抗车辙性能强的合理沥青路面结构初探孙兆辉　王铁滨 侯　芸　郭祖辛(辽宁省交通高等专科学校,沈阳110122) (哈尔滨建筑大学交通学院,哈尔滨150008) 摘　要　本文利用系统车辙预估模型,分析研究不同沥青路面结构的车辙反应,为寻求抗车辙性能强的合理路面结构提供了一条研究途径。

关键词　沥青路面结构　车辙预估模型　车辙反应1　前言综观国内外所进行的有关车辙问题的研究,可以看出普遍存在“重材料轻结构”的现象。

大量的技术措施集中在表层材料的选择和沥青混合料的组成设计等方面,随着研究的深入,路面结构是一个不可忽视的因素。

由于缺乏同类地区各高等级公路的路况实测资料,本文仅以西安试验路13种路面结构为研究对象,认为应用系统车辙预估模型(简称V ESRM 模型)分析研究不同路面结构的车辙反应,为寻求抗车辙性能强的合理路面结构提供了一条研究途径。

2　VESR M 模型(1)数学模型R D =∫N 2N 1U ΒSYSN-ΑSYSdN(1)式中:U -荷载重复作用下的路表位移(轮下位移);ΑSYS 、ΒSYS -路面结构体系永久变形特征参数;N -标准轴载(B ZZ -100)作用次数。

假定每次荷载作用下轮下弯沉不变,故U 值可取在一次荷载作用下的轮下弯沉。

本模型U 值采用后轴重为100kN 的汽车在路面投入使用后第n (n ≥1)年不利季节实测的轮下位移值。

(2)参数确定本模型通过大量预估值与实测值的比较,建立了模型参数ΑSYS 与ΒSYS 二者之间的相关关系,即ΒSYS =UU r (1-ΑSYS )(2)式中:U -荷载重复作用下的路表弯沉(意义同前);U r -荷载重复作用下的路表回弹弯沉(轮下回弹弯沉);其余同前。

其参数确定的具体步骤如下:1)编制V ESRM 程序,采用高斯积分法计算车辙深度。

2)输入数据U 、N 1、N 2及参数初值ΑSYS0、ΒSYS0。

根据服务中的道路车辙深度实测值反算其参数,建议路面结构体系永久变形特征参数初值ΑSYS0取0.75,再由ΒSYS 与ΑSYS 的相关关系确定ΒSYS0。

3)运行V ESRM 程序,将预测结果与实测数据相比较,如果二者数值相接近,误差不超过±5%,则停止运行,记录所确定的参数值,否则,通过V ESRM 程序调整参数,直至预估值与实测值非常接近,误差控制在前述容许误差范围内,从而确定模型参数ΑSYS 和ΒSYS 值。

其模型参数确定流程见图1。

3　西安试验路概况西安试验路铺筑在西三(西安-三原)线一级公・8・东　北　公　路2000年路上,全长2115m(单幅),共分20个试验段,其中13个试验段(23k+640～24k+920)是为对比不同的沥青面层结构组合及厚度的使用效果,优选合理结构及沥青面层的最小厚度服务的。

基层自1989年1月开始施工,至5月初结束,沥青面层施工期为5月11日～6月10日,施工期气温20～30℃。

各试验路段路面结构布置如表1所示。

各结构中预埋设温度、位移传感器,以实测路面各层温度变化及永久变形值。

表1　西安试验路路面结构表段号面　层基 层底基层垫　层14c m中A C+5c m粗A C20c m水泥砂砾26c m二灰土18c m二灰土24c m中A C+5c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土34c m中A C+5c m粗A C10c m级配碎石+20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土44c m中A C+5c m粗A C10c m级配碎石+20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土55c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土65c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土75c m中A C+7c m粗A C20c m水泥砂砾30c m二灰土18c m二灰土84c m中A C+5c m粗A C+6c m沥青碎石20c m水泥砂砾20c m石灰土94c m中A C+5c m粗A C+6c m沥青碎石20c m二灰砂砾20c m石灰土105c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土115c m中A C+7c m粗A C20c m水泥砂砾20c m石灰土124c m中A C+5c m粗A C20c m水泥砂砾20c m石灰土134c m中A C+5c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土 (1)交通资料西安试验路设计交通量为1366轴次 日(B ZZ -100),第一年的累计标准轴次为498688次(未考虑横向分布系数),平均年增长率为8%,设计年限为15年,第15年的累计标准轴次为5.416×106次(已考虑横向分布系数)。

即按《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97第3.0.4条进行交通量(累计当量轴次)计算。

(2)路面材料1)沥青材料试验路采用单家寺稠油沥青(SJS)为代表沥青(S90代表A H-90),它是由环烷基稠油直馏工艺生产的,是我国目前开发的几种重交通道路沥青的代表性产品,其主要技术指标见表2。

从表中可以看出,单家寺稠油沥青的各项指标较普通沥青有很大提高,能达到“重交通道路沥青技术要求”。

表2　沥青主要技术指标沥青品种针入度(0.1mm)软化点(℃)延度(c m)25℃15℃5℃含蜡量(蒸馏法%) S90(A H-90)8.446.3>150>15073.67 注:西安试验路SJS90由拌和前针入度89.5下降到55.3,为原样的61.8%。

