滬寧高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)抗車轍性能環(huán)道試驗(yàn)研究

1、滬寧高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)抗車轍性能環(huán)道試驗(yàn)研究作者：華 斌 佘兆宇 周進(jìn)川 周 剛摘要：結(jié)合滬寧高速公路擴(kuò)建工程，對(duì)其擬采用的3種瀝青路面的結(jié)構(gòu)在50-60高溫下進(jìn)行了環(huán)道車轍試驗(yàn)并測(cè)試了瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的永久變形，分析了水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層、級(jí)配碎石柔性基層和各瀝青結(jié)構(gòu)層變形對(duì)路面車轍的影響。環(huán)道試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明，對(duì)于瀝青層厚度超過(guò)20 cm的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其柔性基層或半剛性基層對(duì)車轍的影響沒(méi)有明顯差異，永久變形主要發(fā)生在20 cm深度范圍以內(nèi)。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(dǎo)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(guān)注的問(wèn)題。     在我國(guó)，瀝青路面的設(shè)計(jì)思想為“強(qiáng)基、薄面、穩(wěn)土基”，半剛性基層瀝青路面由于其具強(qiáng)度和剛度大，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，得到了非常廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)高速公路建設(shè)和發(fā)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(guò)程中，也暴露出一些問(wèn)題，如反射裂縫較嚴(yán)重、裂縫引起基層積水、唧泥、翻漿等問(wèn)題。針對(duì)半剛性基層瀝青路面出現(xiàn)的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)不少學(xué)者開(kāi)始嘗試在高速公路上應(yīng)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(jié)構(gòu)形式。過(guò)去我國(guó)針對(duì)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(jìn)行過(guò)比較系統(tǒng)的研究，但對(duì)于采用柔性基層和半剛半柔性基層，且瀝青層較厚(超過(guò)20 cm)的瀝青路面，我國(guó)研究得還較少或不夠深入。     對(duì)滬寧高速公路擬采用的3種瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了室內(nèi)大型環(huán)道試驗(yàn)研究，測(cè)試了環(huán)道試驗(yàn)瀝青路面各結(jié)構(gòu)層永久變形，本文通過(guò)試驗(yàn)分析了水穩(wěn)碎石基層、級(jí)配碎石基層和各瀝青結(jié)構(gòu)層對(duì)路面車轍的影響。 1 瀝青路面結(jié)構(gòu)基本概況     11結(jié)構(gòu)形式和材料組成     試驗(yàn)路鋪于"HS-105"環(huán)道試槽內(nèi)，槽寬35 m，深2 m，圓形

4、環(huán)道試槽中心線周長(zhǎng)33 m，分為A、B、C3個(gè)段落，每段長(zhǎng)11 m。環(huán)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(jié)構(gòu)，如圖1所示。各層路面材料抽樣的平均級(jí)配通過(guò)率如表1所示。     12路面結(jié)構(gòu)層基本參數(shù)     灰土層施工完畢后用承載板測(cè)得平均回彈模量為2008 MPa；級(jí)配碎石基層平均回彈模量為3335 MPa；水泥穩(wěn)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(jié)構(gòu)層的回彈模量通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣采用頂面法測(cè)定。 2環(huán)道試驗(yàn)     本次環(huán)道試驗(yàn)采用重慶交通科研設(shè)計(jì)院“HS-105"環(huán)道加載裝置，模擬雙輪組單軸荷載110 kN，輪胎氣壓07 MPa，運(yùn)行速度35+5 kmh的動(dòng)載工況，同時(shí)采用室內(nèi)環(huán)道試驗(yàn)室的溫控系統(tǒng)。將環(huán)道試驗(yàn)路面表面溫度控制在50-60范圍之內(nèi)。本次環(huán)道試驗(yàn)路面車轍(永久變形)的測(cè)試采用兩種方法。     21位移計(jì)測(cè)量法     測(cè)量路面各結(jié)構(gòu)層永久變形的變化，理想的方法應(yīng)是測(cè)量某一垂線上各結(jié)構(gòu)層頂、底面位移。但由于目前還沒(méi)有很好的方

