范 雪，袁其華

(吉林建筑大學城建學院，長春 130111)

季凍地區(qū)干線公路瀝青路面結構設計研究

范 雪，袁其華

(吉林建筑大學城建學院，長春 130111)

根據(jù)季凍地區(qū)交通狀況和氣候條件等因素的調查分析，提出適宜在季凍地區(qū)干線公路使用的半剛性瀝青路面3層面層結構、半剛性瀝青路面2層面層結構和組合式基層瀝青路面結構。利用我國路面設計程序PADS和BISAR路面計算程序對結構方案進行計算分析。計算數(shù)據(jù)表明，所提出的設計結構是安全的。

干線公路；瀝青路面結構；計算分析

我國干線公路對于經(jīng)濟的發(fā)展和建設起著至關重要的作用，但季凍地區(qū)干線公路瀝青路面存在早期病害十分嚴重的問題，除了與干線公路修筑時設計和施工技術標準相對較低及超載現(xiàn)象日益嚴重有關外，路面結構設計也是造成瀝青路面早期破壞的主要原因，這對于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展十分不利[1]。所以，為了減少季凍地區(qū)干線公路瀝青路面早期病害情況的發(fā)生，針對路面結構展開進一步的設計研究具有重要意義。本文以現(xiàn)行公路瀝青路面設計規(guī)范為設計指導，以季凍地區(qū)的氣候、土質、地質、水文和交通狀況為設計條件，提出了3種合理的路面結構形式，并且結構方案通過了我國路面設計程序PADS和BISAR路面計算程序的驗證。

1 路面結構設計方案計算分析

1.1 路面結構形式

根據(jù)我國季凍地區(qū)干線公路建設中的實際情況(包括土基強度、路用材料來源、交通量等)，全面考慮季凍地區(qū)的自然氣候條件對公路產(chǎn)生的影響，以我國現(xiàn)行的公路瀝青路面設計理論和設計規(guī)范為指導，同時綜合已有試驗工程的使用情況，本文提出3種路面結構形式[2-3](表1)。

表1 季凍地區(qū)公路瀝青路面結構形式匯總

1.2按照我國路面設計程序PADS進行路面結構分析

1)累計當量軸次Ne。根據(jù)對季凍地區(qū)干線公路早期病害的分析和交通量的統(tǒng)計，再綜合已有試驗路段的實際使用情況，3種結構方案在通過我國路面設計程序PADS和BISAR路面計算程序進行計算分析時，交通荷載選擇按重載交通上限累計軸載2 500萬次/車道為計算參數(shù)[4-5]。

2)計算結構(表2～4)。由于路基模量不均勻，根據(jù)現(xiàn)場實測值，本文以路基模量35～55 MPa為代表值進行驗算。根據(jù)我國季凍地區(qū)干線公路的實際交通狀況和公路瀝青路面設計規(guī)范推薦的各結構層壓實厚度，選取滿足設計最小厚度要求的3種計算結構的各層厚度。

表2 計算結構1

表3 計算結構2

表4 計算結構3

3)計算結構參數(shù)[6](表5)。

表5 按照我國設計方法的結構參數(shù)

4)結構彎沉計算結果。利用我國路面設計程序PADS進行計算，得到的結構彎沉結果見表6。

表6 PADS程序計算結果

從表6的PADS程序計算結果可以看出，3種路面計算結構的彎沉指標驗算都能夠滿足要求。

1.3按照BISAR3.0路面計算程序進行路面結構分析

按照BISAR3.0路面計算程序進行路面結構分析時所用到的計算參數(shù)見表7[7]。

表7 標準軸載計算參數(shù)

本文利用BISAR程序計算公路瀝青路面基層和底基層應力時，以道路縱向為X方向，道路橫向為Y方向，豎直方向為Z方向建立坐標系，同時考慮到荷載具有對稱性，故計算點取在兩輪荷載的中心和單輪輪心處[8]。應力拉為正，壓為負。

