公路瀝青路面設(shè)計(jì)層位的選擇

1、摘要：分析了路面厚度確定的主要影響因素，應(yīng)用現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范提出的路面厚度計(jì)算理論和方法，通過實(shí)例計(jì)算并根據(jù)計(jì)算結(jié)果的分析，提出路面厚度計(jì)算中擬定設(shè)計(jì)層的合理方法。認(rèn)為路面厚度隨土基回彈模量的增大而減薄，應(yīng)加強(qiáng)路基壓實(shí)，改善路基力學(xué)性能，對(duì)減薄路面厚度有明顯效果。當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時(shí)，應(yīng)擬定面層、底基層厚度，以半剛性基層為設(shè)計(jì)層才能得到合理的路面結(jié)構(gòu)厚度。關(guān)鍵詞：公路瀝青路面設(shè)計(jì)層位合理厚度5在公路瀝青路面厚度的計(jì)算中，設(shè)計(jì)層的擬定至關(guān)重要，因?yàn)閿M定不同的結(jié)構(gòu)層為設(shè)計(jì)層，所得到的路面厚度計(jì)算結(jié)果的大小差異很大。如果因擬定某一結(jié)構(gòu)層為設(shè)計(jì)層，而使得路面計(jì)算厚度偏大，將增加路面工程造

2、價(jià)。因此尋求路面厚度計(jì)算中正確擬定設(shè)計(jì)層方法，具有重要的工程經(jīng)濟(jì)意義。1、路面厚度計(jì)算理論和方法現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中路面厚度是根據(jù)多層彈性理論，層間接觸條件為完全連續(xù)體系時(shí)，在雙圓垂直均布荷載作用下，輪隙中心處實(shí)測(cè)路表彎沉值Ls等于設(shè)計(jì)彎沉值Ld的原則進(jìn)行計(jì)算，即Ls =Ld，其力學(xué)計(jì)算圖式如圖所示： 2 2 pH1 E1H2 E2 Hn-1 En-1 E0 r A路表彎沉值計(jì)算圖式路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld按式（1）計(jì)算確定：Ld=600Ne-0.2AcAsAb （1）式中Ld為路面設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）；Ne為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次；Ac為公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路

3、為1.1，三、四級(jí)公路為1.2；As為面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；Ab為基層類型系數(shù)，半剛性基層為1.0。實(shí)測(cè)路表彎沉值Ls按式（2）計(jì)算確定： （2）式中Ls為實(shí)測(cè)路表彎沉值（0.01mm）；p為標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓力（MPa）；為當(dāng)量圓半徑（cm）；F為彎沉綜合修正系數(shù)；c為理論彎沉系數(shù)；E0為土基回彈模量值（MPa）；E1，E2，En-1為各層材料回彈模量值（MPa）；h1，h2，hn-1為各結(jié)構(gòu)層厚度（cm）。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先擬定某一結(jié)構(gòu)層為設(shè)計(jì)層，在已知設(shè)計(jì)彎沉值、各結(jié)構(gòu)層的回彈模量值與劈裂強(qiáng)度、土基回彈模量以及已知結(jié)構(gòu)層的厚度條件下，利用專用設(shè)計(jì)程序，即可求得擬定的設(shè)計(jì)層厚度

4、。對(duì)于高速公路、一級(jí)公路和二級(jí)公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層，還應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算，使各結(jié)構(gòu)層最大拉應(yīng)力小于或等于該層材料的容許拉應(yīng)力。其力學(xué)計(jì)算公式略。當(dāng)然其力學(xué)分析計(jì)算過程也可利用有關(guān)程序計(jì)算。2、路面厚度計(jì)算中的設(shè)計(jì)層位合理確定根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算公式（1）中分析可知，當(dāng)路段累計(jì)當(dāng)量軸次一定的情況下，設(shè)計(jì)彎沉值為定值。同時(shí)，在已知各結(jié)構(gòu)層的回彈模量值以及已知結(jié)構(gòu)層的厚度條件下，擬定的設(shè)計(jì)層厚度主要隨土基回彈模量值的大小變化。因此，我們可以通過對(duì)具有代表性的路面結(jié)構(gòu)層組合，按照相同的公路等級(jí)，相同的設(shè)計(jì)彎沉值，不同的土基回彈模量，擬定不同的設(shè)計(jì)層位進(jìn)行路面厚度的對(duì)比計(jì)算，然后根

