沥青路面中级配碎石上基层受力特性分析

黄锐标

(潮州市第二建筑安装总公司)

沥青路面中级配碎石上基层受力特性分析

黄锐标

(潮州市第二建筑安装总公司)

为分析复合式基层沥青路面中级配碎石上基层的受力特性，采用有限元软件对其进行分析，得出级配碎石三向应力的最大值一般发生在级配碎石层顶面或底面的轮胎中心或轮隙中心位置，级配碎石在复合式基层沥青路面结构中并不是三向应力越大使用效果越好，而是水平应力大，竖向应力小级配碎石的非线性才能很好的发挥。

复合式基层沥青路面;级配碎石;受力特性

0 引言

我国高速公路大量采用半刚性基层，不可避免产生大量的反射裂缝，以致在通车初期就产生较严重的早期破坏现象，为防止该现象产生，提出复合式基层沥青路面结构，即在沥青面层和半刚性基层之间设置级配碎石上基层，以此改善现有路面使用性能。作为过渡层的级配碎石在路面结构中的三向受力状态如何，决定该层结构的受力特点，并是制定三轴试验应力条件的关键。采用有限元软件对作为上基层的级配碎石进行力学分析，得出其在路面中的实际受力状态，明确各因素对三向应力的影响规律及范围，为三轴试验和模量推荐提供条件。

1 路面结构参数选取

计算过程中采用四层结构体系，双圆荷载，层间完全连续，各层材料参数按规范取值，路面结构及参数选取如表1所示。

表1 路面结构及参数选取

2 复合式基层沥青路面结构中级配碎石上基层三向应力分析

按表1的路面结构及参数选取对作为上基层的级配碎石进行敏感性分析，得出不同面层厚度的级配碎石三向应力范围，为三轴剪切试验提供理论依据。其中计算结果中，应力水平拉为负，压为正。

2.1 级配碎石三向应力沿深度和水平方向变化规律

为了解级配碎石在路面结构中的受力特点，对面层厚度为15 cm的典型路面结构分析其沿路面水平和深度方向三向应力变化规律。

(1)级配碎石在整个路面结构中均受压。

(2)竖向压应力的变化趋势，沿路面水平方向，随着距轮隙中心距离的增加，出现先增大后减小的趋势，且在轮胎中心出现峰值，沿路面深度方向，随着深度的增加，竖向压应力逐渐减小。

(3)水平压应力的变化趋势，不同深度的水平压应力变化由先增后减趋势转化为减小趋势，即最大水平压应力由轮胎中心转为轮隙中心位置，且由级配碎石层顶面转化为级配碎石层底面。

通过分析可知，级配碎石三向应力的最大值一般发生在级配碎石层顶面或底面的轮胎中心或轮隙中心位置，下面分析中取这几个点的最大值为计算值，分别考虑常用面层厚度为10 cm、15 cm和20 cm时土基模量变化、级配碎石模量和厚度变化对级配碎石三向应力的影响。

2.2 土基模量变化的影响

变化土基模量E0，其它参数不变，分别取土基模量为20 MPa、40 MPa、60 MPa、80 MPa、100 MPa、120 MPa。

(1)土基模量的变化对级配碎石三向应力影响很小，随着土基模量的增加，水平压应力略有减小，竖向压应力基本不变。

(2)在复合式基层沥青路面结构中，由于级配碎石层上移，离土基距离较远，土基模量变化对其影响甚微，因此土基模量对级配碎石三向应力的影响可以忽略不计。

2.3 级配碎石厚度和模量变化的影响

分析级配碎石厚度和模量对级配碎石三向应力的影响时，变化或其它参数不变。分别取级配碎石厚度为10 cm、12 cm、15 cm、18 cm、20 cm、25 cm，级配碎石的模量为200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa、700 MPa。

(1)随着级配碎石厚度的增加，三向应力均呈下降趋势，竖向压应力下降幅度很小，而水平压应力下降尤为剧烈，若提高级配碎石的三向受力条件，必须严格控制级配碎石厚度。

(2)级配碎石的三向应力对其模量的变化均较敏感，随着模量的增加，竖向压应力呈递增趋势，水平压应力呈递减趋势。

3 结论

级配碎石在复合式基层沥青路面结构中并不是三向应力越大使用效果越好，而是水平应力大，竖向应力小级配碎石的非线性才能很好的发挥。水平应力的提高，有助于提高级配碎石的模量，降低沥青面层底面的疲劳破坏，小的竖向应力可以避免级配碎石压密变形和剪切破坏，降低路表的车辙，因此，提高级配碎石的使用性能，应从增加其水平应力和减小其竖向应力两方面入手。通过上面的分析可知，增加水平应力应从控制级配碎石的厚度和半刚性基层厚度与模量入手，降低竖向应力应从增加沥青层厚度入手。

［1］沈金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］王龙.基于振动成型的级配碎石强度与变形特性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.

［3］石桂梅.复合式基层在沥青路面中的应用研究［D］.上海：同济大学，2008.

U416.214

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1008-3383(2012)11-0117-01

2012-06-11