路基干濕狀態(tài)對瀝青路面力學響應的影響

摘要：運用BISAR3的最新軟件以路面力學為基礎，從各個角度探究相應的干濕情況下的路基對現(xiàn)代瀝青路面的影響，從路基的回彈量以及兩層的連接情況了解探究瀝青路面的力學響應，運用圖表的方式，研究路面的彎度、各個層面的應力相應狀況。結果顯示，路基的干濕情況嚴重關系到瀝青路面的力學響應，最為突出的是路面的彎度以及各個層面的力學響應的改變。

關鍵詞：路基干濕；響應；BISAR3；回彈量；層面力學改變

1前言

在公路的營運過程中，因為地表水與地下水的共同作用，路基通常情況下都存在著不同程度的干濕循環(huán)狀態(tài)。一旦路面開始通車，就會影響整個路基的下沉，進而引發(fā)路面開裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。尤其是對于路基較低的路段而言，出現(xiàn)路面下沉、翻漿、路面留有車轍印等現(xiàn)象的可能性也會有一定的增大。此外，地下水經(jīng)毛細作用以后，該路段還會產(chǎn)生基頂面遷移的現(xiàn)象，增加路基中的含水量，進而降低土基頂面當量回彈的模量^【1】。對此，我們可以利用地下水位變化的土基頂面當量回彈模量預估方程，對土基含水量變化過程中產(chǎn)生的土基回彈模量進行精確的計算，它對我們設計土基強度和路面結構等施工方案提供了重要的參考依據(jù)，進而引發(fā)瀝青路面的結構以及承重能力。當前，國家的一級和二級公路都是我國目前存在的瀝青高速公路。路表面的彈性量、路面的彎度、路基以及路基地的力學響應等是是現(xiàn)代瀝青公路的重要設計標準方式。本文將在下文進行瀝青公路這幾個指標的實驗設計，進而分析瀝青的路面力學響應是否與路基的干濕狀態(tài)相關。

2、實驗材料

2.1土基參數(shù)

選取不同路段路基土，由實驗測得不同季節(jié)土樣的含水量和干密度（見表1）。

表1" 路基含水量和干密度

路基模量同含水量有很大的關系。根據(jù)實驗表明，路基從飽水狀態(tài)到干疏狀態(tài)，彈性模量增加3—4倍。路基含水量引起的彈性模量變化可根據(jù)路基彈性模量評估方程進行計算：其中：Er為路基的彈性模量；θ為路基的單位含水率；ρw為水的密度；ρd為路基的干密度；Cd為路基壓實度，一般取值為0.98。根據(jù)計算，得出路基含水量與彈性模量的關系^【2】。（詳見圖1）

圖1" 路基含水量與彈性模量

經(jīng)過圖l所呈現(xiàn)的內(nèi)容我們不難看出，在含水量不斷增大的同時路基的回彈模量也在隨之減小，且減小的幅度相對較大，也就是說，路段含水量的多少與路基回彈模量的性能之間有著十分密切的關系。例如，當某一路段的含水量從10％增加到25％時，路基回彈模量減少了40E/MPa，由此，我們不難看出其影響效果十分的明顯。對此，我們在對路基進行設計和施工作業(yè)時，都必須做好下關系的排水工作，以保障整個工程項目的質(zhì)量安全，促進我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展。

2.2半剛性路基瀝青路面

我國素來半剛性的路基瀝青公路的路面的的表層厚度是5厘米的碎石混凝土SAC-13，中間為6厘米的碎石混凝土SAC-20，下面是6厘米的碎石混凝土SAC-25，基底層是40厘米的碎石水泥產(chǎn)品，最底層是40厘米的煤灰粉。其彈性量和泊松的比例如見表2所示。

表2" 典型半剛性基層瀝青路面材料參數(shù)

2.3典型柔性基層瀝青路面材料

柔性基層瀝青路面結構采用上面層4厘米改性瀝青SAC一1 3，中面層5厘米瀝青 S A C 一 2 0，下面層6厘米瀝青SAC一25，基層12厘米密級配瀝青碎石和15厘米級配碎石，底基層20厘米水泥穩(wěn)定砂礫。面層模量、基層模量、泊松比見表3。

表3" 柔性路基瀝青路面的參數(shù)

3、計算模式

JTGD5O一2006（公路瀝青路面設計規(guī)范》規(guī)定，瀝青路面設計采用彈性層狀體系，計算采用Bzz—100，雙圓均布荷載，當量圓半徑大約是10.6 5厘米，兩荷載圓中心間距為31.95厘米，輪胎接地壓力 P—0.7 MPa，層間接觸條件設定為完全連續(xù)體系。計算圖式如圖2所示。

