差異改性瀝青面層厚度研究

王雙 王小慶

摘 ? 要：為了研究差異改性瀝青路面的合理面層厚度，本文主要基于南寧市鳳嶺北路-高速環(huán)路立交工程，利用按層狀體系理論編制的殼牌瀝青路面設(shè)計(jì)軟件B1SAR3.0，在標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100KN作用下，對(duì)面六種改性瀝青面層厚度的組合形式進(jìn)行分析，研究得到：隨著路面軸載的增大，同一深度所受到的軸力也隨之增大，同時(shí)瀝青路面的工作響應(yīng)區(qū)域隨深度增大而逐漸減小。通過(guò)對(duì)多種面層厚度組合進(jìn)行受力分析，最終得到了面層厚度組合的優(yōu)劣排序?yàn)椋? 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。據(jù)此，應(yīng)用于不同受力狀態(tài)的路面，工程實(shí)施效果良好。

關(guān)鍵詞：面層厚度 ?瀝青路面 ?差異改性 ?軸載

中圖分類號(hào)：U416.217 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）05（a）-0053-03

Abstract： In order to study the reasonable surface thickness of the different modified asphalt pavement， this paper mainly based on the Fengling North Road Expressway Overpass Project of Nanning City， using shell asphalt pavement design software b1sar3.0 compiled according to the layered system theory， under the action of the standard axle load bzz-100kn， analyzes the combination form of the six modified asphalt surface thickness， and obtains： with the axle load of the pavement At the same time， the response area of asphalt pavement decreases with the increase of depth. Through the stress analysis of a variety of surface layer thickness combinations， the order of the surface layer thickness combinations is： 567， 468， 467， 556， 466， 456. According to this， it is applied to the pavement with different stress states， and the effect of engineering implementation is good.

Key Words： Surface thickness; Asphalt pavement; Differential modification; Axle load

道路全線通常采取單一面層厚度組合，這樣不僅會(huì)增加工程成本并且會(huì)使得特殊路段的指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求。例如在道路長(zhǎng)大縱坡、彎道等處由于受力條件較差，在這些特殊路段通常會(huì)過(guò)早出現(xiàn)車轍等道路病害，從而影響整條道路的使用性能，但設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有對(duì)這些易導(dǎo)致道路病害的路段進(jìn)行特殊考慮，導(dǎo)致面層厚度達(dá)不到荷載要求或造成材料浪費(fèi)。為了使改性瀝青充分發(fā)揮其作用，有效改善道路線形不良路段的車轍病害，開(kāi)展差異改性瀝青路面的厚度研究十分必要且迫切[1-2]。

1 ?工程概況

南寧市鳳嶺北路-高速環(huán)路立交工程（二期工程）位于南寧市鳳嶺片區(qū)，南寧東站東南角，南寧市青秀區(qū)鳳嶺北路與高速環(huán)路相交處。立交總體方案為“半定向、半苜蓿葉蝶型、全互通立交”型，立交共三層，設(shè)計(jì)地面道路系統(tǒng)及為第一層，高速環(huán)路為第二層，鳳嶺北路作為立交的第三層。立交包括鳳嶺北路、高速環(huán)路兩條主線道路;氣象水文條件：南寧年平均氣溫21.7℃，極端最高氣溫40.4℃，年平均相對(duì)濕度65%，立交橋?yàn)r青路面面層結(jié)構(gòu)選擇見(jiàn)表1。

2 ?面層合理厚度研究

合理的瀝青路面面層厚度，對(duì)于改善道路病害以及整個(gè)路面的使用壽命具有重大意義。為了得到各面層的合理厚度，就要從瀝青路面各個(gè)深度的工作受力區(qū)域，以及受力的大小。應(yīng)用BISAR軟件，彈性層狀體系中的應(yīng)力、應(yīng)變和位移都能夠計(jì)算，在對(duì)于作用在表面的剪應(yīng)力的計(jì)算中，不存在表面影響位置的問(wèn)題，此程序能夠通過(guò)計(jì)算得出應(yīng)力與應(yīng)變張量及主應(yīng)力與應(yīng)變的特征值和特征向量以及相應(yīng)的主要方向。為了探究行車荷載對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的影響，這里選擇了100～200kN之間的6種軸載作用下，軸載隨著路基深度的變化關(guān)系[3]，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，隨著深度的增加，面層所受軸力的影響越來(lái)越小，在路面以下79mm處軸力減小為零。在同一深度，面層所受到的最大軸力隨著軸重的增大而增大，軸重由標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN增大到200kN時(shí)，表層所受影響最大，軸力增加約50%，且當(dāng)超載率較小時(shí)，面層所受的最大軸力增大幅度較小。隨著超載率的增大，面層所受的最大軸力增加顯著。

