水穩(wěn)碎石基層微裂對瀝青路面結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)行為影響分析

易小波

摘要 水泥穩(wěn)定類基層微裂技術(shù)指對基層經(jīng)1～3 d短期養(yǎng)護，采用振動壓路機對該其進行碾壓，使之出現(xiàn)微細裂縫網(wǎng)絡(luò)，以減少路面層反射性裂縫的發(fā)生概率。文章以瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)狀況為依據(jù)，通過瀝青路面結(jié)構(gòu)選擇、材料參數(shù)確定、荷載參數(shù)優(yōu)化、計算統(tǒng)計等，對微裂瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)與不同軸載水平間關(guān)系加以分析，旨在為同類項目建設(shè)提供技術(shù)參考、借鑒。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；水泥穩(wěn)定類基層；微裂技術(shù)；試驗檢測

中圖分類號 U416.214文獻標(biāo)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(wěn)碎石基層間的最主要差異表現(xiàn)為模量降低，隨著水穩(wěn)碎石層材料養(yǎng)生期的增加其模量水平可逐步恢復(fù)。基層微裂后，瀝青路面結(jié)構(gòu)的最大剪應(yīng)力、最大拉應(yīng)力、路面彎沉等力學(xué)指標(biāo)均出現(xiàn)了顯著變化。該文將對基層微裂與路面基層結(jié)構(gòu)力學(xué)行為之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進行了詳細分析。

1 瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模型

室內(nèi)試驗結(jié)果顯示，保持養(yǎng)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(fù)較為明顯。以微裂條件為基礎(chǔ)，確定基層微裂材料參數(shù)，并基于此構(gòu)建力學(xué)分析模型，分析力學(xué)指標(biāo)變化情況[1]。

1.1 瀝青路面結(jié)構(gòu)的選取及材料參數(shù)的確定

該文探究了水穩(wěn)碎石基層微裂與瀝青路面結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)行為之間的關(guān)系，并以項目實例為基礎(chǔ)，選定典型瀝青路面的水穩(wěn)碎石基層作為微裂層進行探究，詳見圖1。瀝青路面結(jié)構(gòu)各層材料的參數(shù)情況如表1所示。

1.2 KENPAVE路面分析與設(shè)計軟件簡介

該文相關(guān)研究以KENPAVE軟件為基礎(chǔ)，通過軟件設(shè)計以實現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)形式，基于KENPAVE完成數(shù)據(jù)文件編輯，及均布荷載情況下的應(yīng)變、位移、應(yīng)力的分析?；贚GRAPH程序論證水穩(wěn)碎石基層的荷載水平，并完成力學(xué)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(chǔ)進行理論計算，探究道路破壞程度，經(jīng)精確計算后，其結(jié)果顯示精度值為0.001。

2 荷載參數(shù)及計算圖式

2.1 荷載參數(shù)

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(guān)系公式為基礎(chǔ)進行了相關(guān)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(chǔ)對上述公式內(nèi)容進行了調(diào)整，獲得式（2）。

A=0.008P+152+4 （2）

水穩(wěn)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(dǎo)致基層裂縫重現(xiàn)，故該文對不同荷載水平下路基路面微裂情況與力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系進行了分析[3]，軸載計算參數(shù)情況如表2所示。

2.2 計算圖式

基于力學(xué)模型進行計算，力學(xué)指標(biāo)最大值位置不同，需對不同力學(xué)指標(biāo)的計算點位置加以確認。以彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)，結(jié)合力學(xué)模型判斷瀝青路面結(jié)構(gòu)最大底層剪應(yīng)力、底層頂壓力、拉應(yīng)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(yīng)力值水平進行計算，以確定最大應(yīng)力值。

3 不同軸載水平對微裂后瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)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(jié)構(gòu)層受力情況，包括舊路基頂豎向壓應(yīng)力值、路表彎沉值、瀝青路面結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力值，其軸載計算參數(shù)情況如表2所示[4]。通過相關(guān)參數(shù)分析可知，瀝青路面結(jié)構(gòu)底基層底部和基層為主要受力部位，計算結(jié)果如表3～6和圖3～6所示。

對上述內(nèi)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(nèi)容分析可知，軸載力水平為200 kN時，7 d路面彎沉超出標(biāo)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(biāo)準軸載下路面彎沉值[5]。

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

（3）以現(xiàn)有研究資料為基礎(chǔ)，7 d齡期冷再生底基層的層底劈裂強度在0.25～0.31 MPa區(qū)間內(nèi)[7]。冷再生層最大拉應(yīng)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(yīng)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(xiàn)破裂，故在基層微裂技術(shù)應(yīng)用初期應(yīng)當(dāng)禁止大型貨車通行[8]。

（4）瀝青路面結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)力值為標(biāo)準荷載水平的197%。

4 結(jié)論

綜上所述，該文基于路面結(jié)構(gòu)力學(xué)，以設(shè)計軟件對水穩(wěn)基層微裂后瀝青路面結(jié)構(gòu)，在不同軸載作用下的力學(xué)行為變化情況進行了分析。

（1）瀝青路面基層應(yīng)用微裂技術(shù)后，不同軸載水平下，同齡期路面結(jié)構(gòu)，軸載水平增加的同時宏觀力學(xué)指標(biāo)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(biāo)準軸載下的189%，基層底最大拉應(yīng)力為標(biāo)準軸載水平下的90%，底基層最大拉應(yīng)力為標(biāo)準軸載下195%，舊路基頂最大豎向壓應(yīng)力為標(biāo)準軸載下197%。由此可見，軸載水平會明顯影響瀝青路面力學(xué)行為，超載情況下路面微裂基層與底基層易出現(xiàn)再次破裂，需嚴格限制前期重載車輛如貨車的通行。

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