施工车辆对二灰冷再生底基层的影响研究

秦 莉，何晓东，马士宾

（1.天津市成套设备工程监理有限公司，天津 300191；2.河北工业大学 机械工程学院，天津 300130；3.河北工业大学 土木工程学院，天津 300401）

目前我国大量沥青路面进入维修和养护的高峰期，这就使得沥青路面冷再生技术在我国公路建设和养护中得到大面积的推广使用.与此同时，二灰冷再生材料越来越多的应用于沥青路面的底基层.然而，近年来，沥青路面的早期破坏现象也日益严峻地暴露出来.造成路面早期破坏的原因很多，在施工过程中，由于各种影响因素变异性很大，对路面结构的影响尤为重要[1].实践表明，二灰冷再生底基层在较短的时间里难以达到规定的设计强度.由于路面结构的施工是分层进行的，在二灰冷再生底基层铺筑后，在不同的时间施工基层，对已铺筑的二灰冷再生底基层影响如何，是施工技术人员一直关心的问题[2].实际施工时，由于工期压力较大，基层开始施工时，二灰冷再生底基层的强度往往还没有达到设计强度，若施工车辆轴载过大，轴载作用就可能造成二灰冷再生底基层的一次性破坏.当发生这种现象时，不仅底基层受到影响，而且还会影响到整个路面结构的后期强度的增长，最终导致沥青路面通车后发生大面积的早期破坏现象[3].

为探求基层施工期间，二灰冷再生底基层在汽车轮作用下路面的损坏类型和机理，本文首先通过室内试验研究，获得了二灰冷再生材料不同龄期的各种路用性能.然后利用kenpave程序计算出龄期、施工车辆轴载、模量等因素作用下，弯沉和层底拉应力的变化规律，提出针对具体的情况应采取具体的施工方案和车辆管制措施[4].

1 路面结构力学计算方法

1.1 路面结构参数的确定

路面底基层采用二灰冷再生材料，通过对二灰冷再生材料的力学性能进行试验研究，获得了不同龄期二灰冷再生材料的抗压回弹模量[5].二灰冷再生路面结构和不同龄期下二灰冷再生材料的抗压回弹模量如表1所示.

表1 二灰冷再生路面结构及材料参数Tab.1 Structure and material parameters for lime-flyash cold recycling pavement

1.2 荷载的确定

本文借助于比利时的轴重与接地面积的经验公式，依据当前我国道路的实际情况用下式(1)来计算不同轴载下当量圆的面积[6].

式中： 为轮胎接地面积，cm2； 轮胎压力，N.

课题组对施工现场的施工车辆现状进行了轴载专项调查，主要包括运料车、工程洒水车等一些工程施工车辆，调查发现，在路面各结构层施工过程中，一些运料车、工程洒水车等施工车辆由于过量装载，实际载重量远远超过了其设计额定载重量，单轴轴重甚至会达到20 t，其超载率比较严重.本文依据工地施工车辆现状并结合对社会车辆的交通量调查，超载量取双轮组单轴最大荷载为240 kN，计算时主要分析8种荷载的作用情况，其轴载计算参数见表2所示.

表2 轴重与轮胎接地面积、单轮当量圆半径的关系Tab.2 The relation between axle load and area of the tire touching ground and equivalent single wheel radius

1.3 计算点的选取

弯沉的计算点确定为路表双圆均布垂直荷载的轮隙中心处，沥青混凝土路面结构层层底拉应力的计算点与结构层模量、层间接触状态有关，经反复试算来确定.

2 二灰冷再生底基层养生7 d后铺筑基层施工车辆对其的影响

2.1 冷再生层顶最大弯沉

表3 冷再生层养生7 d模量不同时冷再生层顶最大弯沉（0.01 mm）Tab.3 Max deflection of curing 7 d cold recycling layer roof with different modulus(0.01 mm)

分析表3，图1和图2可知：当冷再生层模量一定的时候，冷再生层顶最大弯沉随轴载的增加而增大.当路面结构承受的轴载一定的时候，冷再生层顶最大弯沉随着模量的提高而减小.但是随着模量提高弯沉减小的幅度越来越小.当模量由100 MPa提高到200 MPa时，弯沉减小的幅度很大.当模量由200 MPa提高到300 MPa时，弯沉减小的幅度就较小了.可见，当模量增大到一定程度后，模量对弯沉所起的作用就越来越小了.为了保证施工时车辆对路面造成的垂直变形不致太大，尽量控制二灰冷再生材料的模量在200 MPa左右.

