半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析.pdf

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1、第5期(总第162期)2012年1O月中国专丛z靠CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo5(Se柏INo．162)Oct．2012罐黪㈥蒌羹滋灏黼黪戮§§≤黪§ll蕊黪黪黪㈧鬻；懑§黪ll蒌ll蒸蒸蕊ll

2、i蒸囊蘩㈥蘩嚣㈤蒸蒸缀㈤蘩㈤攀壤戮麟溱蘩黧麟麟麟瀚黪黪瀚鬻蒸篱④鬻蒸蒸瀚戮鬻燃缀㈤㈢缀鹣戮瀚麟缀骥黪辚瓣黪㈤㈤麟戮蒸麟麟瓣缵黼鞴麟黎黼黼嘲黼鳓鳓黪DOl：10．3969／jissn．1004—4655．2012．05．001半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析孙永兴1，魏如喜2(1．天津市公路工程总公司，天津300201；2．天津市市政工程

3、研究院，天津3蝴4)摘要：利用JTGD50—2006《公路沥青路面设计规范》中路面各结构层层底拉应力验算公式和BIsAR3．0设计分析软件，对半刚性基层沥青路面疲劳寿命及影响因素进行r分析。分析结果表明，延长路面使用寿命的关键是增加半刚性基层和底基层的疲劳寿命，减小在行车荷载作用下的半刚性基层和底基层层底的拉应力。这可通过增加路面各结构层厚度和土基模量等措施获得，而其中增加底基层厚度和土基模量是既经济又有效的措施。关键词：半刚性基层沥青路面；路面疲劳寿命；路面厚度；模量；应力中图分类号：U416．217文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)05

4、一0001—03随着我国在沥青路面结构设计中“全寿命周期成本设计”理念的加强，特别是国外长寿命沥青路面结构的引入，对我国传统的半刚性基层沥青路面结构的使用造成巨大挑战。那么，半刚性基层沥青路面使用寿命能否得以延长，在设计中应重点考虑哪些因素?本文利用JTGD50_2006《公路沥青路面设计规范》(以下简称《规范》)中的设计理论和长寿命沥青路面设计分析软件BISAR3．0对半刚性基层沥青路面结构疲劳寿命进行了分析，并在此基础上，进一步分析了在进行半刚性基层沥青路面结构设计中影响半刚性基层和底基层层底拉应力的主要因素，以供道路工作者设计出更加耐久的半刚性基层沥青路

5、面作参考。1半刚性基层沥青路面疲劳寿命分析1．1半刚性基层沥青路面疲劳寿命计算公式《规范》规定在沥青路面结构设计中，沥青面层、半刚性材料基层和底基层材料的容许拉应力盯。应按式(1)计算：式中：盯。为路面结构层材料的容许拉应力，MPa；盯。为沥青混合料或半刚性基层材料的极限劈裂强度，MPa，对沥青混合料取15℃极限劈裂强度，对水泥稳定类材料为龄期90d的极限劈裂强度，对二灰稳定类、石灰稳定类材料为龄期180d的极限劈裂强度；K。为抗拉强度结构系数。收稿日期：2012一07—20Ks2彳(2)ⅡⅣ!式中：Ⅳ，为设计年限内1个车道累计当量轴次(本文称为疲劳寿命)(次

6、／车道)；Ⅱ、6为结构层材料系数，对沥青混合料为o=o．09、6=0．22，对无机混合料稳定集料类为口=0．35、6=o．1l，对无机混合料稳定细粒土类为Ⅱ=0．45、6=0．11；A，为公路等级系数，高速公路、一级公路为1．0，二级公路为1．1，三、四级公路为1．2。假设路面各结构层在设计行车荷载作用下的层底拉应力为已知(可有相应的计算软件计算获得)，反算得出的Ⅳ，则为路面各结构层的疲劳寿命。由式(1)和式(2)推导得Ⅳ。=(3)1．2半刚性基层沥青路面疲劳寿命分析为了分析沥青路面各结构层的疲劳寿命，选取目前国内较为常用的沥青面层、半刚性基层和半刚性底基层的

7、3层式路面结构(见表1)。各路面结构层计算参数也列于表中，其中结构层厚度为变量。表1路面结构沥青面层HI=lOcm、15cm、20cm，盯。=1．OMPa，El=2000MPa沥青下封层胶粉改性沥青碎石封层(碎石粒径5～10mm)半刚性基层也=30cm、40cm，盯。=0．5MPa，E2=3000MPa半刚性底基层也=18cm、20cm，∥。=0．4MPa，Eo=1600MPa土基岛=50MPa，对于表1所示的路面结构，考虑各结构层不同厚度的12种组合形式(见表2)，应用BISAR3．0软件分1中国彳盛2稚孙永兴，魏如喜：半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析

8、2012年第5期别计算各组合沥青面层层底拉应力矿。、半刚性基层层底拉应力盯i和半刚性底基层层底拉应力盯。。考虑到沥青面层与半刚性基层之间的材料差异，计算时层间结合状态按最不利的完全光滑状态考虑。12种组合形式的各结构层层底拉应力及疲劳寿命计算结果见图1及图2。由图1和图2可见，当沥青路面面层与基层问为完全滑动状态时，在标准行车荷载作用下，沥青面层层底拉应力明显大于半刚性基层和底基层；而基层与底基层问由于材料性质基本一致，为连续结构，因此底基层层底拉应力要大于基层层底拉应力。但当以各结构层层底拉应力计算其疲劳寿命时，半刚性基层的疲劳寿命明显高于沥青面层和半刚性底

9、基层，且沥青面层厚度越厚，这种现象越显