应力吸收层对沥青路面结构中剪切应力的影响分析.docx
《应力吸收层对沥青路面结构中剪切应力的影响分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应力吸收层对沥青路面结构中剪切应力的影响分析.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
应力吸收层对沥青路面结构中剪切应力的影响分析
2010年04期（总第64期
作者简介:
陈鹏举（1969-,男,内蒙古鄂尔多斯人,高级工程师,主要从事公路建设管理工作。
针对半刚性基层反射裂缝的问题,以往的防反射裂缝思路往往是改善半刚性基层本身的材料、设计、施工、质量控制等,考虑到国外应力吸收层在水泥板防反射裂缝的工程应用,提出如下防反射裂缝的思路:
反射裂缝产生发展于沥青面层内,而砂粒式沥青混合料本身具备非常优异的防反射裂缝的功能,在结构性能验证通过的情况下,增加独立的抗反射应力吸收层来满足其防反射裂缝的功能性要求。
这种设置应力吸收层的结构即可发挥半刚性基层的优点,又可以避免半刚性基层致命的弱点,是半刚性基层沥青路面防止反射裂缝的新思路。
尽管应力吸收层的定义更加突出了作为使用功能的一方面,但实质上是一种特殊的沥青混凝土,因此其主要设计参数和普通沥青混凝土无异,包括抗压模量、劈裂强度、泊松比等。
但需要明确指出的是,由于应力吸收层沥青混合料集料均为细集料,且沥青含量高达8%~10%,其抗压回弹模量较低,其对路面结构中的剪切应力有明显的影响,本文采用弹性多层体系理论,对这种影响进行详细分析。
1应力吸收层参数
1.1抗压回弹模量
研究表明,经过特别设计的砂粒式应力吸收层对防
止温度和荷载应力导致的开裂效果明显。
Strata混合料级配范围、湖北武黄、汉宜高速公路试验路及实体工程确定的范围对半刚性基层上应力吸收层的级配确定有指导意义。
经过比较可知,湖北省采用的级配完全包含在Strata应力吸收层级配范围内,这说明湖北省总结的级配范围更加接近工程使用级配。
因此,半刚性基层上应力吸收层的级配采用湖北省推荐的范围,沥青混合料试件制备等细节可参考文献[1]。
沥青路面结构进行弯沉计算时需要沥青混凝土的抗压回弹模量,该抗压回弹模量试验测试温度20℃,此外,如进行弯拉验算时,则采用测试温度15℃时的抗压回弹模量,劈裂强度的试验温度同样是15℃。
试验采用圆柱体试件,抗压回弹试验的试件个数为6个。
按照规范步骤进行抗压试验,7级回弹,原点修正后取第5级的数据计算回弹模量,试验结果见表1。
根据表1的测试结果,结合文献[1],按照规范确定沥青混凝土模量的方法,确定应力吸收层15℃回弹模量取值为300~500MPa,20℃回弹模量取值为200~300MPa。
1.2泊松比
泊松比定义为侧向压力与轴向应变的比值。
在进行回弹模量试验时,量测轴向和侧向应变,就可确定泊松
应力吸收层对沥青路面结构中
剪切应力的影响分析
陈鹏举1
张常梅2
刘金利
3
（1.鄂尔多斯市公路工程监理所,内蒙古
鄂尔多斯
017000;2.鄂尔多斯市公路质量监督站,内蒙古
鄂尔多斯017000;
3.内蒙古公路工程局,内蒙古
呼和浩特
010000
摘
要:
文章研究了砂粒式应力吸收层的回弹模量和泊松比等参数,针对设置砂砾式应力吸收层的半刚性基层沥
青路面结构和两种常规沥青路面结构,分析了不同位置层间剪切应力的变化规律,认为设置应力吸收层对路面结构的剪切应力影响较大,应提高中面层抗剪强度和层间粘结能力。
关键词:
应力吸收层;剪切应力;层间粘结中图分类号:
U416.217
文献标识码:
B
表1抗压回弹模量试验结果
道路工程