6、法同時(shí)測(cè)量某一垂線上的多點(diǎn)位移，因而在每一結(jié)構(gòu)層頂、底面的不同斷面埋設(shè)了多個(gè)位移計(jì)測(cè)量其位移，通過(guò)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的平均位移來(lái)反映試驗(yàn)路面各結(jié)構(gòu)層的永久變形。     22斷面儀測(cè)量法     本次環(huán)道試驗(yàn)采用重慶交通科研設(shè)計(jì)院自行研制開(kāi)發(fā)的斷面儀測(cè)量瀝青路表的變形?？梢灾庇^地反映所測(cè)斷面的表面形狀，經(jīng)處理后可計(jì)算路面的“相對(duì)”車轍深度和“絕對(duì)”車轍深度。所謂“絕對(duì)”車轍深度，指的是瀝青路面表面相對(duì)于路槽外固定點(diǎn)向下的永久變形，即路面減薄量；“相對(duì)”車轍深度則指的是輪跡帶下凹的最低點(diǎn)到兩側(cè)和輪隙中間凸起的最高點(diǎn)連線的距離，測(cè)量方法的示意圖如

7、圖2所示。     在實(shí)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(tài)分布，在輪跡分布區(qū)域的中部承受的荷載作用次數(shù)最多，通常也是車轍最深之處。在環(huán)道試驗(yàn)中，雖然采用的也是2個(gè)雙輪組加載，但由于試驗(yàn)中車輪是定輪跡運(yùn)行，2個(gè)雙輪組的臂長(zhǎng)相等，因此2個(gè)雙輪組的輪跡基本上是重合的，這樣路面在2個(gè)車輪作用下出現(xiàn)下凹，車輪兩側(cè)和輪隙中間則向上凸，形成與實(shí)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(guò)程和形成機(jī)理是一致的。 3試驗(yàn)結(jié)果分析     31各結(jié)構(gòu)層變形分析   

8、  加載50萬(wàn)次后輪跡帶中部路面各結(jié)構(gòu)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(wěn)碎石或級(jí)配碎石基層的變形都很小，用位移計(jì)已經(jīng)難以測(cè)得準(zhǔn)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(lái)說(shuō)，3種方案的土基變形都很小，對(duì)瀝青路面車轍的影響不大。     32各結(jié)構(gòu)層永久變形對(duì)比分析   &#

9、160; 圖4和圖5中各結(jié)構(gòu)層的括號(hào)內(nèi)分別是30萬(wàn)次和50萬(wàn)次加載后，3個(gè)路面結(jié)構(gòu)方案各結(jié)構(gòu)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(wàn)次后，3種路面結(jié)構(gòu)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(wàn)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?？梢?jiàn)三種路面結(jié)構(gòu)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(shì)。     (2)30萬(wàn)次加載后，A方案4-16 cm、B方案516 cm范圍內(nèi)的瀝青結(jié)構(gòu)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(wàn)次加載后，A方案4-16 cm、B方案5-16 cm范圍內(nèi)的瀝青結(jié)構(gòu)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(rèn)為對(duì)于瀝青層較厚的路面結(jié)構(gòu)，路面的永久變形主要產(chǎn)生在4-20em范圍內(nèi)的瀝青結(jié)構(gòu)層，設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)重視這一范圍內(nèi)瀝青層的抗車轍性能。     33表面相對(duì)車轍測(cè)試分析     由于環(huán)道試驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)厚度不均勻，壓實(shí)度不一致的情況，為了更好地評(píng)估瀝青路面的車轍發(fā)展?fàn)顩r，課題組按大約50 cm的間距隨機(jī)選取了52個(gè)斷面，用斷面儀測(cè)量了加載約50萬(wàn)次后，不同斷面的車轍，表3和圖6是根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

12、的各方案相對(duì)車轍深度從圖表中可以看出：(1)B方案的相對(duì)車轍深度最小，為1549 mm；(2)A、C方案的相對(duì)車轍深度比較接近，分別為2169 mm和2009 mm。B方案相對(duì)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(nèi)采用了3層改性瀝青，而A、C方案只在0-12 cm范圍內(nèi)采用了2層改性瀝青。     4結(jié)論及建議     通過(guò)上述分析，可以得到如下結(jié)論和建議：        (1)對(duì)于瀝青層較厚的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其永久變形主要發(fā)生在20 cm深度范圍以內(nèi)，因而在瀝青路面設(shè)計(jì)和施工中一定要重視這一深度范圍內(nèi)瀝青層的抗車轍性能；     (2)對(duì)于文中所述的3種瀝青路面結(jié)構(gòu)，無(wú)論是柔性基層還是半剛性基層，土基變形對(duì)車轍都幾乎沒(méi)有影響；