針對3種計算結構的結構組合驗算，BISAR路面計算程序的計算結果如圖1～6所示。

通過BISAR計算得出計算結構1和計算結構2的基層容許應力及底基層容許應力均為0.22 MPa；計算結構3的基層容許應力為0.29 MPa，底基層容許應力為0.22 MPa。結合圖1～6可以得出，無論是哪種路面結構，只要對應的土基模量在35～55 MPa范圍內(nèi)，則基層和底基層層底應力均小于容許應力。同時從圖中可以看出，基層和底基層層底的應力有隨土基模量增大而減小的趨勢。

圖1 計算結構1的基層層底應力

圖2 計算結構1的底基層層底應力

圖3 計算結構2的基層層底應力

圖4 計算結構2的底基層層底應力

圖5 計算結構3的基層層底應力

圖6 計算結構3的底基層層底應力

由于BISAR程序中回彈彎沉計算程序內(nèi)核沒有考慮彎沉綜合修整系數(shù)，因此，計算出的路表彎沉偏大，本文中路表彎沉是采用PADS程序計算的結果。3種路面結構形式的彎沉和層底拉應力通過PADS和BISAR路面計算程序驗證得出的指標均能滿足設計要求的結論，這表明本文所提出的結構方案是可行的。

2 結語

1)根據(jù)季凍地區(qū)交通狀況和氣候條件等因素的調查分析，提出適宜在季凍地區(qū)干線公路使用的3種路面結構形式，分別為3層瀝青面層+半剛性基層結構、2層瀝青面層+半剛性基層結構和2層瀝青面層+組合式基層結構；

2)3種路面結構設計均采用雙圓布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論，在進行路面結構組合設計時，為有效發(fā)揮各結構層材料的效能，以面層、基層和墊層的層位功能為設計依據(jù)選取適宜的路用材料；

3)針對提出的3種路面結構形式，分別運用我國路面設計程序PADS和BISAR3.0路面計算程序進行結構彎沉和基層、底基層層底應力的驗算，計算結果均能滿足設計要求，證明本文所提出的結構方案是可行的。建議季凍地區(qū)可根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，選擇合適的路面結構形式，從而提高公路服務水平和增加道路的使用壽命。

[1] 張明.湖區(qū)重載干線公路瀝青路面改建結構適應性研究[D].長沙:長沙理工大學,2010.

[2] 丁海發(fā).東北地區(qū)高速公路瀝青路面典型結構及路面材料指標的研究[D].長春:吉林大學,2011.

[3] 沈金安.國外瀝青路面設計方法總匯[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] Brown SF,Thom NH,Sander PJ.A study of grid reinforced asphalt to combat reflection cracking[J].AAPT,2001,1(1):23-24.

[5] Strategic Highway Research Program National Research Council.SHRP-A-370 binder characterization and evaluation volume 4;test methods[R].Washington DC:Strategic Highway Research Program National Research Council,2004.

[6] 中華人民共和國交通部.JTG D50—2006公路瀝青路面設計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[7] 戰(zhàn)高峰.公路路基路面工程[M].武漢:武漢理工大學出版社,2007:262-264.

[8]張明.中南地區(qū)干線公路瀝青路面改建結構設計研究[J].吉林建筑大學學報,2014,31(6):7-10.

TheStudyonStructuralDesigntoAsphaltPavementStructureonTrunkHighwayinSeasonalFrozenAreas

FAN Xue，et al.

(CollegeofUrbanArchitecture，JilinJianzhuUniversity，Changchun130111，China)

According to the investigation and analysis to the traffic conditions，climatic conditions and other factors in seasonal frozen area，this paper proposes the semi-rigid asphalt pavement of 3-tier surface structure，semi-rigid asphalt pavement of 2-tier surface structure，and asphalt pavement structure of combined base suitable for trunk highway used in seasonal frozen area.The structural schemes are calculated and analyzed by using the pavement design program PADS and road calculation procedure BISAR in China.The calculated data indicate that the proposed design structures are safe.

trunk highway；asphalt pavement structure；calculate and analyze

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.006

2017-09-01

吉林建筑大學城建學院校級科碩項目(院科字[2015]007)吉林省教育廳“十三五”科學技術研究項目(2016530)

范雪(1987-)，女(漢)，吉林梅河口，碩士 主要研究建筑材料性能。

U416.217

A

1009-8984(2017)03-0026-03