圖2" 雙圓均布荷載圖示

路表彎沉計算點的位置選在輪隙中心處（圖1中A點）。層 底拉應力計算點的位置為輪胎正下方（圖1中B點）以及輪隙中心的正下方（圖1中C點），取其中的最大值作為層底的最大拉應力。

4、分析探討結果

（一）路面假設

運用相應軟件假設瀝青公路的路面的彈性變化、應力的改變，具體如下：

1）彈性變化是無限的變量，其受到厚度以及表面的層面數(shù)的限制。

2）瀝青公路路面可以在每個方位進行廣大范圍的展開。

3）瀝青公路路面各個層面的結構都是布局均衡的。

4）構成各個瀝青路面的每個層面都是具有彈性的原料。

此外，假設瀝青的斷面所處的方位是 X 軸方向，車輛行駛位置為Y軸方向，路面的深度為 Z 軸方向。

（二）層底拉應力影響

分析半剛性路基瀝青路面的層底拉應力影響，結果見圖3。

圖3" 半剛性基層瀝青路面層底的最大應力變化趨勢

分析柔性路基瀝青路面的層底拉應力影響，結果見圖4。

圖4" 柔性基層瀝青路面層底的最大應力變化趨勢

從上圖所顯示的內(nèi)容我們可以得出，當土基中的含水量從10%增加到20%時，半剛性基層瀝青路面及柔性基層瀝青路面各層層底彎拉應力有著明顯的改變，當路基的水分含量以10.31%增加到20.3%的同時，柔性路面路基的表面、高密度的瀝青碎石和高質(zhì)量的水泥碎石幾乎沒有出現(xiàn)拉力的改變狀況，表面到最低下的應接力漸漸加大，高密度的瀝青碎石和高質(zhì)量的水泥碎石相應的出現(xiàn)應力的減小，到達最底層的時候又出現(xiàn)增加的趨勢，改變的最高水平能夠直達19.25%。

半剛性的瀝青公路路面的的基層拉力分別是在水泥較為平穩(wěn)的碎石的最基層面和煤灰的粉土底層；而叫柔性的路基瀝青公路路面的底層拉力分表是出現(xiàn)于密度較高的瀝青碎石和高質(zhì)量的基底層以及水泥較為穩(wěn)定的基底層^【3】。具體變化情況見表4和表5：就半鋼性基層瀝青路面來看，中面層變化幅度較小，二下基層路面變化幅度較??；就柔性基層瀝青路面來講，變化程度較大的是下面層的水泥砂漿層，變化幅度較小的是配有碎石基層，可見兩種路面各層基底所產(chǎn)生的應力有所差異。

表4" 半剛性基層瀝青路面各層層底應力變化幅度

表5" 柔性基層瀝青路面各層層底應力變化幅度

（三）路表彎沉影響

計算半剛性基層瀝青路面以及柔性基層瀝青路面路表彎沉，結果見圖5。

圖5" 路表彎沉變化趨勢

圖中隨著路基表面的水分不斷增加，即從10.31%到20.3%變化的同時，兩種路基的結構表面的彎曲程度也出現(xiàn)了不一樣的變化，半剛性的路基瀝青公路路面改變的幅度大概是36.92%，柔性的路基瀝青公路路面改變幅度是34.68%，試比較兩種路基的路面彎曲狀態(tài)和彎曲程度，明顯是柔性的路基路面彎曲的程度較半剛性的路基路面彎曲程度大^【4】。

5、結論

綜上所述，路基的干濕水平嚴重牽涉到瀝青公路路面力學的改變，因此路基干濕狀況是一個很值得同行關注探討的熱點問題之一。隨著路基的水分含量的增多，兩種瀝青公路路面的外表彎曲的程度、路基以及最基層的拉力和應力也出響了很大的變化?？偠灾?，路基表面的干濕水平直接關系到瀝青公路路面的表層路面彎曲程度、路基以及最基層的拉力和應力。因此，要想防止路基的干濕水平對瀝青公路路面產(chǎn)生不良的后果，必須強化路基的相應排水工程的實施、促進路面排水系統(tǒng)的建立。為了避免路基的干濕狀態(tài)對瀝青路面造成的破壞，應該加強路基排水系統(tǒng)的設計。

參考文獻：

[1]郭平，柏平．試論低路基毛細水病害與研究試驗方法[J]中華建設，2010（4）

[2]袁堃；島狀多年凍土地區(qū)路基差異沉降控制技術研究[D]；長安大學；2010年

[3]尚銀川；級配碎石基層瀝青路面結構力學響應分析[D]；河北工業(yè)大學；2011年

[4]李平；基于TOR橡膠瀝青路面的材料性能試驗研究及力學響應分析[D]；揚州大學；2011年