喬 琳

(山東省公路設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 濟(jì)南市 250102)

貧混凝土基層瀝青路面(Asphalt Pavement with Lean Concrete Base)綜合了瀝青和水泥混凝土的優(yōu)點(diǎn)，路面使用時(shí)，由于貧混凝土良好的整體性和優(yōu)良的抗沖刷性，大大降低了產(chǎn)生沉陷、唧漿以及坑槽等病害的可能性，從而減少維修和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提高路面服務(wù)水平。因此，能較好地適應(yīng)目前二級(jí)公路上大交通量和重載交通的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 參數(shù)的選取

根據(jù)目前我國(guó)常用二級(jí)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)組合，選用雙層瀝青面層，貧混凝土基層，水泥穩(wěn)定碎石底基層，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將瀝青路面視作線彈性層狀體系，并采用BISAR3.0(Bitumen Stress Analysis in Road)程序?qū)β访娼Y(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行分析。

固定面層參數(shù)、貧混凝土基層模量，在不同的水泥穩(wěn)定碎石底基層厚度下對(duì)不同貧混凝土基層厚度的路面彎沉、各層層底拉應(yīng)力、面層剪應(yīng)力和路基壓應(yīng)變進(jìn)行分析，水泥穩(wěn)定碎石底基層厚度取13cm、15cm、18cm、20cm、25cm，貧混凝土基層厚度分別取10cm、12cm、15cm、18cm、20cm、22cm、24cm、26cm。

計(jì)算所取路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)如表1所示。

表1 不同貧混凝土基層厚度路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)

注：括號(hào)內(nèi)為計(jì)算拉應(yīng)力時(shí)所選取的材料的抗壓模量，X表示不同貧混凝土基層厚度變化，Y表示不同水泥穩(wěn)定碎石底基層厚度變化

2 基層厚度對(duì)路表彎沉的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 彎沉計(jì)算結(jié)果(單位：0.01mm)

由圖2可以看出隨著基層與底基層厚度的增加彎沉逐漸減小。具體分析計(jì)算結(jié)果可知，底基層不變時(shí)，基層每增加1cm厚度，彎沉值平均減小0.83513(0.01mm)，即減小2.77%；基層厚度不變時(shí)，底基層每增加1cm厚度，彎沉平均減小0.35854(0.01mm)，即減小1.41%；且隨著基層與底基層厚度的增加彎沉值減小幅度越平緩。

3 基層厚度對(duì)路面層底拉應(yīng)力的影響

3.1 基層厚度對(duì)瀝青面層層底拉應(yīng)力的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 瀝青面層層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

由圖3可以看出隨著基層與底基層厚度的增加瀝青面層層底拉應(yīng)力逐漸減小。具體分析計(jì)算結(jié)果可知，底基層厚度不變時(shí)，基層厚度每增加1cm，面層層底拉應(yīng)力平均減小0.00833MPa，即減小3.53%；基層厚度不變時(shí)，底基層厚度每增加1cm，面層層底拉應(yīng)力平均減小0.00193MPa，即減小1.03%；且隨著基層與底基層厚度的增加面層層底拉應(yīng)力減小幅度越平緩，在基層與底基層厚度均大于25cm后拉應(yīng)力值基本不變。

3.2 基層厚度對(duì)貧混凝土基層層底拉應(yīng)力的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 貧混凝土基層層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

由圖4可以知道隨著基層與底基層厚度的增加貧混凝土基層層底拉應(yīng)力逐漸減小。具體分析以上計(jì)算結(jié)果可知，底基層厚度不變時(shí)，基層厚度每增加1cm，基層層底拉應(yīng)力平均減小0.05113MPa，即減小3.38%；基層厚度不變時(shí)，底基層厚度每增加1cm，基層層底拉應(yīng)力平均減小0.02821MPa，即減小2.20%；且隨著基層與底基層厚度的增加基層層底拉應(yīng)力減小幅度越平緩。

3.3 基層厚度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石底基層層底拉應(yīng)力的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 水泥穩(wěn)定碎石底基層層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

