孫麗娟　蘇丹娜　劉兵偉

（1.鄭州鐵路職業(yè)技術學院建筑工程系，河南　鄭州　450052；2.河南省交院工程加固檢測有限公司，河南　鄭州　450052）

路基不均勻沉降對瀝青路面結構的影響

孫麗娟1蘇丹娜1劉兵偉2

（1.鄭州鐵路職業(yè)技術學院建筑工程系，河南鄭州450052；2.河南省交院工程加固檢測有限公司，河南鄭州450052）

本論文采用ABAQUS軟件分析了地基的不均勻沉降量對瀝青路面結構層的應力分析。通過計算分析認為隨著地基不均勻沉降量的增加，路面各結構層的水平附加應力呈現(xiàn)增加的趨勢；路基的不均勻沉降量對面層豎向附加應力值影響較小，但是對基層和底基層層底豎向附加應力值影響較大。在設有底基層的半剛性基層層底拉應力較無底基層的小，因此，增設底基層，可降低路基不均勻沉降量對半剛性基層層底最大拉應力的影響。

地基不均勻沉降；瀝青路面；附加應力

在公路工程中，會經常由于路基壓實度不夠或者路基回填不密實，路基會產生不均勻沉降，本文所分析的路基不均勻沉降為橫向沉降差異，會導致路面平整度，使路面橫向排水坡度受到影響［1］。由于路基的不均勻沉降將會在路面結構層中產生附加應力，在車輛荷載與溫度荷載的共同作用下，會使路面結構層破壞加速，導致路面結構層在車輛反復荷載作用下產生長大、縱向開裂，并伴隨著路面車轍、沉陷等損壞，嚴重影響路面結構的使用性能。文獻［2］以解析解的形式詳細分析了軟土地基上路面結構參數(shù)對路面結構附加應力的影響，分析中認為，基層厚度增加時，路面各結構層的附加應力均增加，故在設計當中，以增加基層厚度來降低不均勻沉降所產生的附加應力的做法不可取。文獻［3］研究認為采用半剛性基層瀝青路面具有消散具有應力消散能力，適應于軟土地基的合理瀝青路面結構。

1　數(shù)值計算模型

本文中采用有限元分析軟件ABAQUS軟件，建立有限元模型，進行路面結構進行分析。在分析當中，假設路面結構層為彈性多層體系，各路面結構層為完全接觸狀態(tài)，按平面應變問題來進行分析，并考慮分析了碎石穩(wěn)定底基層對地基不均勻沉降的影響。

1.1模型幾何尺寸

瀝青混凝土路面結構有限元模型中路面寬度為16.75m，上面層厚度取5cm，下面層厚度7cm，基層考慮半剛性基層材料，厚度取35cm，底基層厚度取20cm的水泥穩(wěn)定碎石。其模型結構如下圖1所示。

圖1　附加應力計算模型

1.2材料參數(shù)

有限元模型中的材料參數(shù)見表1。面層、基層和墊層的材料參數(shù)如下表所示。

表1　瀝青混凝土結構模型主要材料參數(shù)

經過實踐驗證和計算分析，路基不均勻沉降在路面的橫斷面往往會引起反拱變形，即路基中心沉降大，兩側小，可用二次拋物線或余弦曲線方程控制，如余弦曲線的方程為［2］：

式中，δmax為路堤中點最大沉降量；B為路面寬。

本次計算模型中，瀝青路面的局部不均勻沉降假設為沿線路中線對稱發(fā)生，沉降半徑分別為1m、2m、3m、4m、5m，計算不均勻沉降量δmax在1cm、3cm、5cm、7cm、9cm變化范圍內路面結構內部響應，主要計算最不利位置處的應力應變情況。

2　計算結果分析

圖2　面層、基層和底基層的附加應力σx

有圖2可知，面層、基層和底基層的附加應力隨著不均勻沉降量的增加呈線性增加，而且底基層層底的水平附加應力隨著地基不均勻沉降量值的增加而變化幅度較小。上面層層底的附加水平應力隨著地基不均勻沉降量的增加較下面層層底的水平附加應力值大。

圖3　面層、基層和底基層的附加應力σy

由圖3可知，隨著地基不均勻沉降量的增加，基層和底基層層底產生較大的豎向附加應力值，而且其豎向附加應力值增加幅度值較大；由于地基不均勻沉降，上面層層底產生豎向附加應力值，而且其值隨著地基不均勻沉降值的增加而增加，但是下面層層底豎向附加應力值很小，而且隨著地基不均勻沉降值的增加而增加緩慢。

圖4　層間的附加剪應力τxy

由圖4可知地基的不均勻沉降對路面結構層各層間剪應力的影響也呈現(xiàn)線性增大；而且上面層層底的剪應力較下面層層底剪應力值大。

圖5　兩種情況下基層附加應力σx

由圖5可知，在設有底基層的路基上，其半剛性基層層底的附加應力要小于路基上沒有設底基層的情況。其主要原因結合圖2知，由于路基設有底基層，故地基在不均勻沉降過程中底基層也分擔了一部分應力，使得半剛性基層的附加應力減少。

3　結語

通過以上計算分析可得出如下結論：

①路面各結構層隨著路基不均勻沉降值的增加，水平附加應力是逐漸增加的，而且對路面結構層層間剪應力的影響較大。

②路基的不均勻沉降量對面層豎向附加應力值影響較小，但是對基層和底基層層底豎向附加應力值影響較大。

③在設有底基層和沒有設底基層的路基上，有底基層的基層底部的最大拉應力值小于路基上沒有設底基層的基層層底拉應力，因此，增設底基層，可降低路基不均勻沉降量對半剛性基層層底最大拉應力的影響。

［1］廖公云，黃曉明，楊慶剛.不同路面結構對軟基不均勻沉降的適應性研究［J］.公路交通科技，2007，4（24）：34-38.

［2］張嘉凡，張慧梅.軟土地基路基不均勻沉降引起路面結構附加應力［J］.長安大學學報（自然科學版），2003，5（3）：21-25.

［3］楊慶剛，王鵬.軟土地基上不同瀝青路面結構的適應性研究［J］.公路交通科技，2006，9（9）：27-31.

U416.22 ；TU447，

A

1003-5168（2015）-12-0026-2