瀝青路面路基工作區(qū)深度研究

于汐

大連力和公路工程有限公司 遼寧大連 116000

隨著我國(guó)高速公路從城市向山區(qū)延伸，本著因地制宜、就地取材的原則，在其修筑過(guò)程中產(chǎn)生的大量土石混合料也會(huì)得到大量利用。然而，土石混合料為不同級(jí)配、巖性土性差距較大的土與石混合而成，由此鋪筑的土石混填路基的力學(xué)響應(yīng)及使用性能均表現(xiàn)出一些獨(dú)有的性質(zhì)。

1 車輛荷載作用下路基應(yīng)力的變化過(guò)程

假設(shè)車輛荷載P在t時(shí)刻作用在a點(diǎn)，荷載對(duì)路基的最大影響范圍是半徑為R的圓，荷載沿隨機(jī)運(yùn)動(dòng)曲線從a移動(dòng)到d，路基土和瀝青層的自重主應(yīng)力方向。1保持不變，車輛荷載的主應(yīng)力6，的方向和大小時(shí)刻變化著，如圖1所示。其中，路基土和瀝青層的自重應(yīng)力只隨深度增加，水平方向保持不變。車輛荷載產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力隨深度增加而減小，同時(shí)應(yīng)力狀況在水平方向也在變化：豎向和水平壓應(yīng)力在車輪下部最大，向外逐漸減小，在荷載影響邊緣為。；而剪切應(yīng)力在車輪下部為0，在輪載外某距離處達(dá)到最大，然后逐漸減小，在荷載影響邊緣為0，其應(yīng)力變化過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖1 何在影響區(qū)域

圖2 車輛何在應(yīng)力變化

因此，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)荷載影響范圍內(nèi)的路基土和瀝青層都經(jīng)歷了主應(yīng)力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，路基土和瀝青層內(nèi)不同位置的自重應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力組合成的主應(yīng)力大小都在持續(xù)發(fā)生變化。

2 路基工作區(qū)深度的確定方法

路基工作區(qū)為車輛荷載應(yīng)力對(duì)路基的影響不可忽略的深度范圍。在某一深度內(nèi)，當(dāng)車輛荷載的附加應(yīng)力和路基本身自重應(yīng)力相比極小，可以忽略荷載附加應(yīng)力對(duì)路基的影響，即可判定此深度范圍為路基工作區(qū)。目前，瀝青路面公路的路基工作區(qū)深度判定依據(jù)主要有3種：（1）在路基范圍內(nèi)的某一深度處，附加應(yīng)變與自重應(yīng)變或附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值小于0.1-0.2，則該深度范圍為路基工作區(qū)深度；（2）在路基范圍內(nèi)某一深度處，由車輪荷載引起的路基土軸向應(yīng)力不大于路基土的屈服強(qiáng)度；（3）以路基范圍內(nèi)某一深度處，附加動(dòng)應(yīng)力或附加動(dòng)應(yīng)變的絕對(duì)值作為標(biāo)準(zhǔn)?？疾靽?guó)內(nèi)外已有研究，判定依據(jù)（1）較為簡(jiǎn)潔有效。因此，本文以附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比小于0.1的路基范圍作為路基工作區(qū)深度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程地質(zhì)簡(jiǎn)介

浙江省金華市境內(nèi)某新建高速公路，K8+475-K12+085段位于低山丘陵區(qū)，當(dāng)?shù)厣襟w下方內(nèi)側(cè)的上層土主要為碎塊石混砂性土，外側(cè)多為漂石與卵石。下伏基巖為石英砂巖夾灰?guī)r。典型地質(zhì)剖面，見(jiàn)圖3。

圖3 典型地質(zhì)剖面

3.2 工程材料參數(shù)與路面結(jié)構(gòu)形式

該段高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)取得的土石混合料外觀呈暗紅色，曲率系數(shù)及不均勻系數(shù)都在合理的變化范圍之內(nèi)，級(jí)配良好。

3.3 不同交通荷載取值

目前，我國(guó)規(guī)范規(guī)定在瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪100kN，不同重量的軸載需要等效換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載，軸載換算上限為130kN。然而目前我國(guó)公路上嚴(yán)重超載車輛屢見(jiàn)不鮮，甚至超載200%的情況也時(shí)有發(fā)生。為研究不同交通荷載對(duì)高速公路土石混填路基工作區(qū)深度的影響，本文分析了4種不同軸載作用下土石混填路基工作區(qū)深度的變化規(guī)律。

3.4 不同土質(zhì)路基土的參數(shù)取值

本文選取砂土路基、黏土路基與土石混填路基作比較，研究不同種類的路基土及不同土石比的土石混合料對(duì)高速公路路基工作區(qū)深度的影響。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)取回的土石混合料經(jīng)實(shí)驗(yàn)室調(diào)整土石比后，分別按70∶30，50∶50，30∶70的土石比振動(dòng)成型試件，每個(gè)土石比下成型一組5個(gè)試件，并測(cè)定其CB R值，重度，最優(yōu)含水率與最大干密度，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表6。對(duì)于已得的土石比分別為70∶30，50∶50，30∶70的土石混合料，采用強(qiáng)度儀法測(cè)定其回彈模量。

4 分析結(jié)果及討論

不同路基填土材料影響分析。以前述高速公路為研究對(duì)象，改變路基填土材料及其相關(guān)參數(shù)，分析不同路基填土材料對(duì)高速公路土石混填路基工作區(qū)深度的影響。位于路基頂面以下，砂土路基、黏土路基和不同土石比的土石混填路基在標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用下，附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值在不同路基深度的變化曲線，見(jiàn)圖4。

圖4 不同路基填料附加應(yīng)力與自重應(yīng)力比值與路基工作區(qū)深度變化曲線

5 結(jié)語(yǔ)

軸載越大，高速公路土石混填路基工作區(qū)的深度越大。兩者呈線性關(guān)系。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軸載，現(xiàn)行規(guī)范給出的路基工作區(qū)深度范圍是合理的。但對(duì)于重載交通現(xiàn)行規(guī)范給出的范圍已經(jīng)不能適應(yīng)目前工程要求。