3.3 合理结构组合研究

根据材料的强度和刚度特性，合理选择、安排沥青面层结构层次和设计各层厚度，使整个路面结构在行车荷载和自然因素的共同作用下，体系内所产生的各个应力和位移分量均恰当地限制在容许范围内，同时又能发挥各结构层的最大效能，这是路面结构经济合理设计的关键，也是重要的研究内容。

因此，为保证济焦高速公路路面结构的合理性，将原路面结构5cmAC-16Ⅰ+6cm AC-20Ⅰ+7cmAC-25Ⅰ+34cm水泥稳定碎石+20cm石灰土变更为4cmSMA-13+6cmAC-20Ⅰ+13cmATB-25联结层+19cm水泥粉煤灰稳定碎石（3MPa）+30cm水泥粉煤灰稳定碎石（2.5MPa）。下面对实施路面结构的合理性进行分析。

3.3.1 ATB联结层的设计参数敏感性分析

济焦高速变更结构的计算参数见表3.7。

为确定沥青稳定碎石联结层的适宜厚度与模量，设面层、基层与底基层的设计参数一定，分别变化沥青稳定碎石联结层的厚度与模量，利用BISAR程序计算各结构层的层底的最大弯拉应力（拉应力为正，压应力为负）与表面弯沉，分析沥青稳定碎石联结层的厚度与模量对其敏感性。

1.上面层底部最大弯拉应力计算

由表3.8可知，ATB联结层的厚度与模量对济焦高速路面上面层底部的应力影响不大，均为负值，即未出现弯拉应力。

2.下面层底部最大弯拉应力计算

由表3.9可知，当ATB联结层模量低于800MPa时，对任意厚度，下面层底部开始出现弯拉应力，且随着厚度的增加而增大。同一厚度下，ATB联结层模量越大，弯拉应力越小。因此，为保证面层层底不出现拉应力，要求济焦高速ATB联结层模量不低于800MPa。

3.ATB联结层底部最大弯拉应力计算

由表3.10可知，ATB联结层的厚度与模量对其底部的应力影响不大，均为负值，即未出现弯拉应力。

4.基层底部最大弯拉应力计算

由表3.11可知，ATB联结层的厚度对济焦高速路面基层底部的应力影响可忽略。同一厚度下，ATB联结层模量越大，弯拉应力越大。因此，为减小基层底部的弯拉应力，要求ATB联结层模量不宜过大。

5.底基层底部最大弯拉应力计算

由表3.12可知，ATB联结层的厚度小于8cm时，济焦高速路面底基层底部出现负应力。同一厚度下，ATB联结层模量越大，弯拉应力越小；同一模量下，在ATB联结层厚度大于10cm时，厚度越大，弯拉应力越小。

6.面层表面弯沉计算

由表3.13可知，随着ATB联结层的厚度与模量的增大，面层表面弯沉减小。因此，为保证面层弯沉满足设计要求，ATB联结层的厚度与模量不宜过小。

综上所述，为确保济焦高速各结构层层底的最大弯拉应力与表面弯沉满足设计要求，并从经济角度考虑，建议ATB联结层厚度为10~16cm。根据以上力学分析，结合设计规范，并从抗裂角度考虑，建议抗压回弹模量采用800~1200MPa。

3.3.2 路面结构的设计验算

1.按我国设计规范进行验算

根据现行沥青路面设计规范，确定了各种疲劳损坏指标的沥青路面结构厚度与累计标准轴载作用次数关系如下。

半刚性下基层与粗粒式沥青混凝土（或沥青稳定碎石）上基层组成复合沥青路面路表弯沉：

粗粒式沥青混凝土（或沥青稳定碎石）层底面弯拉应力：

半刚性基层底面弯拉应力：

半刚性垫层底面弯拉应力：

根据济焦高速公路2006年累计当量轴次 Ne =1.17×10 ⁶ 可得：

路面弯沉： L =76.79（0.01mm）。

半刚性基层底面弯拉应力： σ _br = 1.1429 Ne ^-0.11 = 0.2458（MPa）。

半刚性垫层底面弯拉应力： σ _cr = 0.4444 Ne ^-0.11 = 0.0956（MPa）。

按照济焦高速公路路面结构，利用BISAR程序对其各层层底拉应力及表面弯沉进行计算，计算结果如下：表面弯沉为：43.3 （0.01mm）；基层底部最大弯拉应力：0.030MPa；底基层底部最大弯拉应力：0.102MPa；面层及ATB联结层的底部最大弯拉应力为负值。验算通过。

2.按永久性路面设计方法进行验算

英国的研究表明，沥青混合料存在一个弯拉应变临界点，当路面结构弯拉应变低于此值时，HMA层底就不会产生疲劳损伤，即应力值或应变值与可承受的荷载作用次数关系是一条水平渐近线。这个拉应变临界点对应的疲劳寿命就是疲劳极限。疲劳极限的适用性成为确定沥青层厚度的一个关键问题，这是永久性路面设计理念的重要理论依据。永久性路面力学性能标准及其设计方法分别如图3.1和图3.2所示。

应用BISAR程序对路面结构进行检算，见表3.14。

由表3.14可知，按照英国的永久性路面设计方法，济焦高速路面结构验算通过，满足设计要求。 4x7hL3y21Wkt76Wwk+kj+cO7ot5kWXoItpw9inCvTIWjd5jcRA1yifPR92wnta06