34
2010年04期（总第64期
比。
由于泊松比对路面响应的影响较小,通常可假定适当的值用于设计,而不是根据实际试验确定其值。
2路面结构
2.1设置应力层的路面结构及参数
传统的半刚性基层沥青路面结构如图1所示,推荐的含有应力吸收层的半刚性基层沥青路面结构如图2所示。
图1传统路面结构
图2应力吸收层路面结构
从图1和图2对比可知,含有应力吸收层结构的半刚性基层沥青路面把取消了下面层,其余结构层没有变化。
可以预见的是,因应力吸收层的模量较低,且厚度
20~30mm,无法直接取代下面层,这两个结构层不可能存在等量替换的关系。
为了使路面结构满足弯沉的要求,必然需要增加结构层厚度,如果增加面层的厚度,导致工程费用大量增加,因此增加基层厚度是一个必然的选择。
此外,应力吸收层的存在,必将导致结构层内应力的重新分配,需要经过结构计算考虑其对于表面层、中面层的影响。
各层厚度和参数见表2,标记为路面结构一。
2.2典型路面结构和参数
图1作为半刚性基层沥青路面的典型结构的代表,其厚度和参数如表3所示,标记为路面结构二。
在标准荷载下计算路面结构二的竖向变形,结果为0.341mm,增加路面结构一水泥稳定基层的厚度,使其竖向变形达到0.341mm,这种路面结构标记为路面结构三。
结果表明路面结构三水泥稳定基层的厚度增加到30cm,其余参数同路面结构一。
2.3剪切应力计算位置
在荷载作用下,路面结构存在变形,由于变形导致路面结构中必然存在正应力和剪应力,与应力相对的有应变,理论上讲,存在三个方向应力和三个切向应力,与此对应的应变也存在与各个截面上。
一般在路面分析中经常应用的主要是竖向变形、拉应力、压应力和剪应力。
规范中用于厚度设计的路面荷载及计算图示如图3
所示。
对于上述三种路面结构,采用弹性层状体系进行计算和分析。
计算图式采用《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006
推荐的双圆均布荷载,荷载接触压力
表2设置应力层的沥青路面结构参数
表3
半刚性基层沥青路面结构参数
35
为0.7MPa。
图3路面荷载及计算点图示
对于特定的沥青混凝土结构层,车辙的产生一方面和压应力有一定的关系,另外和层间的剪应力状态关系密切,过大的压应力造成结构层较大的压缩变形,如果不能及时恢复,则变形逐渐累计而形成压密性车辙。
另一个比较严重的问题是,沥青混凝土结构层在荷载的作用下,产生过大的剪应力,其数值超过了沥青混凝土材料的抗剪强度,引起剪切变形造成流动性车辙,一旦路面出现了剪切流动变形,则车辙深度必然较大,且很难处理,因此对于剪切应力的分析和讨论对于应力吸收层路面结构是重中之重。
本文分析的剪切应力的计算位置为两个。
一个为单圆荷载中心位置,即位置B对应的不同深度的位置;另一个为两轮间隙的中心位置,即位置A对应的不同深度位置。
3剪切应力分析
3.1典型结构的剪切应力
对路面结构二中位置A和位置B的剪切应力进行分析,计算结果如图4所示。
从图4可知,位置A的剪应力随着深度的增加逐渐变大,在中面层达到最大值,随着深度的进一步增加,逐渐减小,在中面层底部,剪切应力只有最大值的10%左右,在下面层层底,剪切应力增加到最大值的14%左右。
位置B的剪应力随着深度的增加而减小,表面层剪应力较大,但同时也在表面层迅速衰减。
图4路面结构二不同位置剪切应力随深度变化曲线3.2应力吸收层结构的剪切应力
针对路面结构一,对位置A和位置B的剪切应力进行计算,结果如图5所示。
从图5中可知,位置A剪切应力的变化规律和结构二明显不同,结构二中该位置的剪切应力尽管随深度衰减较慢,但数值表现为减小的规律,而结构一不仅没有衰减,且越接近应力层顶面,剪切应力有进一步增大的趋势。