5、據(jù)計(jì)算的結(jié)果，分析不同設(shè)計(jì)層對(duì)路面厚度大小的影響。選擇兩種有代表性的典型路面結(jié)構(gòu)：半剛性基層和底基層結(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)層組合為：瀝青層+水泥碎石+石灰土；半剛性基層，粒料類材料為底基層結(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)層組合為：瀝青層+水泥碎石+級(jí)配碎石。瀝青層厚度根據(jù)規(guī)范的推薦值采用10cm，土基回彈模量E0取30、40、50、60 Mpa分別計(jì)算，各結(jié)構(gòu)層材料回彈模量采用規(guī)范推薦值的中值進(jìn)行計(jì)算，中粒式密級(jí)配瀝青混凝土E1=1200 Mpa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土E2=1000 Mpa，水泥碎石E3=1500 Mpa，石灰土E4=550 Mpa，級(jí)配碎石E5=225 Mpa，累計(jì)當(dāng)量軸次取300萬次。計(jì)算結(jié)果

6、列入表1（附后）。式中hd為計(jì)算的設(shè)計(jì)層厚度，H為路面總厚度。對(duì)計(jì)算結(jié)果分析表明以下幾點(diǎn)：1）當(dāng)累計(jì)當(dāng)量軸次Ne，各結(jié)構(gòu)層材料回彈模量Ei一定時(shí)，設(shè)計(jì)層厚度隨土基回彈模量E0的增大而減薄，E0每增大10 Mpa，設(shè)計(jì)層厚度可減薄38cm。由此可見，選擇良好的路基填料，加強(qiáng)路基壓實(shí)，提高路基抗變形能力，對(duì)減薄路面厚度有明顯效果。2）當(dāng)半剛性基層下設(shè)置級(jí)配碎石、天然砂礫等粒料類材料作底基層時(shí)，應(yīng)擬定面層、底基層厚度，而以半剛性基層為設(shè)計(jì)層才能得到合理的路面結(jié)構(gòu)厚度。因?yàn)?，回彈模量值較低的粒料類底基層抗變形能力較差，只能按彎沉等效原則通過增加厚度來滿足設(shè)計(jì)彎沉值的要求。若以粒料類底基層作為設(shè)計(jì)層，將

7、使計(jì)算的設(shè)計(jì)層厚度過大，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)厚度不合理。3）當(dāng)采用半剛性基層和底基層結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇基層或底基層作為設(shè)計(jì)層，都能得到合理的路面結(jié)構(gòu)厚度。不同設(shè)計(jì)層位對(duì)比計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)層厚度相差37cm ，路面厚度以及經(jīng)濟(jì)性均在合理范圍之內(nèi)。表1 路面厚度設(shè)計(jì)層位對(duì)比計(jì)算結(jié)果路面結(jié)構(gòu)厚度等級(jí)Ne（萬次）Ld（0.01mm）中粒式密級(jí)配瀝青砼+粗粒式密級(jí)配瀝青砼+水泥碎石+石灰土4+6+h3+h4二級(jí)公路30033.43中粒式密級(jí)配瀝青砼+粗粒式密級(jí)配瀝青砼+水泥碎石+級(jí)配碎石4+6+h3+h4二級(jí)公路30033.43路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層位E0（MPa）hd（cm）H（cm）中粒式密級(jí)配瀝青砼+粗粒式密級(jí)配瀝青砼+水泥碎石+級(jí)配碎石當(dāng)h3 =20cm求h4 =？cm3040506048.240.33.627.078.270.363.957.0當(dāng)h4 =20cm求h3 =？cm3040506030.926.623.521.160.956.653.551.1中粒式密級(jí)配瀝青砼+粗粒式密級(jí)配瀝青砼+水泥碎石+石灰土當(dāng)h3 =20cm求h4 =？cm3040506027.721.516.812.857.751.548.842.8當(dāng)h4 =20cm求h3 =？cm3040506025.521.117.815.255.551.547.845.23、結(jié)論1）路面厚度隨土基回彈模量的增大而減薄，因此加強(qiáng)路基