级配碎石底基层对沥青路面结构受力的影响分析

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1、级配碎石底基层对沥青路面结构受力的影响分析简介：袁树君1988年毕业于同济大学公路与城市道路专业一直从事路桥设计工作现任职山西省城乡规划设计研究院副总工程师　　【】柔性基层能够有效减少沥青路面反射裂缝，延长路面使用寿命，在我国已得到一定的推广应用，本文以级配碎石底基层沥青路面为例，通过拟定不同的沥青路面结构组合，选取不同的级配碎石厚度和模量，利用Bisar3.0软件进行路面结构力学计算，着重分析了级配碎石底基层厚度及模量对基层层底拉应力和基顶压应变的影响，级配碎石底基层沥青路面的设计提供了参考。　　【关键词】沥

2、青路面；级配碎石；厚度；模量；力学响应分析　　　　0.引言　　改革开放以来，随着国家经济实力的增长，在公路建设方面的投资也逐步增加，取得了显著的成绩。但是，目前我国的高速公路的服务水平因不能够完全满足经济发展的需要，特别是各种路面病害，严重影响了人们的出行和货物运输，这一定程度上是与我国公路所采用的路面结构有关。目前，我国高速公路路面基层主要还是采用半刚性基层，这种路面结构能够使路面结构承载力得到很大提高，但是由于半刚性材料的温缩和干缩的缺点，很容易导致路面出现反射裂缝，使雨水进入路面结构，从而会带来一系列的病

3、害。　　为了减少路面的反射裂缝，提高路面的长期性能，研究人员尝试了很多方法，取得了一定的成果，其中，采用了柔性基层来代替办半刚性基层就是一种十分有效的办法。但是在设计中怎样选择柔性基层的厚度及材料级配，更加合理地设置路面结构是路面设计者必须解决的一个问题，本文就以级配碎石底基层为例，采用力学计算的方法，分析研究不同级配碎石厚度及模量对沥青路面沥青层底拉应变的影响，为级配碎石底基层在路面结构中的应用提供依据。　　1.计算模型的建立　　为分析级配碎石底基层厚度对路面应力分布的影响，本文以弹性层状连续体系理论为基础，

4、利用Bisar3.0力学计算程序，拟定路面结构，荷载布设方式如图1所示，采用双圆均布荷载，当量圆半径为10.65cm，轮隙间距为1.5r，轴载大小为标准轴载100kN，考虑水平荷载的影响，其表面摩擦系数f=0.2。　　　　A：双圆荷载示意图B：路面各计算分析点示意图　　图1荷载作用及计算点位示意图　　2.路面结构拟定及计算参数确定　　本文拟在计算中通过改变级配碎石基层的厚度，得到不同的路面受力分布，参考国外柔性基层长寿命路面级配碎石厚度范围，分别取25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55

5、cm、60cm、65cm、70cm，共10个厚度，路面结构材料的计算参数，路面结构形式如表1所示：　　表1柔性基层沥青路面结构组合及材料参数　　结构层次厚度/cm模量/MPa　　沥青结构层351800　　级配碎石底基层25/30/35/40/45/50/55/60/65/70200/400/600　　天然砂砾防冻垫层20180　　路基—40　　3.力学分析　　有研究成果表明，沥青层内剪应力在柔性路面的沥青层厚度超过20cm时，受基层厚度的影响将会很小，而本文所采用的路面沥青层厚度为35cm，所以根据Bisar3

6、.0计算结果，主要分析级配碎石底基层厚度对结构层中沥青层底拉应变和基顶压应变的影响。　　3.1对沥青层底拉应变的影响分析　　通过计算发现，表1中的路面结构在XOY平面内沥青结层底拉应变分布规律相同（如图2），故选择荷载中心处为拉应变分析点。　　　　图2沥青层厚30cm时层底拉应变XOY平面分布图　　改变级配碎石底基层的厚度，计算不同的路面沥青层层底拉应变，结果如下图：　　　　图3不同级配碎石下基层厚度时沥青层底拉应变计算结果　　以图3中模量为400MPa的级配碎石底基层路面为对象，对计算得到的结构受力进行分析，

7、得出图4和图5所示结果：　　　　图4沥青层底拉应变随碎石下基层厚度变化（碎石模量400Mpa）　　　　图5沥青层底拉应变随级配碎石下基层材料模量变化　　综合分析图3、4、5可知：　　(1)随着级配碎石下基层厚度的增加，沥青结构层层底拉应变是逐渐减小的，但减小幅度有限，碎石层厚每增加5cm，沥青层底拉应变减小值小于3.5（如图4），这表明，采用单纯采用增加碎石下基层厚度的方法不能够有效降低沥青层层底拉应变。　　(2)由图3可以看出，增加级配碎石下基层材料的模量可显著降低柔性结构沥青层层底拉应变，当路面各结构层厚度

8、相同时，增加级配碎石下基层模量可以有效缓解路面受力，每增加200Mpa，可以使沥青结构层层底拉应变减少约23％~29％（如图5），因此，采用高模量级配碎石下基层的方法能够有效降低柔性结构沥青层层底拉应变。　　(3)在设计时，要求沥青层层底拉应变不超过70，这样对于模量≤400Mpa的碎石材料，厚度就是达到70cm也不能满足设计要求；而当级配碎石模量≥600Mpa时，厚度在25cm～70