路面結(jié)構(gòu)層模量及厚度的力學(xué)性能分析

      2.結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響
      2.1 面層厚度
      面層越厚，輪隙彎沉隨著面層的增加而減少的越多。面層厚度為4～8cm時(shí)，面層越厚，底基層底面的彎拉應(yīng)力隨著面層模量的增加越小，但彎拉應(yīng)力的變化差越大。隨著面層厚度的增加，面層層底由受壓狀態(tài)逐漸向受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)化，而底基層層底拉應(yīng)力逐漸降低。上面層厚度變化對(duì)路面結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力峰值的影響相對(duì)基層來(lái)說(shuō)要顯著些，但也并不十分突出。
      隨著面層厚度的增加， 車(chē)轍量逐漸降低，可見(jiàn)增厚瀝青層有利于改善車(chē)轍變形。有研究認(rèn)為路基為砂土材料時(shí)，面層厚度對(duì)車(chē)轍影響很大，面層較薄時(shí)車(chē)轍較深，而且主要是由路基的變形引起的；面層較厚時(shí)，路基變形很小或者基本不產(chǎn)生車(chē)轍。當(dāng)路基為剛性，半剛性等強(qiáng)度剛度較大的材料時(shí)，宜采用薄瀝青面層，面層越厚車(chē)轍越深，面層越薄車(chē)轍越淺；而當(dāng)路基和基層材料強(qiáng)度剛度較弱時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加面層厚度，以減輕車(chē)轍深度，也有助于抑制基層裂縫的擴(kuò)展。
      2.2 基層厚度
      基層厚度的變化對(duì)彎沉的影響要比面層厚度變化對(duì)其的影響要顯著，有研究表明，基層厚度改變對(duì)其影響均超過(guò)10%，而面層厚度改變對(duì)其影響的最大值也僅4.66%。隨著基層厚度的增加，瀝青路面的彎沉值逐漸變小，但是當(dāng)基層厚度達(dá)到一定的值時(shí), 彎沉值的變化較小。
      基層厚度變化對(duì)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)層最大彎拉應(yīng)力、面層層底應(yīng)力有較為明顯的影響。隨著基層厚度逐漸增加,瀝青路面面層底部的拉應(yīng)力逐漸減小，因此基層厚度的增加對(duì)面層的彎拉應(yīng)力有利。增加基層厚度可以減輕基層的開(kāi)裂程度。從分析結(jié)果看來(lái)，半剛性基層對(duì)厚度的敏感性很大，增加其厚度能夠有效地增加其疲勞壽命，因此，對(duì)于半剛性基層路面的設(shè)計(jì)，應(yīng)采用較厚的設(shè)計(jì)方案。
      半剛性基層的厚度達(dá)到0.50m左右(路面結(jié)構(gòu)總厚度達(dá)到0.88m左右),高速公路半剛性基層瀝青混凝土路面才有可能具有較長(zhǎng)的使用壽命。粗粒式瀝青混凝土上基層的厚度達(dá)到0.30m左右(路面結(jié)構(gòu)總厚度達(dá)到0.80m左右),高速公路粗粒式瀝青混凝土上基層與半剛性下基層復(fù)合瀝青混凝土路面才有可能具有較長(zhǎng)的使用壽命。
      在一定的范圍內(nèi)基層厚度的變化，不管是半剛性基層還是柔性基層，也無(wú)論荷載分布形式如何，對(duì)路面最大剪應(yīng)力的影響并不明顯。盡管基層厚度對(duì)最大剪應(yīng)力的影響不太明顯，但仍有一定的變化規(guī)律，即隨著基層層厚的增加，路面所承受的最大剪應(yīng)力峰值呈微弱增大的趨勢(shì)，且其位置均處于上面層。
      2.3 底基層厚度
      底基層厚度的變化對(duì)瀝青路面彎沉值和面層層底應(yīng)力的影響均非常顯著。隨著底基層厚度的增加,瀝青路面的彎沉值和面層層底應(yīng)力都有很大程度的減小。適當(dāng)增加底基層的厚度,可以提高路面的強(qiáng)度和它的使用壽命，有助于降低基層裂縫的擴(kuò)展。
      2.4 厚度組合
      不同厚度的瀝青層和基層組合,影響表面層局部剪切破壞的最大剪應(yīng)力值和瀝青層底疲勞開(kāi)裂的最大彎拉應(yīng)變值有較大的變化。半剛性基層瀝青路面, 由于基層具有很高的強(qiáng)度,能滿(mǎn)足汽車(chē)的行駛而不破壞, 瀝青面層不起強(qiáng)度作用只起功能作用。因此, 瀝青面層厚度可適當(dāng)減薄,對(duì)全國(guó)大多數(shù)地區(qū)(中冰凍區(qū)～非冰凍區(qū))來(lái)講, 高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面之瀝青面層的合理厚度為12～6cm。
厚瀝青面層路面受力時(shí)，面層的最大剪應(yīng)力減小，這有利于表面層抗剪切破壞能力的提高，面層的層底彎拉應(yīng)變減少，這對(duì)于防止瀝青層底疲勞開(kāi)裂是有利的，即厚瀝青層有利于路面結(jié)構(gòu)抵抗整體破壞能力的提高，整體抗變形能力指標(biāo)——彎沉和路基抗變形能力指標(biāo)——基頂壓應(yīng)變變化很小。
      3. 結(jié)語(yǔ)
      通過(guò)以上對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)層的各層模量和厚度的變化對(duì)結(jié)構(gòu)層內(nèi)部剪應(yīng)力、彎拉應(yīng)力應(yīng)變、層底拉應(yīng)力和彎沉產(chǎn)生的影響的分析可知，在瀝青路面設(shè)計(jì)中，確定合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)達(dá)到路面早期損壞的減少、提高路面壽命和道路良好的使用性能有積極的作用。由以上分析亦可知，適當(dāng)增加各結(jié)構(gòu)層的厚度可以提高路面的結(jié)構(gòu)性能。