1、滬寧高速公路瀝青路面結構抗車轍性能環道試驗研究作者：華 斌 佘兆宇 周進川 周 剛摘要：結合滬寧高速公路擴建工程，對其擬采用的3種瀝青路面的結構在50-60高溫下進行了環道車轍試驗并測試了瀝青路面各結構層的永久變形，分析了水泥穩定碎石半剛性基層、級配碎石柔性基層和各瀝青結構層變形對路面車轍的影響。環道試驗測定結果表明，對于瀝青層厚度超過20 cm的瀝青路面結構，其柔性基層或半剛性基層對車轍的影響沒有明顯差異，永久變形主要發生在20 cm深度范圍以內。引言     車轍是直接影響路面平整度、路面使用性能、行車安全與舒適的重要因素，瀝青路面車轍已成為高速公路瀝青路面的

2、一種主要病害，是導致瀝青路面破壞的重要原因。因此瀝青路面的抗車轍性能一直是道路工程界密切關注的問題。     在我國，瀝青路面的設計思想為“強基、薄面、穩土基”，半剛性基層瀝青路面由于其具強度和剛度大，施工方便等優點，得到了非常廣泛的應用，在我國高速公路建設和發展中起到了非常重要的作用。但半剛性基層瀝青路面在使用過程中，也暴露出一些問題，如反射裂縫較嚴重、裂縫引起基層積水、唧泥、翻漿等問題。針對半剛性基層瀝青路面出現的問題，目前國內不少學者開始嘗試在高速公路上應用柔性基層、半剛半柔性基層瀝青路面、全厚式瀝青路面等路面結構形式。過去我國針對瀝青層較薄(一般小于18

3、cm)的半剛性基層瀝青路面抗車轍性能進行過比較系統的研究，但對于采用柔性基層和半剛半柔性基層，且瀝青層較厚(超過20 cm)的瀝青路面，我國研究得還較少或不夠深入。     對滬寧高速公路擬采用的3種瀝青路面結構進行了室內大型環道試驗研究，測試了環道試驗瀝青路面各結構層永久變形，本文通過試驗分析了水穩碎石基層、級配碎石基層和各瀝青結構層對路面車轍的影響。 1 瀝青路面結構基本概況     11結構形式和材料組成     試驗路鋪于"HS-105"環道試槽內，槽寬35 m，深2 m，圓形

4、環道試槽中心線周長33 m，分為A、B、C3個段落，每段長11 m。環道從下往上第一層為60 cm素土層，第二層為按不同的段落分別鋪筑84 cm(A段)、85 cm(B段)、80 cm(c段)灰土層，然后在灰土層上鋪筑3種不同的瀝青路面結構，如圖1所示。各層路面材料抽樣的平均級配通過率如表1所示。     12路面結構層基本參數     灰土層施工完畢后用承載板測得平均回彈模量為2008 MPa；級配碎石基層平均回彈模量為3335 MPa；水泥穩定碎石基層平均回彈模量分別為15243 MPa(A段)和20965 MPa(B段)；各瀝青

5、結構層的回彈模量通過現場鉆芯取樣采用頂面法測定。 2環道試驗     本次環道試驗采用重慶交通科研設計院“HS-105"環道加載裝置，模擬雙輪組單軸荷載110 kN，輪胎氣壓07 MPa，運行速度35+5 kmh的動載工況，同時采用室內環道試驗室的溫控系統。將環道試驗路面表面溫度控制在50-60范圍之內。本次環道試驗路面車轍(永久變形)的測試采用兩種方法。     21位移計測量法     測量路面各結構層永久變形的變化，理想的方法應是測量某一垂線上各結構層頂、底面位移。但由于目前還沒有很好的方

6、法同時測量某一垂線上的多點位移，因而在每一結構層頂、底面的不同斷面埋設了多個位移計測量其位移，通過多個測量點的平均位移來反映試驗路面各結構層的永久變形。     22斷面儀測量法     本次環道試驗采用重慶交通科研設計院自行研制開發的斷面儀測量瀝青路表的變形?？梢灾庇^地反映所測斷面的表面形狀，經處理后可計算路面的“相對”車轍深度和“絕對”車轍深度。所謂“絕對”車轍深度，指的是瀝青路面表面相對于路槽外固定點向下的永久變形，即路面減薄量；“相對”車轍深度則指的是輪跡帶下凹的最低點到兩側和輪隙中間凸起的最高點連線的距離，測量方法的示意圖如

