水穩碎石基層微裂對瀝青路面結構宏觀力學行為影響分析

易小波

摘要 水泥穩定類基層微裂技術指對基層經1～3 d短期養護，采用振動壓路機對該其進行碾壓，使之出現微細裂縫網絡，以減少路面層反射性裂縫的發生概率。文章以瀝青路面結構力學狀況為依據，通過瀝青路面結構選擇、材料參數確定、荷載參數優化、計算統計等，對微裂瀝青路面結構力學指標與不同軸載水平間關系加以分析，旨在為同類項目建設提供技術參考、借鑒。

關鍵詞 公路工程項目；水泥穩定類基層；微裂技術；試驗檢測

中圖分類號 U416.214文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0132-03

0 引言

微裂前與微裂后水穩碎石基層間的最主要差異表現為模量降低，隨著水穩碎石層材料養生期的增加其模量水平可逐步恢復。基層微裂后，瀝青路面結構的最大剪應力、最大拉應力、路面彎沉等力學指標均出現了顯著變化。該文將對基層微裂與路面基層結構力學行為之間的內在關聯，進行了詳細分析。

1 瀝青路面結構力學分析模型

室內試驗結果顯示，保持養生期為2 d，水泥劑量為4.5%的情況下微裂，并控制抗壓回彈模量，使微裂損傷度為30%～50%，此時瀝青路面基層強度值恢復較為明顯。以微裂條件為基礎，確定基層微裂材料參數，并基于此構建力學分析模型，分析力學指標變化情況[1]。

1.1 瀝青路面結構的選取及材料參數的確定

該文探究了水穩碎石基層微裂與瀝青路面結構宏觀力學行為之間的關系，并以項目實例為基礎，選定典型瀝青路面的水穩碎石基層作為微裂層進行探究，詳見圖1。瀝青路面結構各層材料的參數情況如表1所示。

1.2 KENPAVE路面分析與設計軟件簡介

該文相關研究以KENPAVE軟件為基礎，通過軟件設計以實現路面結構形式，基于KENPAVE完成數據文件編輯，及均布荷載情況下的應變、位移、應力的分析。基于LGRAPH程序論證水穩碎石基層的荷載水平，并完成力學計算點、荷載作用位置的精確確定[2]。該文以彈性層狀體為基礎進行理論計算，探究道路破壞程度，經精確計算后，其結果顯示精度值為0.001。

2 荷載參數及計算圖式

2.1 荷載參數

輪胎接地壓強隨著軸重水平增加而增加，接地面積也隨之增大，但在此過程中輪胎間距水平始終保持為32 cm。該文以車輛軸載與車輛車胎接地面積關系公式為基礎進行了相關分析，詳見式（1）。

A=0.008P+152±70 （1）

式中，A——車輛輪胎接地面積；P——車胎壓力值，確保其離差范圍在90%。以我國道路實際情況為基礎對上述公式內容進行了調整，獲得式（2）。

A=0.008P+152+4 （2）

水穩碎石基層路面微裂后，前期通車階段裂縫尚未完全愈合，在大型車輛荷載影響下易導致基層裂縫重現，故該文對不同荷載水平下路基路面微裂情況與力學指標的關系進行了分析[3]，軸載計算參數情況如表2所示。

2.2 計算圖式

基于力學模型進行計算，力學指標最大值位置不同，需對不同力學指標的計算點位置加以確認。以彈性層狀體系理論為基礎，結合力學模型判斷瀝青路面結構最大底層剪應力、底層頂壓力、拉應力等，詳見圖2所示。圖中黑色圓點分別代表1～4號計算點，對不同計算點的應力值水平進行計算，以確定最大應力值。

3 不同軸載水平對微裂后瀝青路面結構力學響應影響分析

瀝青路面基層進行微裂施作后，分析不同軸載作用下的瀝青路面結構層受力情況，包括舊路基頂豎向壓應力值、路表彎沉值、瀝青路面結構層底拉應力值，其軸載計算參數情況如表2所示[4]。通過相關參數分析可知，瀝青路面結構底基層底部和基層為主要受力部位，計算結果如表3～6和圖3～6所示。

對上述內容分析可知：

（1）瀝青路面基層微裂后，相同齡期條件下，隨著軸載水平的增加路面彎沉加大，其增幅基本上為線性。對表3內容分析可知，軸載力水平為200 kN時，7 d路面彎沉超出標準軸載水平下路面彎沉89%，14 d和28 d時路面彎沉同樣超出標準軸載下路面彎沉值[5]。

（2）隨軸載水平增加，瀝青路面結構底基層底部和基層最大拉應力值增加，變化趨勢基本為線性。對表4～5內容分析可知，軸載力水平為200 kN時，基層最大拉應力值為標準軸載水平下基層最大拉應力值的190%，基層底最大拉應力值為標準荷載下底基層最大拉應力值195%[6]。

（3）以現有研究資料為基礎，7 d齡期冷再生底基層的層底劈裂強度在0.25～0.31 MPa區間內[7]。冷再生層最大拉應力值隨著軸載水平的增加而增大，軸載水平為200 kN時，冷再生層底最大拉應力值超出底基層材料的劈裂強度，基層微裂后超載作用下易再次出現破裂，故在基層微裂技術應用初期應當禁止大型貨車通行[8]。

（4）瀝青路面結構基層微裂后，齡期相同的情況下，隨著軸載水平增加，路基頂最大豎向壓應力值增大，其變化趨勢基本趨于線性[9]。對表6分析可知，軸載力水平為200 kN時，7 d、14 d、28 d齡期路基頂最大豎向壓應力值為標準荷載水平的197%。

4 結論

綜上所述，該文基于路面結構力學，以設計軟件對水穩基層微裂后瀝青路面結構，在不同軸載作用下的力學行為變化情況進行了分析。

（1）瀝青路面基層應用微裂技術后，不同軸載水平下，同齡期路面結構，軸載水平增加的同時宏觀力學指標增大，其變化趨勢基本上符合線性趨勢。

（2）軸載水平為200 kN時，路面彎沉為標準軸載下的189%，基層底最大拉應力為標準軸載水平下的90%，底基層最大拉應力為標準軸載下195%，舊路基頂最大豎向壓應力為標準軸載下197%。由此可見，軸載水平會明顯影響瀝青路面力學行為，超載情況下路面微裂基層與底基層易出現再次破裂，需嚴格限制前期重載車輛如貨車的通行。

參考文獻

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