袁 伟

超薄磨耗层起源于法国，是一种新型的路面养护材料，实践证明它是一种可以延长路面寿命、改善行驶质量、校正表面缺陷、提高安全特性、减小噪声、增加路面强度等路面功能的表面层。超薄磨耗层适用于路面较平整、辙槽深度小于10 mm，无结构性破坏的公路，也适用于新建公路的磨耗层，故越来越受到人们的重视。超薄磨耗层一般厚度为15 mm～25 mm，混合料可选用断级配SMA-10，SAC-10或粗级配ACG-10等。结合料宜用改性沥青或掺入其他添加剂，以提高超薄磨耗层的水稳性。由于厚度比较薄，沥青混合料的粒径比较小，同时又要求有较好的构造深度、抗滑性能和密实性能，故应合理选择集料、沥青材料和级配类型。

1 力学分析

1.1 模型条件

要使超薄层充分发挥其作用，还要保证它与原路面具有良好的粘结，要达到此目的，对于厚度只有15 mm～25 mm的磨耗层来说是很困难的，所以必须对层底应力、应变、弯沉值大小进行计算，以获得可靠的数据选择合适的连接层，接下来就对磨耗层的层底拉应力与弯沉进行简单的计算，本研究的假设条件如下:

1)弹性层状体系;2)BZZ-100标准荷载;3)路面在常温20℃;4)假设行车速度为60 km/h～120 km/h。

在上述情况下，磨耗层的铺筑厚度分别在0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm时进行层底应力的计算，采用SHELL公司的沥青路面力学软件BISAR3.0进行计算。初拟的结构层见表1。

表1 初拟结构层

软件计算时采用以下模型:即X轴为行车方向，Y轴与车轴平行，Z轴垂直于X，Y轴的平面，车轴中心为原点，见图1。

1.2 分析内容

经过计算可得到以下几种关系:

1)当采用超薄层加铺厚度为1.5 cm，2.5 cm时，用软件可以得到路面两车轴中心(即原点)各层层底的弯沉值，将两种路面的层底弯沉绘入图2。从图2可以看出两条曲线的趋势是相同的，可知路面的最大弯沉值不是出现在路面顶，而是出现在路面稍下处，因此此处在设计时应注意。

2)当分别加铺 0.0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm 的混合料时，在标准荷载下，其路表弯沉值发生了如图3所示的变化。由图3可看出，随着加铺层厚度的增加，路表的弯沉值不断减小，按照此推断为减小弯沉，应该采用较厚的加铺层，但这样不但不经济而且自重的增加会造成原路面压应力过大，所以应找个平衡点，这对于超薄磨耗层发展来说是至关重要的，还需作进一步的研究。

3)在标准荷载下，假定磨耗层的摊铺厚度为1.5 cm，分别对轮底、轮中两个位置应力随深度的变化进行研究，可得到图4，图5。

对比图4，图5可以得出在车轮底部(路表)X，Y，Z轴三个方向均表现出较大的压应力，随着深度的增加压应力逐渐减小，X，Y方向从压应力转变为拉应力，但是从深度可以看出超薄层底部在三个方向均表现出压应力，因此，超薄层包括粘结层在内应主要考虑其抗压能力，抗拉性指标要求可以小些。

另外，在图4，图5中深度达到0.2 m时X，Y轴方向(除了轮中Y方向)均表现出较大的拉应力，而在这个深度恰好是半刚性基层，半刚性基层的抗拉性差容易产生裂缝发生水损害，因此在设计时应尽量通过改变厚度，使半刚性基层避免出现大的拉应力，而使其受压。

4)为了研究采用不同的加铺厚度对薄层底、原路面下轮中间X，Y两个方向的应力变化，作了如下计算，在标准荷载下，当采用的加铺厚度为 0.0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm 时用软件计算超薄磨耗层下及原路面第一层的应力，如图6，图7所示。

从图6可以看出不加薄层时表面表现出很大的压应力，当加上磨耗层时薄层下的应力大幅变小，且X，Y方向随加铺厚度的增加应力相差不大且上下幅度不大，X方向压应力有减小的趋势，而Y方向压应力有增大的趋势。

图7中Y方向的压应力要大于X方向的应力，且两个方向压应力随摊铺厚度的增加都表现出减小的趋势。这种趋势最终会导致薄层内产生拉应力，因此加铺厚度不能太大，以免拉应力过大产生裂缝。

2 结语

通过使用BISAR软件进行简单的应力应变计算，同时对数据的分析比较发现了如下规律:

1)路面的最大弯沉值不是出现在路面而是出现在路表稍下处。2)随着加铺层厚度的增加，路表弯沉值不断减小。3)当加铺厚度为1.5 cm时薄层内并未出现拉应力，最大的拉应力出现在大致2.0 cm处，因此在设计时应加强这层的抗拉强度设计。4)随着加铺层厚的增加，薄层下X，Y方向的应力并不会出现较大的变化，原路面第一层下两方向应力有相同的变化趋势。5)另外有研究表明各结构层的拉应力值随荷载的增长而逐渐增长，当超限160%，其值大约是标准轴载作用下的2倍多，因此，为避免路面发生过早的破坏，应限制超载现象。以上分析均是在标准荷载、特定结构层情况下得出的，普遍性还有待于工作者的进一步研究，以期待为超薄层结构的研究带来更广阔的前景。

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