路面结构层对路基工作区深度影响分析

赵宁 张占领 马驻

摘要：针对我国典型半刚性沥青路面结构铺装，运用基于多层弹性理论体系的BISRA软件分析了不同轴载和有无路面铺装条件下的路基工作区深度，得出路面铺装对路基工作区深度影响明显。

关键词：道路工程；路面铺装；路基工作区；重载

1 引言

路基作为路面结构的基础，承受着本身自重和路面结构传递下来的车辆荷载作用。在路基某一深度Za处，当车辆荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10～1/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区[1]。路基工作区深度的研究对确定合理路基高度具有重要意义。国内外学者均对路基工作区的确定标准和方法进行了深入的研究[2-5]，发现考虑路面结构层和不考虑路面结构层的路基工作区深度差异较大。本文利用BISAR3.0软件分析了有无路面结构层情况下的竖向附加应力沿深度的分布情况，并以车辆荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力比为1/10～1/5为判定路基工作区深度的标准。

2 计算模型及计算工况

2.1 路面结构模型

本文选用我国典型的半刚性基层沥青路面做为路面结构层进行分析，道路结构参数如表1所示。

2.2 计算工况

为了更好的反应重载交通情况，本文选取了轴载100、120、140、160、180和200kN来反映不同的重载情况。采用公式A=0.008P+152计算了不同的重载情况下的荷载圆半径、轮胎接地面积和胎压。

2.3 计算模型

考虑到车辆荷载存在扩散效应和轮载的对称性，在选取计算点时沿每个车轴处的道路横断面由轮隙中心每隔5.325cm（ δ0）向一侧取一个计算点，共取6个点。如图1所示。

图1 计算点位

通过对A-G各点的竖向应力计算得知，在同一深度处两轮中心处A点竖向应力最大。随着与A点与路表距离增加，竖向应力不断减小。

3 有无路面结构层的路基工作区深度确定

3.1 在标准轴载100kN时，由BISAR软件计算得出有无路面结构层的车辆荷载附加应力如图2所示。

图2 车辆荷载竖向附加应力沿深度分布

由图2可以看出在相同深度处，无路面结构纯土基情况下的车辆荷载竖向附加应力明显小于有路面结构时的车辆荷载竖向附加应力，所以纯土基情况下的路基工作区深度要明显大于有路面结构层时的路基工作区深度。在有路面结构层时，上基层顶面处的竖向应力为路表的24.6%，底基层顶面处的竖向应力为路表的2.4%，土基顶面处的竖向应力为路表的1.1%。无路面结构层纯土基时，距离路表18cm处的竖向应力为路表的25.8%，距离路表54cm处的竖向应力为路表的7.7%，距离路表74cm处的竖向应力为路表的4.7%。

3.2 有无路面结构层的路基工作区深度

考虑到我国道路行驶车辆的实际情况，重车比例不断增多。利用BISAR软件计算得出有无路面结构层时的路基工作区深度如表3所示。

由表3得出，轴重对路基工作区深度的影响很大。在无路面结构层轴载200kN时，路基工作区深度是轴重100kN的1.25～1.29倍，工作区深度接近3m。随着轴载的增加，有路面结构层的路基工作区深度比无路面结构层时路基工作区深度增加明显。

4 结论

（1）由于有无路面结构层对路基工作区深度影响较大并考虑到我国道路普遍存在路面结构层，所以在进行路基工作区深度计算时考虑路面结构层是合理的。

（2）由BISAR计算可知轴载对路基工作区深度影响较大，在进行路基工作区深度计算时应重视重载交通情况。

5 参考文献

[1] 邓学钧，张登良.路基路面[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 童申家，蔡佳佳，辛强，李力.考虑铺面结构下的路基工作区深度研究[J].公路，2012（10）：24-27.

[3] 朱海波等.重载交通下的路基工作区界定问题探讨[J].公路交通科技，2009，26（1）：39-44.

[4] Abdelkrim M， De Buhan P， Bonnet G. A computational procedure for predicting the long term residual settlement of a platform induced by repead traffic loading. Compurters and Geotechnics， 2003， 30： 463-476.

[5] 黃琴龙，凌建明.路基工作区的确定方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（4）：551-555.

作者信息

赵宁，男，天津人，工学硕士，主要从事道路设计工作

工作单位：天津市市政工程设计研究院