薄层沥青-水泥混凝土复合式路面轴载换算研究

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发布时间：2021-09-06

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薄层沥青一水泥混凝土复合式路面轴载换算研究
郭锐
(东南大学智能运输系统研究中心，南京210096)
摘要：薄层沥青一水泥混凝土复合式路面作为新型的重载交通路面结构，针对其轴载换
算的研究较少，而轴载换算是路面结构设计中最重要的步骤之一，所以对其轴载换算的研究
尤为重要。以弹性层状体系理论为基础，以路表弯沉值、水泥混凝土板层底拉应力、沥青面
层层底拉应力为换算指标，通过变换不同的轴载及胎压，采用apbi弹性层状体系程序计算
了薄层沥青一水泥混凝土复合式路面轴栽换算公式中的轴载比指数b值，得出以路表弯沉值
为换算指标的b值为0．984，以水泥混凝土板层底拉应力为换算指标的b值为O．49，而通过
计算发现该种路面结构形式沥青面层为受压层，认为以沥青面层层底拉应力为换算指标不适
用于该结构，推荐以路表弯沉值做为薄层沥青一水泥混凝土复合式路面轴载换算指标。
关键词：薄层沥青一水泥混凝土路面重载交通轴载换算b值
薄层沥青一水泥混凝土复合式路面是重载
交通的种路面结构形式。薄层沥青混凝土面层
具有良好的路面行车舒适性、抗滑性以及与沿线
环境的协调性；水泥混凝土基层具有良好的承载
能力、水稳定性与结构耐久性，作为刚性基层，
起到承重层的作用，因此，薄层沥青一水泥混凝
土复合式路面进行轴载换算时应同时参照水泥混
凝土路面以及沥青路面的轴载换算方法⋯。水
泥混凝土路面轴载换算公式用到疲劳方程，需要
进行疲劳试验，考虑到时间的因素，本研究主要
采用沥青路面的轴载换算方法，运用apbi弹性
层状体系程序对薄层沥青一水泥混凝土复合式路
面的轴载换算进行初步的探讨。
1 理论分析
我国JTG D50-2006《公路沥青路面设计规
范》中采用以路表弯沉值和沥青面层层底拉应
力或者以基层层底拉应力为设计指标。当以路表
弯沉值和沥青面层层底拉应力为设计指标时，轴
载换算公式中的b值为0．87；当以半刚性材料
层底拉应力为设计指标时，b值取1．6；以贫混
凝土基层层底拉应力为设计指标时，b值取2．4。
可以看出随着基层刚度的提高，b值呈增大趋
势，所以推测薄层沥青一水泥混凝土复合式路面
若以水泥混凝土基层层底拉应力为换算指标时，
b值将大于2．4。
规范中以弯沉值及层底弯拉应力为指标的轴
载换算公式是建立在一定的资料分析和理论基础
上的，其中最根本的原则是以下两条等效原则：
a)轴载作用破损等效原则：同一路面结构
在两种不同荷载作用不同次数之后，达到同样的
损坏状态，即某种轴载在该路结构上重复行驶次
达到的极限破损状态，可以用一种标准轴载行驶
次来代替，这时称上述两种轴载的作用是等效
的。
b)车辆换算等效原则：即当道路等级、路
面类型确定后，已知的一组混合交通，不管以何
种车型作标准进行路面设计，其要求的路面强度
应当相等，即设计的路面结构与厚度应是相同
的，否则就失去车辆换算等效原则的任何意义。
根据规范的思想，分别采用路表弯沉值、
水泥混凝土基层层底拉应力及沥青面层层底拉应
力为换算指标，根据轴载作用破损等效的原则，
运用apbi弹性层状体系程序进行计算。用到的b
值求解公式如下：
收稿日期：2012—03—27。
作者简介：郭锐(1988一)，男。江苏连云港人。东南大
学硕士研究生。研究方向：重载水泥混凝土路面结构形式
研究。E—mml：309911023@qq．eom
8 石油沥青 2012年第26卷
① 以路表弯沉值为换算指标时。
眭=等， = 2
式中：P。——标准轴载100 kN；
z也——标准轴载作用下的路表弯沉值；
P ——非标准轴载；
z ——P 作用下的路表弯沉值；
z。及z。——分别为P 和P。下的实测弯沉值。
② 以水泥混凝土基层层底拉应力为换算指
标。
， Z (ori／o"。] ，
丽 j
式中：。——标准轴载P。作用下的水泥混凝土
基层层底拉应力；
or ——P；作用下的水泥混凝土基层层底
拉应力。
③ 以沥青面层层底拉应力为换算指标时b值
计算公式同公式(3)，同时or。变为标准轴载P。
作用下的沥青面层层底拉应力，or；为P；作用下
的沥青面层层底拉应力。
2 计算模型
有学者研究表明¨】，薄层沥青一水泥混凝
土复合式路面中沥青混凝土面层厚度大小应适
中，若过厚，在重载条件下，会出现严重的车辙
病害；若过薄，则层间剪应力过大，容易出现裂
缝、推移、拥包、脱皮等问题，重交通的复合式
路面沥青加铺层的厚度一般大于6 cm。根据规
范的有关要求，以连续配筋混凝土和横缝设传力
杆的普通混凝土为基础的复合式路面中沥青面层
的厚度一般为2．5—8．0 cm。本研究以南百高速
公路薄层沥青一水泥混凝土复合式路面为背
景，采用结构方式为：沥青面层厚度h =5 cm，
模量E =1 500 MPa，泊松比 =0．25；水泥混
凝土面板厚度h =32 cm，模量E：=30000 MPa，
泊松比 =0．15；贫混凝土基层厚度h3=20
cm，模量E3=15 000 MPa，泊松比 3：0．25；
水泥稳定碎石底基层厚度h。=20 cm，模量E =
1 500 MPa，泊松比 =0．3；级配碎石垫层厚度
h5：20 cm，模E5=220 MPa，泊松比 5=0．35；
路基模量Eo=60 MPa，泊松比 6：0．35。
3 计算方案
薄层沥青一水泥混凝土复合式路面是一种重
载交通路面结构形式，重载最主要特点是轴载大
以及胎压大。本计算考虑不同轴载100 kN、120
kN、140 kN、160 kN、180 kN、200 kN以及不
同胎压0．7 MPa、0．8 MPa、0．9 MPa、1．0 MPa、
1．1 MPa，采用单轴双轮模型，以规范规定的单
轴双轮100 kN为标准轴载，将轴载与胎压两两
组合进行计算。
4 计算结果及分析
4．1 以路表弯沉为指标
4．1．1 轴载比指数b值
以路表弯沉为指标时b值计算结果见表1。
表1 以路表弯沉为指标时6值计算结果
由表1得出薄层沥青一水泥混凝土复合式路
面以路表弯沉为换算指标时，b值稳定在0．984
左右。与规范做对比，发现薄层沥青一水泥混凝
土复合式路面以路表弯沉为设计指标时的b值
0．984与规范中的0．87较相近。
4．1．2 轴重及胎压对6值的影响
根据表I，在同一胎压下，b值随着轴重的
增加并没有呈现出明显的增大或减小的趋势，但
其值稳定在0．9～1．0之间，这与孟书涛通过
实际测得的路表弯沉进行b值计算所得出的结论
不同，他得出根据实测弯沉值计算得