7、圖2所示。     在實際路面上，汽車車輪的輪跡具有一定的橫向分布寬度，大致成正態分布，在輪跡分布區域的中部承受的荷載作用次數最多，通常也是車轍最深之處。在環道試驗中，雖然采用的也是2個雙輪組加載，但由于試驗中車輪是定輪跡運行，2個雙輪組的臂長相等，因此2個雙輪組的輪跡基本上是重合的，這樣路面在2個車輪作用下出現下凹，車輪兩側和輪隙中間則向上凸，形成與實際公路相似的“w”型車轍，雖然兩者的車轍深度意義有差異，但車轍的形成過程和形成機理是一致的。 3試驗結果分析     31各結構層變形分析   

8、  加載50萬次后輪跡帶中部路面各結構層的平均變形如表2和圖3所示，從圖、表中可以看出：(1)A、C方案的上面層變形比較小，都是16 mm；(2)3種方案中，B方案中面層的變形最大為90 mm；(3)C方案的下面層變形最大為77 mm；(4)3種方案的水穩碎石或級配碎石基層的變形都很小，用位移計已經難以測得準確的值；(5)3種方案中，A、c方案的土基變形都是02 mmB方案的土基變形較其他方案稍大，為03 mm，但總體上來說，3種方案的土基變形都很小，對瀝青路面車轍的影響不大。     32各結構層永久變形對比分析   &#

9、160; 圖4和圖5中各結構層的括號內分別是30萬次和50萬次加載后，3個路面結構方案各結構層的變形量、變形比(總變形中所占的比例)、單位厚度變形，從圖中A、B方案可以看出：     (1)加載30萬次后，3種路面結構中，SMA-13上面層的變形都很小，單位厚度變形在0017-0019之間，變形量一般在1 mm左右，占總變形的5968；加載50萬次后，SMA-13上面層的變形量為16 mm左右，占總變形的108-1 15，單位厚度變形增加到0031-0038之間。可見三種路面結構中，SMA-13上面層的變形都不大，在加載后期，隨著車轍深度的增加，SMA-

10、13上面層的變形在總變形中的比例有增大的趨勢。     (2)30萬次加載后，A方案4-16 cm、B方案516 cm范圍內的瀝青結構層變形比為652和669，單位厚度變形分別為0064和0067；而20 cm以下瀝青層的單位厚度變形分別為0018和0019SMA 13上面層的單位厚度變形分別為0017和0019；     50萬次加載后，A方案4-16 cm、B方案5-16 cm范圍內的瀝青結構層變形比為653和606，單位厚度變形分別為0071和0067：而20 cm以下瀝青層的單位厚度變形分別為0016和0022SMA-13上面

11、層的單位厚度變形分別為003 1和0030；     因而可以認為對于瀝青層較厚的路面結構，路面的永久變形主要產生在4-20em范圍內的瀝青結構層，設計和施工中應重視這一范圍內瀝青層的抗車轍性能。     33表面相對車轍測試分析     由于環道試驗瀝青路面的施工是采用人工攤鋪，分段碾壓，因而在施工中難免會出現厚度不均勻，壓實度不一致的情況，為了更好地評估瀝青路面的車轍發展狀況，課題組按大約50 cm的間距隨機選取了52個斷面，用斷面儀測量了加載約50萬次后，不同斷面的車轍，表3和圖6是根據測量數據統計

12、的各方案相對車轍深度從圖表中可以看出：(1)B方案的相對車轍深度最小，為1549 mm；(2)A、C方案的相對車轍深度比較接近，分別為2169 mm和2009 mm。B方案相對車轍深度比A、C方案小的主要原因可能是B方案在021 cm范圍內采用了3層改性瀝青，而A、C方案只在0-12 cm范圍內采用了2層改性瀝青。     4結論及建議     通過上述分析，可以得到如下結論和建議：        (1)對于瀝青層較厚的瀝青路面結構，其永久變形主要發生在20 cm深度范圍以內，因而在瀝青路面設計和施工中一定要重視這一深度范圍內瀝青層的抗車轍性能；     (2)對于文中所述的3種瀝青路面結構，無論是柔性基層還是半剛性基層，土基變形對車轍都幾乎沒有影響；