瀝青路面中級配碎石上基層受力特性分析

黃銳標

(潮州市第二建筑安裝總公司)

瀝青路面中級配碎石上基層受力特性分析

黃銳標

(潮州市第二建筑安裝總公司)

為分析復合式基層瀝青路面中級配碎石上基層的受力特性，采用有限元軟件對其進行分析，得出級配碎石三向應力的最大值一般發(fā)生在級配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置，級配碎石在復合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應力越大使用效果越好，而是水平應力大，豎向應力小級配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。

復合式基層瀝青路面;級配碎石;受力特性

0 引言

我國高速公路大量采用半剛性基層，不可避免產(chǎn)生大量的反射裂縫，以致在通車初期就產(chǎn)生較嚴重的早期破壞現(xiàn)象，為防止該現(xiàn)象產(chǎn)生，提出復合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，即在瀝青面層和半剛性基層之間設置級配碎石上基層，以此改善現(xiàn)有路面使用性能。作為過渡層的級配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的三向受力狀態(tài)如何，決定該層結(jié)構(gòu)的受力特點，并是制定三軸試驗應力條件的關鍵。采用有限元軟件對作為上基層的級配碎石進行力學分析，得出其在路面中的實際受力狀態(tài)，明確各因素對三向應力的影響規(guī)律及范圍，為三軸試驗和模量推薦提供條件。

1 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)選取

計算過程中采用四層結(jié)構(gòu)體系，雙圓荷載，層間完全連續(xù)，各層材料參數(shù)按規(guī)范取值，路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取

2 復合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中級配碎石上基層三向應力分析

按表1的路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取對作為上基層的級配碎石進行敏感性分析，得出不同面層厚度的級配碎石三向應力范圍，為三軸剪切試驗提供理論依據(jù)。其中計算結(jié)果中，應力水平拉為負，壓為正。

2.1 級配碎石三向應力沿深度和水平方向變化規(guī)律

為了解級配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的受力特點，對面層厚度為15 cm的典型路面結(jié)構(gòu)分析其沿路面水平和深度方向三向應力變化規(guī)律。

(1)級配碎石在整個路面結(jié)構(gòu)中均受壓。

(2)豎向壓應力的變化趨勢，沿路面水平方向，隨著距輪隙中心距離的增加，出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且在輪胎中心出現(xiàn)峰值，沿路面深度方向，隨著深度的增加，豎向壓應力逐漸減小。

(3)水平壓應力的變化趨勢，不同深度的水平壓應力變化由先增后減趨勢轉(zhuǎn)化為減小趨勢，即最大水平壓應力由輪胎中心轉(zhuǎn)為輪隙中心位置，且由級配碎石層頂面轉(zhuǎn)化為級配碎石層底面。

通過分析可知，級配碎石三向應力的最大值一般發(fā)生在級配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置，下面分析中取這幾個點的最大值為計算值，分別考慮常用面層厚度為10 cm、15 cm和20 cm時土基模量變化、級配碎石模量和厚度變化對級配碎石三向應力的影響。

2.2 土基模量變化的影響

變化土基模量E0，其它參數(shù)不變，分別取土基模量為20 MPa、40 MPa、60 MPa、80 MPa、100 MPa、120 MPa。

(1)土基模量的變化對級配碎石三向應力影響很小，隨著土基模量的增加，水平壓應力略有減小，豎向壓應力基本不變。

(2)在復合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中，由于級配碎石層上移，離土基距離較遠，土基模量變化對其影響甚微，因此土基模量對級配碎石三向應力的影響可以忽略不計。

2.3 級配碎石厚度和模量變化的影響

分析級配碎石厚度和模量對級配碎石三向應力的影響時，變化或其它參數(shù)不變。分別取級配碎石厚度為10 cm、12 cm、15 cm、18 cm、20 cm、25 cm，級配碎石的模量為200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa、700 MPa。

(1)隨著級配碎石厚度的增加，三向應力均呈下降趨勢，豎向壓應力下降幅度很小，而水平壓應力下降尤為劇烈，若提高級配碎石的三向受力條件，必須嚴格控制級配碎石厚度。

(2)級配碎石的三向應力對其模量的變化均較敏感，隨著模量的增加，豎向壓應力呈遞增趨勢，水平壓應力呈遞減趨勢。

3 結(jié)論

級配碎石在復合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應力越大使用效果越好，而是水平應力大，豎向應力小級配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。水平應力的提高，有助于提高級配碎石的模量，降低瀝青面層底面的疲勞破壞，小的豎向應力可以避免級配碎石壓密變形和剪切破壞，降低路表的車轍，因此，提高級配碎石的使用性能，應從增加其水平應力和減小其豎向應力兩方面入手。通過上面的分析可知，增加水平應力應從控制級配碎石的厚度和半剛性基層厚度與模量入手，降低豎向應力應從增加瀝青層厚度入手。

［1］沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］王龍.基于振動成型的級配碎石強度與變形特性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2006.

［3］石桂梅.復合式基層在瀝青路面中的應用研究［D］.上海：同濟大學，2008.

U416.214

C

1008-3383(2012)11-0117-01

2012-06-11