应力吸收层的存在,导致了中面层层间剪切应力增加,在中面层底部,位置C的剪切应力增加了35%。
路面结构一和路面结构二位置B处的剪切应力规律基本一致,但应力吸收层的存在使中面层层底剪切应力和应力吸收层的剪切应力差值较大,变化梯度很大。
而在应力吸收层内部,剪切应力处于较低的水平,位置A和位置B的数据趋于一致。
图5路面结构一不同位置剪切应力随深度变化曲线3.3路面结构三剪切应力
为了进一步讨论应力吸收层结构中的剪切应力,对路面结构三不同位置的剪切应力进行了计算,结果图6所示。
从图中可以看出,路面结构三和路面结构一位置A和位置B不同深度的剪切应力变化规律一致。
图6路面结构三不同位置剪切应力随深度变化曲线针对三种路面结构,将标准荷载作用下的位置A和位置B的剪切应力随深度变化的曲线绘制于图7中。
从图7中可知,基层厚度的增加,对应力吸收层内的剪切应力影响较小,对于位置A出现最大剪切应力的位置和峰值均没有影响;对于位置B,基层厚度增加,可使中面层剪切应力平均降低7%左右。
图7
三种路面结构不同位置剪切应力随深度变化曲线（下转第40页36
2010年04期（总第64期
5年多来,全线平整度良好,在2008年下半年,全省高速公路平整度大检测中,衡德高速平整度指标最好,无明显桥头跳车。
经对相关检测数据进行分析,发现经过超载预压的桥梁,目前沉降只有4~10mm,而未经过预压的衡水东互通2号跨线桥、清凉店分离立交两座桥,沉降达6cm左右（现已做处理;对于路基修好后又增加的通道、小桥涵等构造物,通过液态粉煤灰回填处理,也均未出现明显沉降,无明显桥头跳车。
4结语
桥头跳车产生的原因是多方面的,只要根据工程实际,采取适当的措施,就能将桥头跳车病害降到最低程度。
衡德高速公路通过采取提高地基承载力（地基承载力不足部分采用了水泥搅拌桩、旋喷桩、超载预压、液态粉煤灰回填等多项措施,有效防止或减缓了桥头跳车的发生,积累了防治桥头跳车的宝贵经验。
参考文献:
[1]边平涛,等.软土地基桥头跳车产生的机理与工程对策.公路,2005（8:
91-93.
[2]王明怀.高等级公路桥头跳车病害的成因与防治研究.华东公路,1996（1:
31-33.
表2衡德高速三合同段液态粉煤灰混合料抗压强度试验结果
（上接第36页
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
4结论
通过对典型结构和应力吸收层结构的对比分析后认为:
（1应力吸收层的设置对路面结构剪切应力的影响非常大,特别是位置A处的剪切应力,应力吸收层路面结构应对剪切应力指标进行重点关注。
（2路面结构三的剪切应力的计算结果表明,尽管变形能够满足设计要求,但高荷载应力作用下（1.1MPa,中面层会产生高达0.42MPa的剪切应力,考虑适当的安全系数,已经超过了重交沥青混凝土抗剪强度,因此应力吸收层路面结构应组合应考虑加强中面层,特别应提高中面层的抗剪强度。
（3应力吸收层的存在,造成中面层下部和应力吸收层之间的剪切应力剧烈变化,因此对层间抗剪能力提出更高的要求。
参考文献:
[1]廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究.武汉理工大学,2007.
[2]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范.
[3]侯芸,魏道新,田波,等.沥青混合料油膜厚度计算方法.交通运输工程学报,2007,7（4:
58-62.
40
2010年04期（总第64期
升级会员 