重载交通下沥青路面结构设计研究.pdf

收稿日期：文章编号：（）文献标识码：重载交通下沥青路面结构设计研究孙美欢（新疆茭通公路勘察设计院有限公司，新疆维吾尔自治区 ）摘要：通过对重载交通下沥青路面的破坏机理、路面材料设计参数及路面设计方法进行研究，研究结果表明：在重载交通作用下，适当的加厚沥青混凝土厚度及二级碎石厚度能有效降低路表弯沉值和车辙深度，提高基层抗拉能力和土基顶面抗压能力；并提出重载沥青路面结构设计的方法及设计的主要流程和沥青路面结构组合结构。关键词：重载交通；破坏机理；路面材料；设计方法 病害机理研究 有限元模型的建立本文采用 有限元软件建立三维的沥青结构路面实体模型，包括结构一和结构二两种不同的沥青路面结构，在模型中采用 来模拟沥青层，采用 来模拟基层及土基，模型中的参数设置如表 所示，在模型中将结构地面的 、方向均设置约束，对道路形成方向的 、两侧设置水平方向的约束，三维的模型如图 所示。表 沥青路面结构的模型参数设置表材料厚度（）结构一结构二抗压模量（）泊松比密度（）沥青混凝土 二灰碎石 二灰砂砾 土基 图 有限元三维模型 弯沉的影响分析如图 所示。从图 中明显可以看出，随着载重的增加路表弯沉值逐渐增加，呈现出线性的关系曲线，对比结构一与结构二发现，在相同的轴载下结构二的弯沉值均比结构一大，说明沥青混凝土厚度及二级碎石厚度越第 期（总第 期）华东公路 （）年 月 日 大，对控制弯沉值越有利。路表的弯沉值越大时说明路面抵抗荷载的作用越弱，因此在进行沥青路面设计时要注重重载的不利影响。图 不同路面结构各轴载作用下的路表弯沉值曲线图 层底拉应力的影响分析如图 所示。图 不同路面结构各轴载作用下的基层层底拉应力曲线图从图 中明显可以看出，随着载重的增加沥青路面基层的层底弯拉应力逐渐增加，呈现出线性的关系曲线，对比结构一与结构二发现，在相同的轴载下结构二的层底弯拉应力均比结构一大，说明沥青混凝土厚度及二级碎石厚度越大，沥青路面基层所能承受的应力越大，抵抗荷载的作用越强，因此在进行沥青路面设计时要注重半刚性基层材料或增加厚度等方式，从而来提高路面结构承受能力和使用寿命。车辙的影响分析如图 所示。从图 中明显可以看出，在不同的重载作用下，沥青路面结构的车辙变形深度变化规律大致相似，对比 、及 载重下，可以发现当载重越大时，在相同的作用次数下，沥青路面的车辙变形深度将会越大，说明在重载交通作用下，不仅会使路面结构产生较大的竖向应力及变形，还会导致沥青路面材料发生由中心向两侧推挤的作用，使得路面出现车辙隆起现象，因此在进行沥青路面结构设计时因主要重载对车辙的影响。图 不同路面结构各轴载作用下的沥青路面车辙深度曲线图 土基的变形影响分析如图 所示。图 不同路面结构各轴载作用下的沥青路面土基顶面压应变曲线图从图 中可以看出，随着载重的增加沥青路面基层的沥青路面土基顶面压应变逐渐增加，基本呈现出线性的关系曲线，对比结构一与结构二发现，在相同的轴载下结构二的路面土基顶面压应变均比结构一大，说明沥青混凝土厚度及二级碎石厚度越大，沥青路面土基顶面所能承受的应力越大，抵抗荷载的作用越强，因此在进行沥青路面设计时要注重半刚性基层材料或增加厚度等方式，从而来提高路面结构承受能力和使用寿命。沥青路面设计方法研究 设计的指标相比于普通的路面设计而言，重载沥青路面在设计时因为其受力特征与破坏的机理是由超载而引起的，因而在进行沥青路面设计时可以在常规普通路面设计方法的基础上优化并提出适合的设计方法。不同轴重与弯沉值的简化关系如公式 所示，弯沉值的计 华东公路 年第 期算如公式 所示。（）（）式中 表示路表的弯沉值（）；、表示轴重（）；表示弯沉换算指标。（）式中 表示路表的弯沉值（）；和 表示简化后相关系数；表示轴载下的累积当量轴次。层底拉应力与轴重的简化关系如公式 所示；弯拉应力容许拉应力如公式 所示：（）（）式中、表示层底拉应力；、表示轴重（）；表示回归系数。（）式中 表 示 路 面 结 构 材 料 的 容 许 应 力（）；表示路面结构材料的极限抗拉强度（）；表示抗拉强度结果系数。在相同的车辙深度情况下，轴重与加载次数的简化关系如公式 所示，车辙深度设计如公式 所示。（）（）式中、表示加载的次数；、表示轴重（）；表示轴重的换算指数。（）式中 的表示车辙深度（）；表示加载次数。土基顶面压应变与轴载作用次数的简化关系如公式 所示；当 取 ，去 时土基顶面容许应力公式如 所示：（）式中 表示土基顶面容许应力；、表示回归系数，表示轴载作用次数。（）式中 表示土基顶面容许应力；表示轴载作用次数。沥青路面结构组合和厚度的设计如表 所示。表 沥青路面结构厚度推荐表结构类型最小厚度（）结构层适宜厚度（）柔性基层沥青稳定碎石 无结合料级配碎石 水泥稳定类 半刚性基层石灰粉煤灰稳定类 综合稳定类 不配筋混凝土 刚性基层配筋混凝土 连续配筋混凝土 结论本文分析重载交通下沥青路面结构的病害，主要包括对弯沉值、基层层底拉应力、车辙深度及土基顶面压应变等指标，研究表明：在重载交通作用下，适当的加厚沥青混凝土厚度及二级碎石厚度能有效降低路表弯沉值和车辙深度，提高基层抗拉能力和土基顶面抗压能力；并提出重载沥青路面结构设计的方法及设计的主要流程和沥青路面结构组合结构。参考文献 王瑞丽 公路运输超限超载治理现状及对策分析 交通运输，：邓学钧，张登良，许志鸿 路基路面工程 北京：人民交通出版社，：李海军，黄晓明 重载条件下沥青路面按弯沉等效的轴载换算 公路交通科技，：肖田，王晓华，靳灿章 基于实测弯沉等效的重载交通沥青路面轴载换算 河北工业大学学报，（）：张洪亮，许金良，郭荣庆，杨宏志 重载沥青路面基于实测荷载图式的轴载换算研究 武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：王丰胜基于 黏弹性模型的沥青路面蠕变变形规律三维有限元分析 工业建筑，（）：年第 期孙美欢：重载交通下沥青路面结构设计研究