组合式基层大修结构性能研究

 牛芊

 （河北省高速公路石黄管理处  石家庄  050000）

摘要  为解决沥青路面结构反射裂缝严重的问题，文中提出了以沥青再生混合料作为柔性基层铺筑于半刚性基层之上充当过渡层的组合式基层大修结构形式。借助有限元分析软件ANSYS对大修结构进行建模，评价铣刨旧料RAP参数变化对大修结构性能的影响。

关键词  沥青路面  大修结构  RAP参数  结构性能

 随着我国公路全面进入大中修养护周期，如何科学合理有效地利用高速公路大修时所产生的旧料是长期困扰公路部门的一道难题。根据以往经验，高速公路局部大修产生的铣刨旧料，除小部分被沿线农民运走用于填筑乡间道路、坑塘外，大部分被长期废弃堆放。近几年，从国外引进的路面再生技术为铣刨旧料找到了一种全新的利用途径，国内开始大量试用就地热再生、水泥冷再生、二灰冷再生等方式进行路面结构大修设计。国内主流大修结构仍然是以水泥冷再生、二灰冷再生等作为半刚性基层材料为主，这就不可避免地出现半刚性基层共有的缺陷——反射裂缝，而柔性基层或半柔性基层则可以很好地避免反射裂缝的产生。

 通过沥青再生技术，重复利用回收的沥青路面材料(RAP)，不但能解决沥青路面铣刨旧料的处置问题，也能保护环境和资源、降低高速公路的建设成本，是当前研究的一个热门方向。文中将回收再生沥青混合料重新进行配合比设计，充当路面大修结构柔性基层，铺筑在半刚性下基层之上，形成组合式沥青路面，使新的路面结构既能解决半刚性基层路面反射裂缝严重的问题，又能满足路面承载力要求。

1  大修结构的有限元模型

为分析组合式基层大修结构性能，选取典型结构形式（见图1）建立有限元仿真模型，分析不同RAP掺量及其结构层厚度对大修效果的影响。选取solid45单元类型，假设路面大修结构为各向同性的层状弹性体系。有限元模型平面尺寸为4m×4m，图2为大修结构有限元模型。通过室内试验，对所用到的路面材料进行回弹模量和劈裂强度试验，得到的试验结果见表1、表2。

2 RAP参数变化对大修效果影响

通过建立组合式基层路面大修结构有限元模型，分析柔性基层结构层厚度、RAP含量对路面大修结构力学指标的影响。通过计算分析发现，沥青面层的层底拉应力和剪应力的数值远远低于其容许值，限于篇幅有限，省略其变化规律图。其他指标的计算结果见图3～图6。

 图3中随着柔性基层结构厚度增加，路表计算弯沉也随之增大。当柔性基层厚度从10 cm增加到16 cm时，不同掺量RAP料的大修结构计算弯沉平均增大了3. 4(0. 01 mm)，RAP掺量为100%时，提高程度也最大，达到了4.2(0. 01mm)；从RAP掺量对弯沉的影响程度看，随着RAP掺量的提高，计算弯沉也相应增大，当柔性基层厚度为16 cm时，RAP掺量从0%增加到100%，计算弯沉增长了9.4(0. 01 mm)，可见RAP掺量对弯沉的影响比该结构层厚度的影响程度大。

图4中随着柔性基层结构厚度增加，柔性基层层底拉应力也随之增大。当柔性基层厚度从10 cm增加到12 cm时，不同掺量RAP料的大修结构柔性基层层底拉应力平均增大了0. 094MPa;而当柔性基层厚度从12 cm增加到16 cm时，不同掺量RAP料的大修结构柔性基层层底拉应力平均增大了0. 118 6 MPa;从图中可以明显看出，柔性基层层底拉应力增长速率前小后大。柔性基层厚度越大，RAP掺量对柔性基层层底拉应力的影响也就越明显，当柔性基层厚度为16 cm，RAP掺量从0%增加到100%时，提高程度幅度达到了0. 07 MPa。

图5中随着柔性基层结构厚度增加，柔性基层层底剪应力随之减小。当柔性基层厚度从10cm增加到12 cm时，不同掺量RAP料的大修结构柔性基层层底剪应力平均减小了0. 047 2MPa;而当柔性基层厚度从12 cm增加到16 cm时，不同掺量RAP料的大修结构柔性基层层底剪应力平均减小了0. 043 2 MPa;从图中可以看出，柔性基层层底剪应力降低速率前大后小。随着柔性基层厚度变化，RAP掺量对柔性基层层底剪应力的影响相对平稳，并未出现明显的发散或集中趋势。RAP掺量从0%增加到100%时，柔性基层层底剪应力提高幅度只有0. 027 5 MPa。

图6中随着柔性基层结构厚度增加，半刚性基层层底拉应力随之增大。当柔性基层厚度从10 cm增加到16 cm时，不同掺量RAP料的大修结构柔性基层层底拉应力平均增大了0. 019 6MPa，增幅只有9.6%。从图中可以看出，半刚性基层层底拉应力增长趋势平缓，几乎呈现水平趋势。而随着柔性基层厚度变化，RAP掺量对半刚性基层层底拉应力的影响浮动略大，出现明显的分层现象。RAP掺量越大，半刚性基层层底拉应力越大，RAP掺量从0%增加到100%时，半刚性基层层底拉应力提高程度幅度达到0. 058 MPa，提高幅度为32. 4%。

3结论

 (1)随着柔性基层结构厚度增加，路表计算弯沉、柔性基层层底拉应力、半刚性基层层底拉应力均随之增大，只有柔性基层层间拉应力随之减小。

 (2)随着RAP掺量从O%提高到100%，路表弯沉、柔性基层层底拉应力、柔性基层层底剪应力、半刚性基层层底拉应力4项指标值均出现不同程度的提高，说明RAP料性能较新集料差，但综合性能仍可以满足路面结构要求。