施工車輛對二灰冷再生底基層的影響研究

秦 莉，何曉東，馬士賓

（1.天津市成套設備工程監理有限公司，天津 300191；2.河北工業大學 機械工程學院，天津 300130；3.河北工業大學 土木工程學院，天津 300401）

目前我國大量瀝青路面進入維修和養護的高峰期，這就使得瀝青路面冷再生技術在我國公路建設和養護中得到大面積的推廣使用.與此同時，二灰冷再生材料越來越多的應用于瀝青路面的底基層.然而，近年來，瀝青路面的早期破壞現象也日益嚴峻地暴露出來.造成路面早期破壞的原因很多，在施工過程中，由于各種影響因素變異性很大，對路面結構的影響尤為重要[1].實踐表明，二灰冷再生底基層在較短的時間里難以達到規定的設計強度.由于路面結構的施工是分層進行的，在二灰冷再生底基層鋪筑后，在不同的時間施工基層，對已鋪筑的二灰冷再生底基層影響如何，是施工技術人員一直關心的問題[2].實際施工時，由于工期壓力較大，基層開始施工時，二灰冷再生底基層的強度往往還沒有達到設計強度，若施工車輛軸載過大，軸載作用就可能造成二灰冷再生底基層的一次性破壞.當發生這種現象時，不僅底基層受到影響，而且還會影響到整個路面結構的后期強度的增長，最終導致瀝青路面通車后發生大面積的早期破壞現象[3].

為探求基層施工期間，二灰冷再生底基層在汽車輪作用下路面的損壞類型和機理，本文首先通過室內試驗研究，獲得了二灰冷再生材料不同齡期的各種路用性能.然后利用kenpave程序計算出齡期、施工車輛軸載、模量等因素作用下，彎沉和層底拉應力的變化規律，提出針對具體的情況應采取具體的施工方案和車輛管制措施[4].

1 路面結構力學計算方法

1.1 路面結構參數的確定

路面底基層采用二灰冷再生材料，通過對二灰冷再生材料的力學性能進行試驗研究，獲得了不同齡期二灰冷再生材料的抗壓回彈模量[5].二灰冷再生路面結構和不同齡期下二灰冷再生材料的抗壓回彈模量如表1所示.

表1 二灰冷再生路面結構及材料參數Tab.1 Structure and material parameters for lime-flyash cold recycling pavement

1.2 荷載的確定

本文借助于比利時的軸重與接地面積的經驗公式，依據當前我國道路的實際情況用下式(1)來計算不同軸載下當量圓的面積[6].

式中： 為輪胎接地面積，cm2； 輪胎壓力，N.

課題組對施工現場的施工車輛現狀進行了軸載專項調查，主要包括運料車、工程灑水車等一些工程施工車輛，調查發現，在路面各結構層施工過程中，一些運料車、工程灑水車等施工車輛由于過量裝載，實際載重量遠遠超過了其設計額定載重量，單軸軸重甚至會達到20 t，其超載率比較嚴重.本文依據工地施工車輛現狀并結合對社會車輛的交通量調查，超載量取雙輪組單軸最大荷載為240 kN，計算時主要分析8種荷載的作用情況，其軸載計算參數見表2所示.

表2 軸重與輪胎接地面積、單輪當量圓半徑的關系Tab.2 The relation between axle load and area of the tire touching ground and equivalent single wheel radius

1.3 計算點的選取

彎沉的計算點確定為路表雙圓均布垂直荷載的輪隙中心處，瀝青混凝土路面結構層層底拉應力的計算點與結構層模量、層間接觸狀態有關，經反復試算來確定.

2 二灰冷再生底基層養生7 d后鋪筑基層施工車輛對其的影響

2.1 冷再生層頂最大彎沉

表3 冷再生層養生7 d模量不同時冷再生層頂最大彎沉（0.01 mm）Tab.3 Max deflection of curing 7 d cold recycling layer roof with different modulus(0.01 mm)

分析表3，圖1和圖2可知：當冷再生層模量一定的時候，冷再生層頂最大彎沉隨軸載的增加而增大.當路面結構承受的軸載一定的時候，冷再生層頂最大彎沉隨著模量的提高而減小.但是隨著模量提高彎沉減小的幅度越來越小.當模量由100 MPa提高到200 MPa時，彎沉減小的幅度很大.當模量由200 MPa提高到300 MPa時，彎沉減小的幅度就較小了.可見，當模量增大到一定程度后，模量對彎沉所起的作用就越來越小了.為了保證施工時車輛對路面造成的垂直變形不致太大，盡量控制二灰冷再生材料的模量在200 MPa左右.