由圖5可以知道隨著基層與底基層厚度的增加水泥穩(wěn)定碎石底基層層底拉應(yīng)力逐漸減小。具體分析以上計(jì)算結(jié)果可知，底基層厚度不變時(shí)，基層厚度每增加1cm，底基層層底拉應(yīng)力平均減小0.01782MPa，即減小3.98%；基層厚度不變時(shí)，底基層厚度每增加1cm，底基層層底拉應(yīng)力平均減小0.009MPa，即減小2.62%；且隨著基層與底基層厚度的增加底基層層底拉應(yīng)力減小幅度越平緩。

4 基層厚度對(duì)瀝青面層剪應(yīng)力的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

由圖6可以知道隨著基層與底基層厚度的增加瀝青面層剪應(yīng)力逐漸減小。具體分析以上計(jì)算結(jié)果可知，底基層厚度不變時(shí)，基層厚度每增加1cm，面層剪應(yīng)力平均減小0.00245MPa，即減小0.58%；基層厚度不變時(shí)，底基層厚度每增加1cm，剪應(yīng)力平均減小0.0006MPa，即減小0.14%；且隨著基層與底基層厚度的增加面層剪應(yīng)力減小幅度越平緩，在基

表6 瀝青面層剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

層與底基層厚度均大于25cm后剪應(yīng)力值基本不變。

5 基層厚度對(duì)路基壓應(yīng)變的影響規(guī)律分析

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 路基壓應(yīng)變(1×10-4ε)計(jì)算結(jié)果

由圖7可以知道隨著基層與底基層厚度的增加路基壓應(yīng)變逐漸減小。具體分析以上計(jì)算結(jié)果可知，底基層厚度不變時(shí)，基層厚度每增加1cm，路基壓應(yīng)變平均減小0.2218(1×0-4ε)，即減小4.30%；基層厚度不變時(shí)，底基層厚度每增加1cm，路基壓應(yīng)變平均減小0.08089(1×10-4ε)，即減小2.16%；且隨著基層與底基層厚度的增加壓應(yīng)變減小幅度越平緩。

6 結(jié)論

通過(guò)分析可知，貧混凝土基層厚度的變化對(duì)路表彎沉、各層層底拉應(yīng)力、瀝青面層剪應(yīng)力與路基壓應(yīng)變的影響比水泥穩(wěn)定碎石底基層顯著。

(1)貧混凝土基層厚度每增加1cm對(duì)各力學(xué)指標(biāo)影響的大小順序?yàn)椋郝坊鶋簯?yīng)變>底基層層底拉應(yīng)力>面層層底拉應(yīng)力>基層層底拉應(yīng)力>彎沉>面層剪應(yīng)力，且各力學(xué)指標(biāo)的變化率均小于5%/cm。

(2)水泥穩(wěn)定碎石底基層厚度每增加1cm對(duì)各力學(xué)指標(biāo)影響的大小順序?yàn)椋旱谆鶎訉拥桌瓚?yīng)力>基層層底拉應(yīng)力>路基壓應(yīng)變>彎沉>面層層底拉應(yīng)力>面層剪應(yīng)力，且各個(gè)力學(xué)指標(biāo)的變化率均小于3%/cm。

(3)通過(guò)以上計(jì)算表明，各基層、底基層厚度下的面層層底拉應(yīng)力與基層層底拉應(yīng)力均小于瀝青混合料與貧混凝土材料的劈裂強(qiáng)度；而當(dāng)基層厚度與底基層厚度同時(shí)取較小值時(shí)，底基層層底拉應(yīng)力大于其劈裂強(qiáng)度；對(duì)于彎沉值與路基壓應(yīng)變來(lái)說(shuō)，基層厚度與底基層厚度須避免同時(shí)取較小值；因此基層厚度與底基層厚度須大于15cm。

(4)基層、底基層厚度變化對(duì)面層剪應(yīng)力的影響均較小，變化率小于0.6%/cm。

(5)基層與底基層厚度均大于20cm后，厚度的變化對(duì)各個(gè)力學(xué)指標(biāo)的影響均較小，所以出于經(jīng)濟(jì)考慮，基層與底基層厚度最好不要超過(guò)20cm。