差异改性沥青面层厚度研究
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作者:王双 王小庆
摘 要：为了研究差异改性沥青路面的合理面层厚度，本文主要基于南宁市凤岭北路-高速环路立交工程，利用按层状体系理论编制的壳牌沥青路面设计软件B1SAR3.0，在标准轴载BZZ-100KN作用下，对面六种改性沥青面层厚度的组合形式进行分析，研究得到：随着路面轴载的增大，同一深度所受到的轴力也随之增大，同时沥青路面的工作响应区域随深度增大而逐渐减小。通过对多种面层厚度组合进行受力分析，最终得到了面层厚度组合的优劣排序为：5 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。据此，应用于不同受力状态的路面，工程实施效果良好。
关键词：面层厚度 沥青路面 差异改性 轴载
中图分类号：U416.217 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0053-03
Abstract： In order to study the reasonable surface thickness of the different modified asphalt pavement， this paper mainly based on the Fengling North Road Expressway Overpass Project of Nanning City， using shell asphalt pavement design software b1sar3.0 compiled according to the layered system theory， under the action of the standard axle load bzz-100kn， analyzes the combination form of the six modified asphalt surface thickness， and obtains： with the axle load of the pavement At the same time， the response area of asphalt pavement decreases with the increase of depth. Through the stress analysis of a variety of surface layer thickness combinations， the order of the surface layer thickness combinations is： 567， 468， 467， 556， 466， 456. According to this， it is applied to the pavement with different stress states， and the effect of engineering implementation is good.
Key Words： Surface thickness; Asphalt pavement; Differential modification; Axle load
道路全线通常采取单一面层厚度组合，这样不仅会增加工程成本并且会使得特殊路段的指标不能满足设计要求。例如在道路长大纵坡、弯道等处由于受力条件较差，在这些特殊路段通常会过早出现车辙等道路病害，从而影响整条道路的使用性能，但设计时并没有对这些易导致道路病害的路段进行特殊考虑，导致面层厚度达不到荷载要求或造成材料浪费。为了使改性沥青充分发挥其作用，有效改善道路线形不良路段的车辙病害，开展差异改性沥青路面的厚度研究十分必要且迫切[1-2]。
1 工程概况
南宁市凤岭北路-高速环路立交工程（二期工程）位于南宁市凤岭片区，南宁东站东南角，南宁市青秀区凤岭北路与高速环路相交处。立交总体方案为“半定向、半苜蓿叶蝶型、全互通立交”型，立交共三层，设计地面道路系统及为第一层，高速环路为第二层，凤岭北路作为立交的第三层。立交包括凤岭北路、高速环路两条主线道路;气象水文条件：南宁年平均气温21.7℃，极端最高气温40.4℃，年平均相对湿度65%，立交桥沥青路面面层结构选择见表1。
2 面层合理厚度研究
合理的沥青路面面层厚度，对于改善道路病害以及整个路面的使用寿命具有重大意义。为了得到各面层的合理厚度，就要从沥青路面各个深度的工作受力区域，以及受力的大小。应用BISAR软件，弹性层状体系中的应力、应变和位移都能够计算，在对于作用在表面的剪应力的计算中，不存在表面影响位置的问题，此程序能够通过计算得出应力与应变张量及主应力与应变的特征值和特征向量以及相应的主要方向。为了探究行车荷载对沥青路面结构的影响，这里选择了100～200kN之间的6种轴载作用下，轴载随着路基深度的变化关系[3]，结果见图1。
从图1可以看出，随着深度的增加，面层所受轴力的影响越来越小，在路面以下79mm处轴力减小为零。在同一深度，面层所受到的最大轴力随着轴重的增大而增大，轴重由标准轴载100kN增大到200kN时，表层所受影响最大，轴力增加约50%，且当超载率较小时，面层所受的最大轴力增大幅度较小。随着超载率的增大，面层所受的最大轴力增加显著。
研究发现，各种轴载作用的沥青路面响应趋势基本是一致的，为了分析不同面层厚度组合形式对于沥青路面的影响，这里选择标准轴载BZZ-100KN作用下（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm三种面层厚度组合进行分析，结果见图2。 广西省高速公路路面结构厚度一般在70～75cm之间，沥青面层厚度一般为15-18cm，多数采用（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm的组合形式，基层厚度组合一般为（18+18+20）cm。为了提高沥青路面的强度，探索最佳的沥青面层组合形式。对（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm三种组合形式分别施加标准轴载BZZ-100kN，进行比较。结果表明，三种组合形式的受力在14-16cm深度出现了明显差别。（4+6+8）cm组合形式在相同深度下，受到的轴力最小，表现出最佳的承载能力。
公路路面一般可分为主路路面、复合式路面、集散车道、匝道路面、地面辅道路面、人行道路面，每种路面都有其相应的使用途径，对应不同的路面荷载，而这些荷载的种类以及作用时间、路面使用寿命等等显然是不同的。为了避免特殊路段的承载力不足同时减少工况条件较好路段的施工成本，需要对不同的路面匹配不同的沥青面层厚度组合类型。这里在原有（4+5+6）cm，（4+6+7）cm，（4+6+8）cm的基础上又增加了（4+6+6）cm，（5+5+6）cm，（5+6+7）cm三种组合形式进行对比分析。
结果表明，（5+6+7）cm的组合形式在同一深度所受轴力影响均小于（4+6+8）cm的组合形式。由图3可知，沥青路面面层厚度组合形式的强度排列顺序依次为5 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。
3 改进措施
南宁大型枢纽立交桥项目的沥青路面主要可分为主线路面、集散车道、匝道路面、地面辅道路面，由于每种类型的车道有不同的行车荷载和不同的设计使用寿命，对应路面的面层有不同的面层弯沉值。根据上述分析可知，随着路面轴载的增大，同一深度所受到的轴力也随之增大，同时沥青路面的工作响应区域随深度增大而逐渐减小。通过对多种面层厚度组合进行受力分析，最终得到了面层厚度组合的优劣排序为：5 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。结合现场面层弯沉值，将面层厚度组合形式依据弯沉值的大小进行分配，以达到差异改性沥青路面的面层厚度选择，结果见表2。
4 结语
通过差异改性沥青路面的面层厚度对于多种路面的适用性分析可知，随着路面轴载的增大，同一深度所受到的轴力也随之增大，同时沥青路面的工作响应区域随深度增大而逐渐减小。通过对多种面层厚度组合进行受力分析，最终得到了面层厚度组合的优劣排序为：5 6 7、4 6 8、4 6 7、5 5 6、4 6 6、4 5 6。将不同面层厚度组合类型匹配应用于不同受力状态的路面，使得道路全线具有不同面层厚度组合形式，大大改善了路面结构，提高了沥青路面的安全性能。
参考文献
[1] 何敏，曹东伟，张海燕，等.改性生物沥青常规性能研究[J].公路交通科技，2015，32（2）：8-12.
[2] 贺海，王朝辉，刘志胜，等.新型无机阻燃改性沥青的制备与路用性能研究[J]公路交通科技，2014，31（7）：45-52.
[3] 汤锋华，安永福，吴祖德.路基工作区计算的應用实例[J].城市道桥与防洪，2018（1）：163-167，20.
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