2)面层矿料矿料质量根据就地取材的原则,试验路的矿料均采用当地材料,表层粗集料特别选用了磨光值高的耐磨硬质材料。

中下层粗骨料大,粗骨料大都采用石灰岩碎石。

各项基本性质能够满足规范要求的指标。

・9・第23卷第3期 孙兆辉　王铁斌等:抗车辙性能强的合理沥青路面结构初探上面层中粒式沥青混凝土及下面层粗粒式沥青混凝土的矿料级配组成见表3。

西安试验路采用L H -20中粒式沥青混凝土作表面层。

如采用I 型,明显偏细,粗骨料比例不足,如采用 型空隙率又比较大,因此,在L H -20I 型基础上作了适当调整,增加了粗骨料的比例,应用了介于 型与 型之间的级配,其下面层采用原规范的L H -35。

表3　L H -20( 型)沥青混凝土级配组成设计级配名称筛孔尺寸(mm )35302520151052.51.20.60.30.150.074最佳油石比%L H -20调整级配通过各筛孔的重量百分率　%-908076.149.334.431.123.715.211.45.9配范围规范级-95～100-70～8050～6535～5025～4018～3013～218～154～95.15 3)基层和底基层材料西安试验路附近有丰富的粉煤灰、砂砾资源,故采用优选的水泥砂砾和二灰(石灰、粉煤灰)砂砾两种强度高、收缩性小的半刚性材料做基层,选用石灰粉煤灰(简称二灰)稳定当地的细粒土做底基层材料。

为了比较,在少数路段采用石灰土做底基层,四种半刚性材料的组成设计及材料性质见表4,砂砾和碎石的颗粒组成均符合基层施工规范的级配要求。

(3)有关的实测资料路面结构体系在行车荷载作用下路表及各结构层表面的弯沉、回弹弯沉和永久变形实测值详见表5和表6,其中轮隙位移采用弯沉仪实测,轮下位移采用位移计实测。

路面温度资料待查。

表4　半刚性材料的组成及性质材料及组成(重量比)最大干密度(g c m 3)最佳含水量(%)抗压强度(M pa )6个月龄期抗压回弹模量(M pa )抗弯拉回弹模量(M pa )温缩系数ΑT (10-6)(0～20)℃干缩系数ΑW (10-6)6∶94水泥砂砾2.314.88.741943257874.0685∶15∶80二灰砂砾2.0284.881681137965.06910∶40∶50二灰土1.3526.42.6312915330--10∶90石灰土1.82131.82362---表5西安试验路1989年6月竣工、1990年6月实测路段编号12345678910111213加载时路表弯沉L s (mm )0.060.090.140.070.050.060.040.090.100.080.070.080.07卸载后回弹弯沉L R (mm )0.050.0860.120.060.040.050.030.0860.100.080.070.0770.07路表永久变形实测值(mm )1.1731.3852.2872.0241.5961.5921.3521.8282.0121.6021.4061.1971.387V ESRM 模型计算值(mm )1.1481.3712.3102.0061.5821.5921.3441.8531.9791.5841.3861.2191.386绝对误差(mm )0.0250.014-0.0230.0180.0140.0000.008-0.0250.0330.0180.02-0.0220.001相对误差(mm )2.131.01-1.010.890.880.000.59-1.371.641.121.42-1.840.07ΑSYS 0.760.770.770.730.730.740.730.750.750.750.750.770.75ΒSYS0.270.240.260.290.320.300.340.260.250.250.250.240.25　注:(1)加载时路表弯沉指用双轮组单后轴100kN 的黄河车实测的轮下位移,但由于缺乏实测资料,这里以轮隙弯沉代替。

(2)卸载后回弹弯沉指轮下回弹弯沉,这里同样以轮隙回弹弯沉代替。

・01・东　北　公　路2000年表6　西安试验路不同时间(年数)里车辙深度预估值(mm )年数3579101215荷载累计作用轴次(次)647576117024117798782490958288971037854665416173路段编号11.223(1.297)1.409(1.480)1.558(1.625)1.6891.751(1.809)1.868(1.920)2.036(2.072)21.456(1.295)1.668(1.477)1.837(1.622)1.9852.054(1.806)2.185(1.917)2.373(2.070)32.453(1.300)2.811(1.481)3.096(1.626)3.3453.461(1.809)3.683(1.922)3.999(2.075)42.153(1301)2.526(1.482)2.829(1.627)3.0983.224(1.811)3.468(1.922)3.821(2.076)51.697(1.699)1.991(1.947)2.230(2.140)2.4422.542(2.384)2.734(2.538)3.011(2.747)61.704(1.704)1.988(1.951)2.217(2.145)2.4192.514(2.388)2.697(2.543)2.960(2.752)71.442(1.700)1.692(1.947)1.895(2.141)2.0752.160(2.384)2.324(2.538)2.560(2.749)81.9782.2932.5472.7702.8753.0753.36492.113(2.205)2.450(2.501)2.721(2.735)2.9593.071(3.030)3.286(3.205)3.594(3.448)101.6901.9602.1772.3672.4572.6282.875111.4791.7151.9042.0722.1502.3002.515121.2941.4831.6331.7641.8261.9422.109131.4791.7151.9042.0722.1502.3002.5153　不同路面结构的车辙反应选用V ESRM 模型依据1990年6月份实测的各结构表面永久变形值标定参数ΑSYS 、ΒSYS 值如表5,从而对西安试验路13种路面结构在使用不同时期产生的车辙深度进行预测,其预测结果列于表6中,并绘于图2中。