基层模量和厚度对沥青路面使用性能的影响

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1、基层的模量与厚度对路面使用性能的影响郭跃华（赤峰市敖汉旗公路管理工区）摘要本文利用路面结构设计计算出了各层层底的应力。通过图示系统分析了基层的模量和厚度对各层层底应力、疲劳寿命、弯沉值的影响。得出：提高基层模量将有效的减小面层底部的拉应力，但模量过大时基层底部应力过大易产生裂缝，因此在保证面层受力有利的前提下模量不宜取的过大；随模量增大疲劳寿命降低很快，路面总弯沉减小；适当提高基层厚度可以有效减轻路面破坏。综合各因素考虑基层模量取800～1200MPa为宜，基层厚度取20～30cm为宜。关键词：基层模量基层厚度弯沉值疲劳寿命1引言目前我国高等级公路路面基层的结构形式主要是

2、半刚性基层，在半刚性基层沥青路面中，由于半刚性基层是半刚性基层沥青路面的主要的受力结构层，因此半刚性基层的好坏对沥青路面的使用寿命有非常大的影响。鉴于此研究半刚性基层的厚度和模量的变化对沥青路面的影响、以及提出相应的改进措施有非常重大的意义。2路面结构参数的确定沥青路面的结构参数包括各层厚度、模量、泊松比3方面。通过研究发现，其中任何一个结构参数发生变化将会对路面的路用性能产生很大的影响，在这里将围绕基层的模量和厚度展开讨论。2.1基层厚度范围的确定路面结构中采用了收缩性小，表面不会软化和抗冲刷能力强的水泥稳定粒料为基层。从消除半刚性基层软化来说，稳定粒料不需要有多大的厚

3、度。从尽可能消除冲刷唧浆现象来说，就稳定粒料基层而言，主要是混合料本身的抗冲刷能力。但稳定粒料基层的厚度对其稳定细料土底基层的冲刷现象有影响。稳定粒料基层愈薄，稳定细料土底基层愈接近表面，表面水透入后行车荷载产生的动水压力就愈大，底基层混合料形成冲刷唧浆现象的可能性也就增加。从国内外半刚性路面上发现冲刷唧浆现象分析，主要是半刚性基层受冲刷。建议路面结构中采用稳定粒料基层最小厚度18cm，加上沥青面层9cm或12cm，稳定细粒土底基层处在路表27cm或30cm以下，已避免冲刷现象。由于稳定细粒土的收缩性大，还需要考虑底基层产生收缩裂缝的可能性。如果底基层碾压时的含水量是符合

4、施工规范要求的，那么受到至少27cm或30cm沥青面层和半刚性基层保护的底基层，其混合料含水量的损失是相当缓慢的，损失的量也是不大的（在特别干旱地区例外）。因此，在路面使用期间底基层一般不会再干缩裂缝。如果铺筑基层时，底基层已经开裂，则铺筑基层和面层后底基层的含水量不会再明显损失，即不会由于干缩而使原裂缝明显扩展，也就不会引起基层在相同位置产生裂缝。由于底基层所处位置低，受温度变化的影响明显减小，在温差作用下裂缝反复张开的幅度很小，也就不易引起基层开裂和进一步引起面层上的反射裂缝。但在重冰冻地区，为了保护底基层不因低温而开裂或原裂缝不因低温而明显增宽，宜增加半刚性基层的最

5、小厚度。此外，稳定细粒土的冰冻稳定性明显不如稳定级配集料基层。为使高等级公路半刚性基层沥青混凝土路面的承载能力的季节变化性小，在非冰冻地区半刚性基层的最小厚度应是20cm～25cm。在重车比例大和超载车辆多的特殊道路上，半刚性基层的合适厚度可能需要25cm～30cm。2.2基层模量范围的确定基层模量是沥青路面结构设计的重要参数之一。在我国高等级公路的实践中,普遍采用半刚性基层材料,半刚性基层具有良好的抗整体变形能力,12但半刚性基层材料种类繁多,模量变化范围非常大。研究表明,基层模量的增加对路面使用寿命有2种不同的影响趋势,一方面可以减少沥青层层底弯拉应变,从而增加沥青路

6、面的疲劳寿命；另一方面,表面层最大剪应力呈明显的增大趋势,容易产生路表面局部早期损坏。在此基础上,给出基层模量的合理范围建议值为800Mpa到1200Mpa。3基层的模量对沥青路面性能的影响分析3.1路面结构和计算方法以东北地区（Ⅱ1）半刚性基层典型沥青路面结构为例路面结构模型如图1所示。在保持其他结构层参数不变的前提下，设置水泥稳定砂砾基层。各结构层的设计参数根据公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）推荐范围选取，应用沥青路面设计程序系统（HPDS2003）分析沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层层底最大应力等控制指标。层间接触条件采用完全连续体。中粒式沥青混凝土上面

7、层E1=1350MPah1=5cm粗粒式沥青混凝土下面层E2=1150MPah2=7cm水泥稳定砂砾基层E3=？h3=？二灰土底基层E4=550MPah4=35cm土基E0=50Mpa图1东北地区典型半刚性基层路面结构3.2基层模量对各层层底应力的影响在分析水泥稳定砂砾基层模量对路面各结构层层底最大应力的影响时，保持其他各层的模量和厚度不变，只改变基层的模量和厚度。基层厚度分别取10cm、15cm、20cm、25cm、30cm，水泥稳定砂砾基层模量从600MPa到1400MPa，各结构层层底最大应力计算结构见图2至图6（拉应力