图1 冷再生层顶最大弯沉随轴载变化图Fig.1 Max deflection of cold recycling layer roof with different axle loads

图2 冷再生层顶最大弯沉随模量变化图Fig.2 Max deflection of cold recycling layer roof with different modulus

2.2 二灰冷再生层底拉应力

表4 冷再生层养生7 d模量不同时冷再生层底最大拉应力（MPa）Tab.4 Max tension stress of 7d cold recycling layer bottom with different modulus(MPa)

图3 冷再生层底最大拉应力随轴载变化图Fig.3 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different axle loads

图4 冷再生层底最大拉应力随模量变化图Fig.4 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different modulus

分析表4，图3和图4可知：当冷再生层模量一定的时候，冷再生层底最大拉应力随轴载的增加而增大.但是当模量较小时，冷再生层顶最大弯沉随轴载的增加的幅度较小.当路面结构承受的轴载一定的时候，冷再生层底最大拉应力随着模量的提高而加大.但是随着模量的提高拉应力增大的幅度越来越大.特别是模量由200 MPa增加到300 MPa时，拉应力有很大的提高.可见，为了防止太大的拉应力造成路面的破坏，应选择模量尽量小的材料.二灰冷再生材料在7d时的劈裂强度在0.05～0.09之间，施工现场的车辆单轴轴重大约是18 t，为了保证路面结构不发生破坏尽量控制二灰冷再生材料的模量在200 MPa左右，不要超过300 MPa.

3 二灰冷再生底基层养生14 d后铺筑基层施工车辆对其的影响

3.1 冷再生顶最大弯沉

分析表5，图5和图6可知：当冷再生层模量一定的时候，冷再生层顶最大弯沉随轴载的增加而增大.当路面结构承受的轴载一定的时候，冷再生层顶最大弯沉随着模量的提高而减小.但是随着模量的提高弯沉减小的幅度越来越小.

表5 冷再生层养生14 d模量不同时冷再生层顶最大弯沉（0.01mm）Tab.5 Max deflection of curing 14d cold recycling layer roof with different modulus(0.01mm)

图5 冷再生层顶最大弯沉随轴载变化图Fig.5 Max deflection of cold recycling layer roof with different axle loads

图6 冷再生层顶最大弯沉随模量变化图Fig.6 Max deflection of cold recycling layer roof with different modulus

3.2 二灰冷再生层底拉应力

分析表6，图7和图8可知：当冷再生层模量一定的时候，冷再生层底最大拉应力随轴载的增加而增大.但是当模量较小时，冷再生层顶最大弯沉随轴载的增加的幅度较小，例如冷再生层模量为200 MPa，轴载由100 kN增加到240 kN时，冷再生层底拉应力才增加了0.003 MPa.当路面结构承受的轴载一定的时候，冷再生层底最大拉应力随着模量的提高而加大.且随着模量的提高拉应力随轴载增大的幅度越来越大.可见，为了防止太大的拉应力造成路面的破坏，应选择模量尽量小的材料.二灰冷再生材料在14d时的劈裂强度在0.07～0.17之间，施工现场的车辆单轴轴重大约是18 t，为了保证路面结构不发生破坏尽量控制二灰冷再生材料的模量在300MPa左右，不要超过400 MPa.

图7 冷再生层底最大拉应力随轴载变化图Fig.7 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different axle loads

图8 冷再生层底最大拉应力随模量变化图Fig.8 Max tension stress of cold recycling layer bottom with different modulus

4 二灰稳定冷再生路面结构基层施工时交通管制措施

二灰冷再生材料7 d的劈裂强度的范围为0.05～0.09 MPa，分别研究其达到0.05 MPa、0.06 MPa、0.07 MPa、0.08 MPa、0.09 MPa时的交通管制措施.

表7 二灰冷再生底基层养生7d后基层施工时的交通管制措施Tab.7 Traffic control measures for base construction after lime-flyash cold recycling subbase curing 7 d

表8 二灰冷再生底基层养生14 d后基层施工时的交通管制措施Tab.8 Traffic control measures for base construction after lime-flyash cold recycling subbase curing 14 d

二灰冷再生材料7 d的劈裂强度的范围为0.07～0.17 MPa，分别研究其达到0.07 MPa、0.09 MPa、0.11 MPa、0.13 MPa、0.15 MPa、0.17 MPa时的交通管制措施.

5 结论

本文通过运用kenpave力学分析软件计算了基层铺筑时，龄期、施工车辆轴载对二灰冷再生底基层的影响，重点研究了拉应力、弯沉的变化规律.通过上面对二灰冷再生层铺设7 d、14 d天在铺设基层时，施工车辆对冷再生底基层影响的力学分析可知：冷再生底基层的模量对冷再生底基层顶的弯沉和底基层底的拉应力影响很大，综合施工时间等因素，可知，底基层铺筑7 d后铺设基层的方案较为优越，即减短施工时间，也很好地控制施工车辆对底基层的影响.

[1]马士宾，刘俊琴，王丽洁，等.基层铺筑时施工车辆对石灰土底基层的力学影响分析 [J].河北工业大学学报，2012，41（3）：92-96.

[2]侯昭光.冷再生基层路面结构力学响应影响因素分析 [J].重庆交通大学学报，2011，30（1）：44-47.

[3]杨群，黄晓明.半刚性基层拉应力验算时双轴系数的分析 [J].公路交通科技，2002，19（1）：1-3.

[4]李峰，孙立军.基层模量对沥青路面力学性能的影响分析 [J].公路交通科技，2006，23（10）：41-43.

[5]周斌，李君，李辉忠.半刚性基层沥青路面结构参数的敏感性力学分析 [J].中外公路，2007，27（4）：65-69.

[6]魏连雨，葛景峰，朱旭红，等.季节性环境温度下二灰碎石基层强度增长规律研究 [J].中外公路，2012，32（1）：80-83.