季冻地区干线公路沥青路面结构设计研究

范 雪，袁其华

(吉林建筑大学城建学院，长春 130111)

季冻地区干线公路沥青路面结构设计研究

范 雪，袁其华

(吉林建筑大学城建学院，长春 130111)

根据季冻地区交通状况和气候条件等因素的调查分析，提出适宜在季冻地区干线公路使用的半刚性沥青路面3层面层结构、半刚性沥青路面2层面层结构和组合式基层沥青路面结构。利用我国路面设计程序PADS和BISAR路面计算程序对结构方案进行计算分析。计算数据表明，所提出的设计结构是安全的。

干线公路；沥青路面结构；计算分析

我国干线公路对于经济的发展和建设起着至关重要的作用，但季冻地区干线公路沥青路面存在早期病害十分严重的问题，除了与干线公路修筑时设计和施工技术标准相对较低及超载现象日益严重有关外，路面结构设计也是造成沥青路面早期破坏的主要原因，这对于地区经济发展十分不利[1]。所以，为了减少季冻地区干线公路沥青路面早期病害情况的发生，针对路面结构展开进一步的设计研究具有重要意义。本文以现行公路沥青路面设计规范为设计指导，以季冻地区的气候、土质、地质、水文和交通状况为设计条件，提出了3种合理的路面结构形式，并且结构方案通过了我国路面设计程序PADS和BISAR路面计算程序的验证。

1 路面结构设计方案计算分析

1.1 路面结构形式

根据我国季冻地区干线公路建设中的实际情况(包括土基强度、路用材料来源、交通量等)，全面考虑季冻地区的自然气候条件对公路产生的影响，以我国现行的公路沥青路面设计理论和设计规范为指导，同时综合已有试验工程的使用情况，本文提出3种路面结构形式[2-3](表1)。

表1 季冻地区公路沥青路面结构形式汇总

1.2按照我国路面设计程序PADS进行路面结构分析

1)累计当量轴次Ne。根据对季冻地区干线公路早期病害的分析和交通量的统计，再综合已有试验路段的实际使用情况，3种结构方案在通过我国路面设计程序PADS和BISAR路面计算程序进行计算分析时，交通荷载选择按重载交通上限累计轴载2 500万次/车道为计算参数[4-5]。

2)计算结构(表2～4)。由于路基模量不均匀，根据现场实测值，本文以路基模量35～55 MPa为代表值进行验算。根据我国季冻地区干线公路的实际交通状况和公路沥青路面设计规范推荐的各结构层压实厚度，选取满足设计最小厚度要求的3种计算结构的各层厚度。

表2 计算结构1

表3 计算结构2

表4 计算结构3

3)计算结构参数[6](表5)。

表5 按照我国设计方法的结构参数

4)结构弯沉计算结果。利用我国路面设计程序PADS进行计算，得到的结构弯沉结果见表6。

表6 PADS程序计算结果

从表6的PADS程序计算结果可以看出，3种路面计算结构的弯沉指标验算都能够满足要求。

1.3按照BISAR3.0路面计算程序进行路面结构分析

按照BISAR3.0路面计算程序进行路面结构分析时所用到的计算参数见表7[7]。

表7 标准轴载计算参数

本文利用BISAR程序计算公路沥青路面基层和底基层应力时，以道路纵向为X方向，道路横向为Y方向，竖直方向为Z方向建立坐标系，同时考虑到荷载具有对称性，故计算点取在两轮荷载的中心和单轮轮心处[8]。应力拉为正，压为负。

针对3种计算结构的结构组合验算，BISAR路面计算程序的计算结果如图1～6所示。

通过BISAR计算得出计算结构1和计算结构2的基层容许应力及底基层容许应力均为0.22 MPa；计算结构3的基层容许应力为0.29 MPa，底基层容许应力为0.22 MPa。结合图1～6可以得出，无论是哪种路面结构，只要对应的土基模量在35～55 MPa范围内，则基层和底基层层底应力均小于容许应力。同时从图中可以看出，基层和底基层层底的应力有随土基模量增大而减小的趋势。

图1 计算结构1的基层层底应力

图2 计算结构1的底基层层底应力

图3 计算结构2的基层层底应力

图4 计算结构2的底基层层底应力

图5 计算结构3的基层层底应力

图6 计算结构3的底基层层底应力

由于BISAR程序中回弹弯沉计算程序内核没有考虑弯沉综合修整系数，因此，计算出的路表弯沉偏大，本文中路表弯沉是采用PADS程序计算的结果。3种路面结构形式的弯沉和层底拉应力通过PADS和BISAR路面计算程序验证得出的指标均能满足设计要求的结论，这表明本文所提出的结构方案是可行的。

2 结语

1)根据季冻地区交通状况和气候条件等因素的调查分析，提出适宜在季冻地区干线公路使用的3种路面结构形式，分别为3层沥青面层+半刚性基层结构、2层沥青面层+半刚性基层结构和2层沥青面层+组合式基层结构；

2)3种路面结构设计均采用双圆布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论，在进行路面结构组合设计时，为有效发挥各结构层材料的效能，以面层、基层和垫层的层位功能为设计依据选取适宜的路用材料；

3)针对提出的3种路面结构形式，分别运用我国路面设计程序PADS和BISAR3.0路面计算程序进行结构弯沉和基层、底基层层底应力的验算，计算结果均能满足设计要求，证明本文所提出的结构方案是可行的。建议季冻地区可根据当地的实际情况，选择合适的路面结构形式，从而提高公路服务水平和增加道路的使用寿命。

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[7] 战高峰.公路路基路面工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007:262-264.

[8]张明.中南地区干线公路沥青路面改建结构设计研究[J].吉林建筑大学学报,2014,31(6):7-10.

TheStudyonStructuralDesigntoAsphaltPavementStructureonTrunkHighwayinSeasonalFrozenAreas

FAN Xue，et al.

(CollegeofUrbanArchitecture，JilinJianzhuUniversity，Changchun130111，China)

According to the investigation and analysis to the traffic conditions，climatic conditions and other factors in seasonal frozen area，this paper proposes the semi-rigid asphalt pavement of 3-tier surface structure，semi-rigid asphalt pavement of 2-tier surface structure，and asphalt pavement structure of combined base suitable for trunk highway used in seasonal frozen area.The structural schemes are calculated and analyzed by using the pavement design program PADS and road calculation procedure BISAR in China.The calculated data indicate that the proposed design structures are safe.

trunk highway；asphalt pavement structure；calculate and analyze

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.006

2017-09-01

吉林建筑大学城建学院校级科硕项目(院科字[2015]007)吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(2016530)

范雪(1987-)，女(汉)，吉林梅河口，硕士 主要研究建筑材料性能。

U416.217

A

1009-8984(2017)03-0026-03