研究發(fā)現(xiàn)，各種軸載作用的瀝青路面響應(yīng)趨勢(shì)基本是一致的，為了分析不同面層厚度組合形式對(duì)于瀝青路面的影響，這里選擇標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100KN作用下（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm三種面層厚度組合進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

廣西省高速公路路面結(jié)構(gòu)厚度一般在70～75cm之間，瀝青面層厚度一般為15-18cm，多數(shù)采用（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm的組合形式，基層厚度組合一般為（18+18+20）cm。為了提高瀝青路面的強(qiáng)度，探索最佳的瀝青面層組合形式。對(duì)（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm三種組合形式分別施加標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100kN，進(jìn)行比較。結(jié)果表明，三種組合形式的受力在14-16cm深度出現(xiàn)了明顯差別。（4+6+8）cm組合形式在相同深度下，受到的軸力最小，表現(xiàn)出最佳的承載能力。

公路路面一般可分為主路路面、復(fù)合式路面、集散車道、匝道路面、地面輔道路面、人行道路面，每種路面都有其相應(yīng)的使用途徑，對(duì)應(yīng)不同的路面荷載，而這些荷載的種類以及作用時(shí)間、路面使用壽命等等顯然是不同的。為了避免特殊路段的承載力不足同時(shí)減少工況條件較好路段的施工成本，需要對(duì)不同的路面匹配不同的瀝青面層厚度組合類型。這里在原有（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm的基礎(chǔ)上又增加了（4+6+6）cm，（5+5+6）cm，（5+6+7）cm三種組合形式進(jìn)行對(duì)比分析。

結(jié)果表明，（5+6+7）cm的組合形式在同一深度所受軸力影響均小于（4+6+8）cm的組合形式。由圖3可知，瀝青路面面層厚度組合形式的強(qiáng)度排列順序依次為5 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。

3 ?改進(jìn)措施

南寧大型樞紐立交橋項(xiàng)目的瀝青路面主要可分為主線路面、集散車道、匝道路面、地面輔道路面，由于每種類型的車道有不同的行車荷載和不同的設(shè)計(jì)使用壽命，對(duì)應(yīng)路面的面層有不同的面層彎沉值。根據(jù)上述分析可知，隨著路面軸載的增大，同一深度所受到的軸力也隨之增大，同時(shí)瀝青路面的工作響應(yīng)區(qū)域隨深度增大而逐漸減小。通過(guò)對(duì)多種面層厚度組合進(jìn)行受力分析，最終得到了面層厚度組合的優(yōu)劣排序?yàn)椋? 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)面層彎沉值，將面層厚度組合形式依據(jù)彎沉值的大小進(jìn)行分配，以達(dá)到差異改性瀝青路面的面層厚度選擇，結(jié)果見(jiàn)表2。

4 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)差異改性瀝青路面的面層厚度對(duì)于多種路面的適用性分析可知，隨著路面軸載的增大，同一深度所受到的軸力也隨之增大，同時(shí)瀝青路面的工作響應(yīng)區(qū)域隨深度增大而逐漸減小。通過(guò)對(duì)多種面層厚度組合進(jìn)行受力分析，最終得到了面層厚度組合的優(yōu)劣排序?yàn)椋? 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。將不同面層厚度組合類型匹配應(yīng)用于不同受力狀態(tài)的路面，使得道路全線具有不同面層厚度組合形式，大大改善了路面結(jié)構(gòu)，提高了瀝青路面的安全性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 何敏，曹東偉，張海燕，等.改性生物瀝青常規(guī)性能研究[J].公路交通科技，2015，32（2）：8-12.

[2] 賀海，王朝輝，劉志勝，等.新型無(wú)機(jī)阻燃改性瀝青的制備與路用性能研究[J]公路交通科技，2014，31（7）：45-52.

[3] 湯鋒華，安永福，吳祖德.路基工作區(qū)計(jì)算的應(yīng)用實(shí)例[J].城市道橋與防洪，2018（1）：163-167，20.