受冰冻作用的路面结构强度衰减度的分析方法.pdf

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1、受冰冻作用的路面结构强度衰减度的分析方法高庆辉(黑龙江省龙建路桥第二工程有限公司，黑龙江安达151400)摘要：本文主要分析受冻作用下，路面结构强度衰减度的分析方法。关键词：受冻作用；路面结构；衰减度：分析方法1现场实测方法由于道路的交通条件和路面结构层次的不同，尽管道路所处自然条件与水文、土质条件情况相同，在冰冻作用下强度衰减情况也不会相同。因此为了求出遭受冻融反复作用的土基、垫层等的路面结构层的强度值，必须进行现场调查与实测工作。现以某路段的实测与解剖分析资料为例做以介绍。对该路经四年的实测与调查

2、研究，将所测得的冻前与融期的土基、垫层等的模量值列于表1。由于各试验路段的冻结深度随其具体情况及一年的寒冷程度的不同而异。一般是从路面算起大约为95—105cm左右。土基所产生的冻胀量为4—14em。2模量值的计算及其分析一般情况下，路基都是由冻胀的土类筑成的。防冻层是采用天然砂砾材料修筑的，下底基层多数也采用天然砂砾修筑成的。现对所求得的各类材料的模量分析如下。冻结期间，在冻胀性的路基土中所形成的聚冰带，因春季磁化造成土基、底层承载能力的降低，所以在荷载作用下使路面产生了破坏。关于土基、防冰层及各类

3、底层材料的模量值及其变化，促使结构层承载能力降低情况列于表l中，从表中可以看出，春季融解期的模量比冻前的降低16—35％。特别是细粒火出灰和级配碎石所组成的结构层的模量，其降低率达35％和3l％。其降低率大的主要原因是因为这类材料含粉粒以下的微粒成分比砂、天然砂砾多。另外，级配碎石在冻结前即使有较大的弹性系数，但在融解期其模量也大大地降低。所以在寒冷地区，路面的上底基层采用这类材料可能会出现问题。在表l中列出了具有冻胀性粘土的土基以及细粒火山灰、砂和天然砂砾防冻层，在融解期的模量值及现场实测的CBR与

4、在路面设计中所采用的CBR之间的关系。从此表可以看出，除由最易引起冻胀的土所构成的路基外，对于防冻层材料的模量与CBR之间，认为有较好的相关关系。3路面结构的剖析如前所述，根据现场实测的地基反应系数，可以求出路面各层的模量。而且，沥青混合料结构层的模量，相当地受到温度和荷再作用时间的影响。另一方面，关于寒冷地区路面在融解期发生的破坏，完全是由于路面反复地受到应力应变作用的结果。至于沥青路面由于冻胀作用所引起的疲劳破坏，可以采用一定的措施来解决。因此，根据对路面结构的剖析，计算出各层的应力和应变数值是很

5、有必要的。3．1关于路面结构层肋应力与应变的计算。对应力与应变计算中，做了如下的假设：a．荷载固定在5吨，其轮胎接触面积的等值半径定为17cm；b．关于沥青混合料的模量值，规定温度在lO℃，加荷时间为2／loos。取其等于3000MPa。对沥青稳定的基层由于比面层，底基层处于较深位置，因而，荷载作用时间较短，取其为2800MPa；e．路面各层之间为粗糙面，相互不能移动；d．路面各层由均质材料组成，路基土也为均质的．e．路面各层材料的油松比皆为0．5。3．2计算结果及其结论。对于四种试验路面按上述假设条

6、件，可计算出冻结前及融解期的路面各层的水平及垂直应力与应变值，并可得出，沥青混合料层下表面的水平拉应力及应变值，此应力应变值也较大。而对融期的应力和应变值，与冻前的相比约增加15％一30％。因此。由于冻胀现象，引起路面结构的混合料层破坏的危险性是存在的。水平应力与应变在融解期的增加率与路面结构的混合料层厚度有密切的关系。厚度大，应力和应变的增加率小，受冻胀的影响作用也小。因此，在寒冷地区采用沥青稳定的结构层是较为合理表1土基、防冻层、低基层的模量值细垃火山灰830540356．248．TO．39眇●5

7、．O71．0198．S59．IO．55天热砂砾(量大越208．OI话OlB径幔·9●皿m)26．0106．4I．18天纛砂砾!量大垃212．OI∞．028径5●．1mm)吸E碑石(量大垃263．Ol眈．O3l径"．1ram)的。通过上述分析说明，路面各层的垂直应力与应变值随路面厚度增加而减小，但对级配碎石冻胀性路基土，其应变值较大。如果路面结构厚度不能满足抵抗变形的要求时，在行车的部位上则形成较大的沉陷，随后网状裂缝产生，这对路面出现破坏。冻胀性路基土其应比冻前增加了20—30％，此时路段处于危险时期

8、。4结论4．1路面强度衰减与重载交通联合作用下，随路基强度衰减。基层疲劳寿命呈级数衰减趋势发展；当超载为O．9MPa时，基层层底弯拉应力将接近甚至超过容许弯拉应力值，在较短的时间内即出现受拉破坏，从而揭示该地区路面结构早期破坏的原因。4．2通过模拟分析改变面层厚度对路面结构受力特性及疲劳寿命的影响，结果表明，提高面层厚度，尽管可以起到一定的作用，但收效不大，并不能有效解决路面结构早期损坏的问题。4．3通过分析改变面层厚度对路面结构受力特性及疲劳寿命的影响