路面结构层模量及厚度的力学性能分析

路面结构层模量及厚度的力学性能分析

      2.结构层厚度对路面结构的影响
      2.1 面层厚度
      面层越厚，轮隙弯沉随着面层的增加而减少的越多。面层厚度为4～8cm时，面层越厚，底基层底面的弯拉应力随着面层模量的增加越小，但弯拉应力的变化差越大。随着面层厚度的增加，面层层底由受压状态逐渐向受拉状态转化，而底基层层底拉应力逐渐降低。上面层厚度变化对路面结构最大剪应力峰值的影响相对基层来说要显著些，但也并不十分突出。
      随着面层厚度的增加， 车辙量逐渐降低，可见增厚沥青层有利于改善车辙变形。有研究认为路基为砂土材料时，面层厚度对车辙影响很大，面层较薄时车辙较深，而且主要是由路基的变形引起的；面层较厚时，路基变形很小或者基本不产生车辙。当路基为刚性，半刚性等强度刚度较大的材料时，宜采用薄沥青面层，面层越厚车辙越深，面层越薄车辙越浅；而当路基和基层材料强度刚度较弱时，应适当增加面层厚度，以减轻车辙深度，也有助于抑制基层裂缝的扩展。
      2.2 基层厚度
      基层厚度的变化对弯沉的影响要比面层厚度变化对其的影响要显著，有研究表明，基层厚度改变对其影响均超过10%，而面层厚度改变对其影响的最大值也仅4.66%。随着基层厚度的增加，沥青路面的弯沉值逐渐变小，但是当基层厚度达到一定的值时, 弯沉值的变化较小。
      基层厚度变化对半刚性基层沥青路面结构层最大弯拉应力、面层层底应力有较为明显的影响。随着基层厚度逐渐增加,沥青路面面层底部的拉应力逐渐减小，因此基层厚度的增加对面层的弯拉应力有利。增加基层厚度可以减轻基层的开裂程度。从分析结果看来，半刚性基层对厚度的敏感性很大，增加其厚度能够有效地增加其疲劳寿命，因此，对于半刚性基层路面的设计，应采用较厚的设计方案。
      半刚性基层的厚度达到0.50m左右(路面结构总厚度达到0.88m左右),高速公路半刚性基层沥青混凝土路面才有可能具有较长的使用寿命。粗粒式沥青混凝土上基层的厚度达到0.30m左右(路面结构总厚度达到0.80m左右),高速公路粗粒式沥青混凝土上基层与半刚性下基层复合沥青混凝土路面才有可能具有较长的使用寿命。
      在一定的范围内基层厚度的变化，不管是半刚性基层还是柔性基层，也无论荷载分布形式如何，对路面最大剪应力的影响并不明显。尽管基层厚度对最大剪应力的影响不太明显，但仍有一定的变化规律，即随着基层层厚的增加，路面所承受的最大剪应力峰值呈微弱增大的趋势，且其位置均处于上面层。
      2.3 底基层厚度
      底基层厚度的变化对沥青路面弯沉值和面层层底应力的影响均非常显著。随着底基层厚度的增加,沥青路面的弯沉值和面层层底应力都有很大程度的减小。适当增加底基层的厚度,可以提高路面的强度和它的使用寿命，有助于降低基层裂缝的扩展。
      2.4 厚度组合
      不同厚度的沥青层和基层组合,影响表面层局部剪切破坏的最大剪应力值和沥青层底疲劳开裂的最大弯拉应变值有较大的变化。半刚性基层沥青路面, 由于基层具有很高的强度,能满足汽车的行驶而不破坏, 沥青面层不起强度作用只起功能作用。因此, 沥青面层厚度可适当减薄,对全国大多数地区(中冰冻区～非冰冻区)来讲, 高等级公路半刚性基层沥青路面之沥青面层的合理厚度为12～6cm。
厚沥青面层路面受力时，面层的最大剪应力减小，这有利于表面层抗剪切破坏能力的提高，面层的层底弯拉应变减少，这对于防止沥青层底疲劳开裂是有利的，即厚沥青层有利于路面结构抵抗整体破坏能力的提高，整体抗变形能力指标——弯沉和路基抗变形能力指标——基顶压应变变化很小。
      3. 结语
      通过以上对沥青路面结构层的各层模量和厚度的变化对结构层内部剪应力、弯拉应力应变、层底拉应力和弯沉产生的影响的分析可知，在沥青路面设计中，确定合理的结构参数对达到路面早期损坏的减少、提高路面寿命和道路良好的使用性能有积极的作用。由以上分析亦可知，适当增加各结构层的厚度可以提高路面的结构性能。