组合式基层薄面层结构力学行为分析

组合式基层薄面层结构力学行为分析
摘要：本文对比组合式基层与半刚性基层沥青路面面层应力特
点，揭示其力学强度与抗破坏性能之间规律，以指导组合式基层低
价路面的层位设计。
关键词：组合式基层 半刚性基层 力学强度 层位设计
1.路面结构及参数
本文研究对象为半刚性基层沥青路面、级配碎石半刚性基层沥青
路面。路面结构类型及其相应参数、破坏类型和力学指标见表1，
表中括号内为计算拉应力用模量，路面材料泊松比取为0.25；土基
模量取60mpa，泊松比为0.35。
2.计算荷载
本文采用kenpave计算程序，采用双圆均布竖向荷载作为计算荷
载，为了考虑超载对路面结构力学行为的影响，分别采用标准荷载、
超载50%，100%为计算荷载。
3.半刚性基层与组合式基层沥青路面力学指标分析
面层厚度取7cm，半刚性基层厚度取36cm；组合式基层中，级配
碎石过渡层厚度取15cm，半刚性底基层厚度取21cm，分析两种路
面结构的力学指标。
（1）面层剪应力
面层剪应力随路表深度变化规律见图1。
由图1可知，对于半刚性基层沥青路面，随深度的加深，沥青面
层剪应力先增大后减小，剪应力峰值出现在距路表约6cm处；对于
组合式基层沥青路面，随深度的加深，沥青面层剪应力先减小后增
大，剪应力峰值出现在基面层结合处。
组合式基层沥青路面面层剪应力发生下移，距路表小于3cm时，
组合式基层沥青路面面层剪应力远小于半刚性基层沥青路面面层
剪应力。对于防止沥青表面层扯着破坏，组合式基层沥青路面效果
更优。
（2）面层层底拉应力
面层水平正应力随路表深度变化规律见图2，图中水平正应力为负
数时代表拉应力，正数时代表压应力。
由图2可知，随深度的加深，两种路面结构面层层底拉应力均呈
线性规律，半刚性基层路面结构面层各深度水平正应力均为压应
力，组合式基层路面结构仅深度6～7cm时为较小拉应力，并随荷
载的增加，拉应力逐渐转化为压应力。因此，两种路面结构均具有
防止面层弯拉开裂的性能。
3.3 基层剪应力
基层剪应力随路表深度变化规律见图3。
两种路面结构底基层最大剪应力均出现在底基层层底，对于半刚
性底基层，由于半刚性材料刚性较大，在较小剪应力作用下，不会
发生较大塑性变形。对于级配碎石过渡层，过渡层与面层结合处剪
应力最大，底基层结合处剪应力最小；由于级配碎石层刚度具有应
力依赖性，随着深度的增加，级配碎石层承受的应力值由大变小，
级配碎石层刚度由大变小，级配碎石层抵抗变形的能力随深度由大
变小。因此，合理地进行压实和养生，提高级配碎石过渡层刚度具
有重要意义。
4.结语
通过以上分析论述了组合式基层沥青路面的力学合理性。
（1）与半刚性基层沥青路面相比，组合式基层沥青面层剪应力会
发生下移，从而可有效防止沥青表面层发生车辙。
（2）与半刚性基层沥青路面相似，组合式基层沥青面层水平正应
力基本表现为压应力，沥青面层仅起功能层的作用,因而可以减小
沥青面层厚度,降低工程造价。
（3）与半刚性基层沥青路面相比，组合式基层沥青路面结构的特
点是面层最大剪应力下移到基面层结合处，因此级配碎石过渡层上
部剪应力较大，可通过控制施工质量，提高接配碎石过渡层抗变形
能力。
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