圖1 冷再生層頂最大彎沉隨軸載變化圖Fig.1 Max deflection of cold recycling layer roof with different axle loads

圖2 冷再生層頂最大彎沉隨模量變化圖Fig.2 Max deflection of cold recycling layer roof with different modulus

2.2 二灰冷再生層底拉應力

表4 冷再生層養生7 d模量不同時冷再生層底最大拉應力（MPa）Tab.4 Max tension stress of 7d cold recycling layer bottom with different modulus(MPa)

圖3 冷再生層底最大拉應力隨軸載變化圖Fig.3 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different axle loads

圖4 冷再生層底最大拉應力隨模量變化圖Fig.4 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different modulus

分析表4，圖3和圖4可知：當冷再生層模量一定的時候，冷再生層底最大拉應力隨軸載的增加而增大.但是當模量較小時，冷再生層頂最大彎沉隨軸載的增加的幅度較小.當路面結構承受的軸載一定的時候，冷再生層底最大拉應力隨著模量的提高而加大.但是隨著模量的提高拉應力增大的幅度越來越大.特別是模量由200 MPa增加到300 MPa時，拉應力有很大的提高.可見，為了防止太大的拉應力造成路面的破壞，應選擇模量盡量小的材料.二灰冷再生材料在7d時的劈裂強度在0.05～0.09之間，施工現場的車輛單軸軸重大約是18 t，為了保證路面結構不發生破壞盡量控制二灰冷再生材料的模量在200 MPa左右，不要超過300 MPa.

3 二灰冷再生底基層養生14 d后鋪筑基層施工車輛對其的影響

3.1 冷再生頂最大彎沉

分析表5，圖5和圖6可知：當冷再生層模量一定的時候，冷再生層頂最大彎沉隨軸載的增加而增大.當路面結構承受的軸載一定的時候，冷再生層頂最大彎沉隨著模量的提高而減小.但是隨著模量的提高彎沉減小的幅度越來越小.

表5 冷再生層養生14 d模量不同時冷再生層頂最大彎沉（0.01mm）Tab.5 Max deflection of curing 14d cold recycling layer roof with different modulus(0.01mm)

圖5 冷再生層頂最大彎沉隨軸載變化圖Fig.5 Max deflection of cold recycling layer roof with different axle loads

圖6 冷再生層頂最大彎沉隨模量變化圖Fig.6 Max deflection of cold recycling layer roof with different modulus

3.2 二灰冷再生層底拉應力

分析表6，圖7和圖8可知：當冷再生層模量一定的時候，冷再生層底最大拉應力隨軸載的增加而增大.但是當模量較小時，冷再生層頂最大彎沉隨軸載的增加的幅度較小，例如冷再生層模量為200 MPa，軸載由100 kN增加到240 kN時，冷再生層底拉應力才增加了0.003 MPa.當路面結構承受的軸載一定的時候，冷再生層底最大拉應力隨著模量的提高而加大.且隨著模量的提高拉應力隨軸載增大的幅度越來越大.可見，為了防止太大的拉應力造成路面的破壞，應選擇模量盡量小的材料.二灰冷再生材料在14d時的劈裂強度在0.07～0.17之間，施工現場的車輛單軸軸重大約是18 t，為了保證路面結構不發生破壞盡量控制二灰冷再生材料的模量在300MPa左右，不要超過400 MPa.

圖7 冷再生層底最大拉應力隨軸載變化圖Fig.7 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different axle loads

圖8 冷再生層底最大拉應力隨模量變化圖Fig.8 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different modulus

4 二灰穩定冷再生路面結構基層施工時交通管制措施

二灰冷再生材料7 d的劈裂強度的范圍為0.05～0.09 MPa，分別研究其達到0.05 MPa、0.06 MPa、0.07 MPa、0.08 MPa、0.09 MPa時的交通管制措施.

表7 二灰冷再生底基層養生7d后基層施工時的交通管制措施Tab.7 Traffic control measures for base construction after lime-flyash cold recycling subbase curing 7 d

表8 二灰冷再生底基層養生14 d后基層施工時的交通管制措施Tab.8 Traffic control measures for base construction after lime-flyash cold recycling subbase curing 14 d

二灰冷再生材料7 d的劈裂強度的范圍為0.07～0.17 MPa，分別研究其達到0.07 MPa、0.09 MPa、0.11 MPa、0.13 MPa、0.15 MPa、0.17 MPa時的交通管制措施.

5 結論

本文通過運用kenpave力學分析軟件計算了基層鋪筑時，齡期、施工車輛軸載對二灰冷再生底基層的影響，重點研究了拉應力、彎沉的變化規律.通過上面對二灰冷再生層鋪設7 d、14 d天在鋪設基層時，施工車輛對冷再生底基層影響的力學分析可知：冷再生底基層的模量對冷再生底基層頂的彎沉和底基層底的拉應力影響很大，綜合施工時間等因素，可知，底基層鋪筑7 d后鋪設基層的方案較為優越，即減短施工時間，也很好地控制施工車輛對底基層的影響.

[1]馬士賓，劉俊琴，王麗潔，等.基層鋪筑時施工車輛對石灰土底基層的力學影響分析 [J].河北工業大學學報，2012，41（3）：92-96.

[2]侯昭光.冷再生基層路面結構力學響應影響因素分析 [J].重慶交通大學學報，2011，30（1）：44-47.

[3]楊群，黃曉明.半剛性基層拉應力驗算時雙軸系數的分析 [J].公路交通科技，2002，19（1）：1-3.

[4]李峰，孫立軍.基層模量對瀝青路面力學性能的影響分析 [J].公路交通科技，2006，23（10）：41-43.

[5]周斌，李君，李輝忠.半剛性基層瀝青路面結構參數的敏感性力學分析 [J].中外公路，2007，27（4）：65-69.

[6]魏連雨，葛景峰，朱旭紅，等.季節性環境溫度下二灰碎石基層強度增長規律研究 [J].中外公路，2012，32（1）：80-83.