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半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析
摘要:为研究半刚性基层沥青路面结构响应的敏感性变化规律,采用BESAR ,揭示不同条件下路面结构响应的内在变化规律及敏感性水平。结果表明:半刚性基层沥青路面的路表弯沉受土基模量影响较大,而面层厚度、底基层模量、基层厚度分别对面层、基层、底基层的底部弯拉应力影响显著。
关键词:道路工程;半刚性基层沥青路面;结构响应;敏感性分析
中图分类号:[U41] 文献标识码:A
0、前言
国外沥青路面多采用柔性基层为主,半刚性基层沥青路面较少使用,法国、日本、南非等国家,半刚性基层作为次级承重结构主要用于轻交通道路的底基层,起改善和加强路基的作用[1],原因是车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构易发生早期损害,影响道路的路用性能及使用寿命。近年来,基于“强基薄面”的结构设计理念,半刚性基层沥青路面作为我国高等级公路的主要形式,路面结构设计以路表弯沉值作为主要控制指标,以沥青面层及半刚性基层、底基层底部弯拉应力作为验算指标[2]。而国外主要考虑沥青路面的开裂及永久变形,路面结构设计多选用沥青底部拉应变、沥青面层永久变形及路基顶面竖向压应变作为设计指标,很少采用路表弯沉作为主要设计指标[3]。
伴随我国交通建设事业的迅速发展,道路交通量、车辆荷载持续增长,半刚性基层沥青路面损害日益严重,一旦路面结构发生损害,表明其承载力已不能适应道路交通的要求,必须进行大规模甚至
“开膛破肚式”的维修[4]。此外,半刚性材料对荷载疲劳具有敏感性[5],路面结构损坏时半刚性基层再生性差、维修量大,在各国的高速公路、重载交通中的使用受到限制。据调查,国内高等级沥青路面设计年限15~20年,而许多道路实际服务年限5~8年,由于结构损害导致路面使用寿命降低,造成很大的经济损失和不良社会影响。因此,有必要在半刚性基层路面结构设计及施工之前对影响路面结构响应的结构及材料参数进行敏感性分析,揭示各因素水平条件下路面结构响应的内在变化规律,为半刚性基层沥青路面的结构设置提供合理的参考。
2、半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析
半刚性基层沥青路面结构敏感性正交试验分析模型,采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状体系进行计算,路面荷载及计算点如图1所示,标准双轮单轴荷载为100 kN。



图1 路面荷载及计算点示意图
半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析正交试验设计
考虑到半刚性基层沥青路面结构设计及材料参数(面层、基层、底基层、土基的厚度及弹性模量)对结构响应的影响,[37]正交试验设计,基于正交试验设计“均衡分散、整齐可比
”的特性,通过对正交试验结果进行极差分析,探讨各因素的主次顺序,研究各结构、材料因素对路面结构响应的敏感性水平[6]。半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析正交试验设计如表1所示,其结构响应计算结果如表2所示。
半刚性基层沥青路面结构响应正交试验设计表1



半刚性基层沥青路面结构响应正交试验结果表2



注:表中“—”表示压应力。
半刚性基层沥青路面路表弯沉敏感性分析
路表弯沉表征路面结构的整体刚度,作为我国高等级路面结构设