路面结构设计影响因素分析.doc

基层模量和厚度对路面性能的影响分析

摘要：在路面结构设计中，考虑沥青路面基层两个参数——模量和厚度对路面性能的影响，利用数理统计方法将基层模量和厚度与其它因素进行正交试验与方差分析，直观上得出基层参数的影响程度大小，再根据直观分析的结果，应用方差分析讨论两个参数之间的交互作用。最后选择两个重要的路面性能指标进行详细对比讨论，提出合理的参数组合依据。
关键词：路面性能数理统计基层模量基层厚度

0引言
路面性能泛指路面的各种技术行为，影响路面使用性能的直接路面特征有路面平整度、车辙、摩擦系数、翻浆等等，不过路面使用性能只是路面性能的外在反映，造成路面使用性能变化的因素包括路面材料特征，组合特征和力学特征。在诸多因素中，路面结构的合理设计才是保障路面性能的关键。我国沥青路面结构设计的指导思想是“强基薄面”，如何合理的设计基层是保障路面性能良好的一个非常重要的方面。本文从这点出发讨论基层两个参数对路面性能的影响，提出合理的组合依据，保障路面使用性能和经济性的平衡。

1计算工具选择
现行的路面结构计算软件主要有BISAR、ELSYM、CIRCIT等，由于各国的规范不一，这里我们选用HPDS2003公路路面设计程序系统，该系统是东南大学交通学院王凯教授与毛世怀副教授根据现行《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97和《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002的有关内容编制的。
2正交试验
2.1因子选取
考虑现行沥青路面设计方法，确定考查因子为基层厚度、基层模量、面层厚度和土基模量。
2.2因子水平的确定
根据已有的经验确定一个范围，选择该范围的上下界和一个中间值或者选择某些特殊意义值作为因子水平，使其具有代表性、客观性。对于基层模量值选取1000MPa、2000MPa、3000MPa；基层厚度选择10cm、20cm、30cm；面层厚度选取9cm（上层4cm，下层5cm）、15cm（上层4cm，中层5cm，下层6cm）、18cm（上层5cm，中层6cm，下层7cm）；土基取25MPa、50MPa、100MPa三个水平。
2.3考核指标
路面的使用性能从力学角度可以通过路面弯沉、面层底部拉应力、基层底部拉应力和垫层底部拉应力来评价。它们也是公路路面设计中重要的验算指标。
2.4路面结构参数
表一路面结构参数
结构类型厚度cm模量Mpa细粒式沥青混凝土4/51400中粒式沥青混凝土5/61300粗粒式沥青混凝土6/71200水泥稳定碎石10/20/301000/2000/3000碎石灰土30600土基——25/50/1002.5正交试验
本试验中，因子为4个，因子水平都为3个，可以选用L9（34）正交表，按此正交表的试验方案见表二[2]。
表二正交分析分析表（“—”表示受压）
试验
列数因子及因子水平考核指标及试验值面层厚度
cm基层厚度
cm基层模量
MPa土基模量
MPa路面弯沉
0.01mm面层底拉
应力MPa基层底拉
应力Mpa垫层底拉
应力Mpa191010002546-0.0140.0860.159292020005023.3-0.110.1720.0823930300010012.2-0.1010.1710.03941510200010020.7-0.0790.1760.075152030002526.5-0.0910.2340.086153010005019.30.0280.0510.0577181030005024.6-0.0450.2550.08481820100010017.30.0430.0520.059183020002520.8-0.050.1170.058计算其某一因子水平下某一个考核指标的总和，然后求其平均值的极差可得如下结果。
（1）对路面弯沉的影响大小排序为：土基模量、基层厚度、基层模量、面层厚度。
（2）对面层底部应力的影响程度大小排序为：基层模量、面层厚度、基层厚度、土基模量。
（3）对基层底部应力的影响程度大小排序为：基层模量、基层厚度、土基模量、面层厚度。
（4）因子对垫层底部应力的影响程度大小排序为：基层厚度、土基模量、面层厚度、基层模量。

3方差分析
由以上结果可知，基层模量和基层厚度对

关于基层的几点讨论
我国沥青路面结构的指导思想是“强基薄面”，当前的表现形式是“清一色”的半刚性基层沥青路面[3]。基层是路面荷载的主要承重层，其两个关键因素——厚度和模量在路面设计中具有非常重要的作用。正交试验只能直观地分析其对设计的影响，下面对基层模量进行定量的分析。其他结构参数见表四，单位同上。
上面层中面层下面层垫层土基厚度45630——模量140013001200600503.1基层模量对拉应力的影响
取基层厚度为20cm，基层模量值300、500、800、1000、1200、13