半刚性基层预锯缝计算与分析

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1、半刚性基层预锯缝计算与分析聂磊晶1陆宗兴2（1、江西省公路管理局通信总站，江西南昌，330002）（2、江西景泰路桥工程有限公司，江西景德镇，333000）摘要：针对目前国内采用半刚性基层预锯缝处擂设的土工织物夹层防裂的工程应用，从影响预锯缝间距的因素分析入手，采用力学分析和试验相结合的方法，进行理论分析和试验论证，得出了理论的基层预锯缝间距，为工程应用实践提供理论依据及参考。关键词:道路工程；半刚性基层;沥青路面;预锯缝;间距0前言基层采用预锯缝来减少沥青面层反射裂缝的措施在国内外工程实践中有一定的应用。德国1986年设计规范规定，当沥

2、青面层厚度≤14cm时，不管基层厚度多大，只要基层抗压强度超过12MPa，基层必须预锯缝处理。前苏联指出：为了避免薄沥青面层下水泥稳定土基层产生不规则的紊乱的裂缝反射到沥青面层上，也为了减少裂缝的破坏作用，建议在水泥土基层上每隔8m-12m做一假缝，深6cm-8cm，缝10mm-12mm；锯缝后立即用沥青马蹄脂填缝。沥青面层铺筑后，在水泥土层缝处上面的面层也会出现有规则且较整齐的裂缝，面层上的裂缝也应该用沥青马蹄脂填缝。但以上这些规定主要是根据一定时间内的实际工程观测为依据，缺乏从路面力学分析合理缩缝间距的理论依据。如何确定基层预锯缝的最

3、大缩缝间距是基层预锯缝措施的主要内容。预锯缝间距越小，接缝越多，不仅增加施工的复杂性，同时如果对基层预锯缝处理不当还容易使面层产生反射裂缝，从而影响路面的整体强度。但是基层预锯缝过长也会带来一些问题：例如基层的干缩、温缩及温度翘曲应力增大，增加了基层开裂的可能性等。因此采用力学分析和试验相结合的方法，确定合理预锯缝间距对提高路面的使用质量具有重要意义。1影响缩缝间距的因素根据基层的受力特点，半刚性基层缩缝间距与下面几个因素有关：温度胀缩应力、温度翘曲应力、干缩应力、荷载应力。1.1温度胀缩应力的计算半刚性基层材料因自身温度变化而胀缩，受土

4、基（或底基层）和面层的约束产生温度应力，在这里讨论的温度应力考虑的是半刚性基层材料的整体平均温度的变化，沥青面层的隔温作用使得基层在深度方向温度的变化不是很大，即基层温度梯度很小，温度翘曲应力忽略不计。半刚性基层平均温度的变化可以近似地以基层中间的温度变化作为计算参数。基层中间的温度变化△T可以用下式计算：△T=T1-T2式中：T1-基层施工养护初期白天午后基层内最高平均温度（℃），过了养护期，基层内温度有可能超过T1值，基层膨胀产生压应力，在基层温度下降时这部分压应力能自行抵消，所以对超过T1的高温可不予考虑。T2-计算期凌晨基层内最低

5、温度（℃）。1.2力学计算图式力学模型及计算单元如图1、图2和图3所示。图1力学计算模型图2作用于AC层单元体的水平作用力图3作用于CTB层单元体的水平作用力图中：—沥青面层温度胀缩应力（MPa）；—基层温度胀缩应力（MPa）；—基层与面层间剪切应力（MPa）；—基层与面层间相对位移（cm）。对于沥青面层（或AC层）和基层（或CTB层），在离0点为x处截取一段长度为dx的微单元体如图2和图3作为研究对象。以往研究表明：当实体厚度与长度、宽度两个方向尺寸的比值＜0.2时，可以近似地认为截面系均匀受力，即上下部位的σc(x)、σa(x)接近相

6、等。单元体水平方向的平衡方程:对AC层：-化简得：1对CTB层,同理可得：2将界面连接假设条件：代入以上式1-1和1-2中可得：34由此可得由温缩产生的缝隙间距为：52计算与分析2.1基层锯缝间距的影响分析为研究基层锯缝间距变化对面层及基层温度收缩应力影响，取基层锯缝间距分别为8m,10m,12m,15m,18m,20m,30m,40m,80m。表1基层与面层温度胀缩应力计算结果基层温度胀缩应力（MPa）锯缝间距(m)8101214解析解0.3740.4080.430.446有限元解0.3830.4200.4410.458误差％）2.35

7、2.862.492.62锯缝间距(m)16182030解析解0.4580.4680.4760.501有限元解0.4710.4810.4890.514误差％）2.762.702.652.53面层温度胀缩应力（MPa）（没考虑应力松弛）解析解3.0533.2523.403.514有限元解3.1163.2383.5713.698误差（％）2.022.294.804.98解析解3.6043.6783.743.937有限元解3.7963.8763.924.163误差（％）5.055.104.605.44计算参数取值如下：沥青面层：Ea=1600MP

8、a，αa=20×10－6/℃，μa=0.25，ha=0.1m基层：Ec=1400MPa，αc=8×10－6/℃，μc=0.25，hc=0.2m其他参数：温差△T=50℃，剪切应力系数K＝100