貧混凝土基層厚度對路面結構應力的影響分析

喬 琳

(山東省公路設計咨詢有限公司 濟南市 250102)

貧混凝土基層瀝青路面(Asphalt Pavement with Lean Concrete Base)綜合了瀝青和水泥混凝土的優點，路面使用時，由于貧混凝土良好的整體性和優良的抗沖刷性，大大降低了產生沉陷、唧漿以及坑槽等病害的可能性，從而減少維修和養護費用，提高路面服務水平。因此，能較好地適應目前二級公路上大交通量和重載交通的發展趨勢，具有廣闊的應用前景。

1 參數的選取

根據目前我國常用二級公路瀝青路面結構組合，選用雙層瀝青面層，貧混凝土基層，水泥穩定碎石底基層，具體結構見圖1。

為了簡化計算，將瀝青路面視作線彈性層狀體系，并采用BISAR3.0(Bitumen Stress Analysis in Road)程序對路面結構應力進行分析。

固定面層參數、貧混凝土基層模量，在不同的水泥穩定碎石底基層厚度下對不同貧混凝土基層厚度的路面彎沉、各層層底拉應力、面層剪應力和路基壓應變進行分析，水泥穩定碎石底基層厚度取13cm、15cm、18cm、20cm、25cm，貧混凝土基層厚度分別取10cm、12cm、15cm、18cm、20cm、22cm、24cm、26cm。

計算所取路面結構及參數如表1所示。

表1 不同貧混凝土基層厚度路面結構及參數

注：括號內為計算拉應力時所選取的材料的抗壓模量，X表示不同貧混凝土基層厚度變化，Y表示不同水泥穩定碎石底基層厚度變化

2 基層厚度對路表彎沉的影響規律分析

計算結果見表2。

表2 彎沉計算結果(單位：0.01mm)

由圖2可以看出隨著基層與底基層厚度的增加彎沉逐漸減小。具體分析計算結果可知，底基層不變時，基層每增加1cm厚度，彎沉值平均減小0.83513(0.01mm)，即減小2.77%；基層厚度不變時，底基層每增加1cm厚度，彎沉平均減小0.35854(0.01mm)，即減小1.41%；且隨著基層與底基層厚度的增加彎沉值減小幅度越平緩。

3 基層厚度對路面層底拉應力的影響

3.1 基層厚度對瀝青面層層底拉應力的影響規律分析

計算結果見表3。

表3 瀝青面層層底拉應力計算結果(單位：MPa)

由圖3可以看出隨著基層與底基層厚度的增加瀝青面層層底拉應力逐漸減小。具體分析計算結果可知，底基層厚度不變時，基層厚度每增加1cm，面層層底拉應力平均減小0.00833MPa，即減小3.53%；基層厚度不變時，底基層厚度每增加1cm，面層層底拉應力平均減小0.00193MPa，即減小1.03%；且隨著基層與底基層厚度的增加面層層底拉應力減小幅度越平緩，在基層與底基層厚度均大于25cm后拉應力值基本不變。

3.2 基層厚度對貧混凝土基層層底拉應力的影響規律分析

計算結果見表4。

表4 貧混凝土基層層底拉應力計算結果(單位：MPa)

由圖4可以知道隨著基層與底基層厚度的增加貧混凝土基層層底拉應力逐漸減小。具體分析以上計算結果可知，底基層厚度不變時，基層厚度每增加1cm，基層層底拉應力平均減小0.05113MPa，即減小3.38%；基層厚度不變時，底基層厚度每增加1cm，基層層底拉應力平均減小0.02821MPa，即減小2.20%；且隨著基層與底基層厚度的增加基層層底拉應力減小幅度越平緩。

3.3 基層厚度對水泥穩定碎石底基層層底拉應力的影響規律分析

計算結果見表5。

表5 水泥穩定碎石底基層層底拉應力計算結果(單位：MPa)

由圖5可以知道隨著基層與底基層厚度的增加水泥穩定碎石底基層層底拉應力逐漸減小。具體分析以上計算結果可知，底基層厚度不變時，基層厚度每增加1cm，底基層層底拉應力平均減小0.01782MPa，即減小3.98%；基層厚度不變時，底基層厚度每增加1cm，底基層層底拉應力平均減小0.009MPa，即減小2.62%；且隨著基層與底基層厚度的增加底基層層底拉應力減小幅度越平緩。

4 基層厚度對瀝青面層剪應力的影響規律分析

計算結果見表6。

由圖6可以知道隨著基層與底基層厚度的增加瀝青面層剪應力逐漸減小。具體分析以上計算結果可知，底基層厚度不變時，基層厚度每增加1cm，面層剪應力平均減小0.00245MPa，即減小0.58%；基層厚度不變時，底基層厚度每增加1cm，剪應力平均減小0.0006MPa，即減小0.14%；且隨著基層與底基層厚度的增加面層剪應力減小幅度越平緩，在基

表6 瀝青面層剪應力計算結果(單位：MPa)

層與底基層厚度均大于25cm后剪應力值基本不變。

5 基層厚度對路基壓應變的影響規律分析

計算結果見表7。

表7 路基壓應變(1×10-4ε)計算結果

由圖7可以知道隨著基層與底基層厚度的增加路基壓應變逐漸減小。具體分析以上計算結果可知，底基層厚度不變時，基層厚度每增加1cm，路基壓應變平均減小0.2218(1×0-4ε)，即減小4.30%；基層厚度不變時，底基層厚度每增加1cm，路基壓應變平均減小0.08089(1×10-4ε)，即減小2.16%；且隨著基層與底基層厚度的增加壓應變減小幅度越平緩。

6 結論

通過分析可知，貧混凝土基層厚度的變化對路表彎沉、各層層底拉應力、瀝青面層剪應力與路基壓應變的影響比水泥穩定碎石底基層顯著。

(1)貧混凝土基層厚度每增加1cm對各力學指標影響的大小順序為：路基壓應變>底基層層底拉應力>面層層底拉應力>基層層底拉應力>彎沉>面層剪應力，且各力學指標的變化率均小于5%/cm。

(2)水泥穩定碎石底基層厚度每增加1cm對各力學指標影響的大小順序為：底基層層底拉應力>基層層底拉應力>路基壓應變>彎沉>面層層底拉應力>面層剪應力，且各個力學指標的變化率均小于3%/cm。

(3)通過以上計算表明，各基層、底基層厚度下的面層層底拉應力與基層層底拉應力均小于瀝青混合料與貧混凝土材料的劈裂強度；而當基層厚度與底基層厚度同時取較小值時，底基層層底拉應力大于其劈裂強度；對于彎沉值與路基壓應變來說，基層厚度與底基層厚度須避免同時取較小值；因此基層厚度與底基層厚度須大于15cm。

(4)基層、底基層厚度變化對面層剪應力的影響均較小，變化率小于0.6%/cm。

(5)基層與底基層厚度均大于20cm后，厚度的變化對各個力學指標的影響均較小，所以出于經濟考慮，基層與底基層厚度最好不要超過20cm。