重载条件下沥青路面力学响应分析

□文/李晓宁 李洪亮 沈 可

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程设计研究院。

重载条件下沥青路面力学响应分析

□文/李晓宁 李洪亮 沈 可

文章以天津市滨海新区的沥青路面结构为例，在现有规范条件下研究重载作用时的力学响应，利用路面结构软件Bisar程序，分别研究面层、基层、底基层的厚度和模量以及土基模量等结构参数对路面结构的影响规律。

路面；重载；沥青；力学响应

确定路面结构层厚度和各层模量是路面设计的主要内容，尤其对于重载交通，为保证其路面使用寿命，结构层厚度的确定是关键。因此，有必要研究交通荷载对路面结构层的厚度及模量的影响关系。

1 典型路面结构模型

为便于说明问题，采用统一的结构形式来有效分析结构层参数对路面各项指标的影响规律。结构形式见表1，其中模量及劈裂强度均采用规范规定范围的中值。

表1 计算采用的路面结构形式

2 计算模型及控制指标

路表弯沉是在一定荷载作用下路表面的竖向变形，是反映路面整体承载能力高低和使用状况好坏的最直观、最简单的指标。它是路面各结构层（包括土基）各自变形的综合结果，因此，本文将以路表弯沉作为研究的控制指标。

在车辆行驶中，路面不仅受到竖向力的作用，也同时受到水平力的作用。因此，力学计算必须考虑垂直和水平荷载的共同作用。本文分析在水平力系数f=0.3的情况下，各结构层参数对路表弯沉的影响规律。

以标准轴载100kN为基础，采用双圆均布荷载，当量圆半径R=10.65cm，X为行车方向。应力计算点位置为两轮轮隙中心A点，坐标为（0，0），见图1。

3 计算分析过程

分别针对不同面层、基层、底基层及土基的厚度和模量计算标准荷载下的弯沉值，见图2-图12。

由图2-图12可以得出：路表弯沉随着各影响因素的增大而减小，即降低路表弯沉可通过增大各结构层的模量与厚度以及土基模量来实现；土基模量对弯沉值的影响最复杂，当土基模量增加到一定程度后，对降低弯沉值作用有所减缓，因此刻意继续增加土基模量对减小弯沉值意义不大。

如果考虑各结构层的模量和厚度等因素对弯沉值的影响关系，分析起来比较繁琐，因此，采用模量和厚度分别论证并把上面层、中面层、下面层假设为整体一个面层考虑，采用的路面结构形式见表2。

表2 计算采用的路面结构

按模量分析：面层模量A、基层模量B、底基层模量C、土基模量D作为因子，假设4个因子之间任意2个没有交互作用。为使计算次数少些，采用3种水平的正交，见表3,结果见表4。

表3 模量因子水平 MPa

表4 按模量计算路表弯沉正交设计

从表4分析，各因素对弯沉的影响按从大到小顺序为土基模量＞基层模量＞底基层模量＞面层模量，这与各因素对路表弯沉的线性关系的斜率K大小反映相一致。

按厚度分析：面层厚度A、基层厚度B、底基层厚度C作为因子，假设3个因子之间任意两个没有交互作用。为使计算次数少些，采用3种水平的正交，见5表，结果见表6。

表5 厚度因子水平 cm

表6 按厚度路表弯沉正交设计

续表6

从表6分析，各因素对弯沉的影响按从大到小顺序为基层厚度＞底基层厚度＞面层厚度，与各因素与路表弯沉的线性关系的斜率K大小反映相一致。

以此类推，当K较大时，改变某项因素可以明显影响路表弯沉值。各面层厚度对弯沉的影响按从大到小顺序为上面层厚度＞中面层厚度＞下面层厚度；各面层模量对弯沉的影响按从大到小顺序为下面层模量＞中面层模量＞上面层模量。由各因素与路表弯沉的K值可以得出，对路表弯沉的影响按从大到小顺序为土基模量＞基层厚度＞底基层厚度＞上面层厚度＞中面层厚度＞下面层厚度＞基层模量＞底基层模量＞下面层模量＞中面层模量＞上面层模量。

4 结论

重载作用下设计弯沉值普遍较小，要保证路面结构的弯沉值小于设计弯沉值，首先考虑提高土基模量，一般对路基土采取较优的加固方案进行加固；适当增加基层和底基层的厚度；采用性能优良的配合比，以获得合适的抗压模量和优良的抗裂性能；采用具有高抗压模量材料作为底基层，如水泥碎石、水泥粉煤灰碎石或者二灰碎石；考虑面层造价较高，靠提高合适面层模量和增加面层厚度方案是不可取的。

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U416.217

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1008-3197（2011）03-40-03

2011-03-23

李晓宁/女，1961年出生，高级工程师，天津市市政工程设计研究院，从事工程造价工作。

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程设计研究院。