对宕渣土路基上路面结构的受力特性

对宕渣土路基上路面结构的受力特性

徐为平

上海章瑞市政工程有限公司

摘要：在工程建设领域，宕渣的应用近年来引起了也将的广泛关注，而为了证明宕渣土的优良性能，本文选择了某市政公路路段作为研究对象，配合有限元软件ABAQUS建立模型、开展承载板弯沉试验，宕渣土路基上路面结构的优越性得到了证明，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键字：宕渣土路基；路面结构；受力特性；96区

前言：宕渣一般可分为清宕渣和混宕渣，前者多用作隔离层，后者则多用做填土路堤，在路基填筑的宕渣应用中，宕渣的最大颗粒粒径需控制在150mm内，且颗粒粒径在40mm以上的成分占比不超过30%。为证明宕渣应用对公路路面结构受力特性产生的影响，本文在承载板弯沉实验基础上应用了有限元软件ABAQUS，配合三维双圆荷载计算模型，宕渣在公路路基中的应用价值得到了较好证明。

1.理论分析及工程概况

为明确本文研究路径，本节首先重点介绍了用于研究的路基回弹模量、弯沉指标，并对本文选择研究对象市政公路路段进行了简单介绍，用于研究的测点布置情况也得到了明确。

1.1路基回弹模量

路基回弹模量属于道路设计中的重要参数，也是本文研究涉及的重点指标之一。现阶段我国沥青路面结构层厚度设计多采用弹性层状理论体系，该体系只承认一个弹性模量，通过假定路面材料各向同性，即可完成具体设计。结合近年来国内学界围绕沥青路面当量回弹模量开展的研究不难发现，沥青路面计算弯沉与当量回弹模量的经验公式建立离不开相关试验的支持，因此承载板试验和弯沉检测结果必须得到重视。此外，路基土有效回弹模量也能够作为沥青路面设计参数，这一应用较为受到美国学界的推崇，由此即可更深入了解路基回弹模量的重要性[1]。

在任成志的的研究中，其在《沥青路面当量回弹模量的研究》中建立了沥青路面当量回弹模量与计算弯沉的经验公式，而在我国1997年发布的《沥青混凝土路面设计规范》中，规范以位移解析解、垂直与水平综合效应下应力、双圆荷载图示、多层体系作为路面设计基础，设计指标则选择了层底拉应力、轮隙弯沉、面层抗剪强度，这类研究成果为本文研究的开展提供了较为有力支持。

1.2弯沉

路面抵抗垂直变形的能力被称为弯沉，路表弯沉会随着土基模量的增大而减小，因此弯沉可实现各结构层的整体刚度和强度反映。相较于土基回弹模量测试，土基弯沉测试比较为快速、简便，因此应用该指标进行计算可有效降低工作量，工作效率也能够由此实现长足提升，由此可见弯沉在公路设计中的应用价值。

1.3工程概况

为提升研究的实践价值，本文选择了某高速长度为89m的路段（K66+884~K66+973之间）作为研究对象，路基宽度为26m，填方最大高度为17.743m，图1为测点布置情况，测点在K66+916处，分别为距左路肩5m和15m处。

图2待检测路基的几何尺寸

2.2数值计算模型

3.宕渣土路基路面结构受力特性

基于当量回弹模量计算结果、材料设计参数，采用有限元软件ABAQUS建立计算模型并进行求解，宕渣土路基的应用优越性由此得到了证明。

3.1材料设计参数分析

在本文研究路段的公路设计中，路面结构采用了3%水泥稳定碎石（20cm）+5%水泥稳定碎石（34cm）+AC-25C粗粒式沥青混凝土（8cm）+AC-20C中粒式沥青混凝土（6cm）+AC-13C细粒式沥青混凝土（4cm），具体设计如表2所示，表中的A、B、C、D、E依次代表上述五种路面结构材料。

表2路面结构材料的设计参数

3.4路面结构影响分析

为明确路床填筑中宕渣土的应用效果，以及路基受到的宕渣土应用影响，进行表3沥青路面检验指标计算结果的处理，以工况1的设计路面结构作为分母基准，即选择厚度34cm的5%水泥稳定碎石、45MPa的土基弹性模量作为处理的分母基准值，为完成不同工况计算结果的合理比较，采用其他工况结果除以分母基准值，由此可得出表4所示的处理后不同工况计算结果比较，表4中工况1~3、工况4~6的土基弹性模量分别为45MPa、213MPa。表4中的比较结果越大代表结构的安全性越差，由此进行分析可以发现沥青层顶面的弯沉值在宕渣土路基应用后实现了显著降低，宕渣土路基的应用同时也有效降低了3%与5%水泥稳定碎石层的拉应力，但沥青下面层受到了一定负面影响，其数值有所增长。

表4处理后不同工况计算结果比较

深入分析可以发现，宕渣土路基的应用对公路路面结构带来了较为积极影响，5%水泥稳定碎石层受到的影响较为明显，其实现了9cm的厚度减少，沥青层顶面弯沉也受到了较为积极影响，实现了47.15%的降低。同时3%水泥稳定碎石层也受到了较为积极影响，这一影响下该层的拉应力实现了13.39%的降低。开展进一步分析可以发现，沥青下面层的拉应力和5%水泥稳定碎石层的拉应力在宕渣土路基的应用影响下出现了一定上升，上升比例分别为8.54%、13.29%。虽然宕渣土路基的应用带来了一定负面影响，但深入分析不难发现，相较于采用5%水泥稳定碎石层的34cm公路路面结构，采用宕渣土路基的路面结构在整体表现层面具备显著优势，宕渣土路基的实践应用价值由此得到了直观证明。

结论：综上所述，宕渣土路基对路面结构受力特性带来的影响较为积极，本文应用有限元软件ABAQUS建立的数值计算模型、开展了的相关计算证明了这一认知。在宕渣土路基的应用支持下，市政公路沥青路面可实现大幅度的弯沉值降低，3%水泥稳定碎石层也会同时受到较为积极影响，出现显著的层底拉应力下降。虽然计算也展示了宕渣土路基带来的一定负面影响，但相较于常规水泥稳定碎石层路面结构，宕渣土路基的应用可有效提升路面结构工程特性。

参考文献：

[1]马超.公路特殊土路基回弹模量现场快速检测研究[J].中国新技术新产品,2018(15):118-119.

[2]孙雅珍,李凯翔,迟凤霞,王金昌,丁传超.基于含水率变化宕渣土石混合料回弹模量的试验研究[J].中外公路,2017,37(02):223-227.

[3]詹炳根,叶晓华,韩丁,阮宜东.宕渣土桥背回填冲击累积变形研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2013,36(11):1347-1351.