沪宁高速公路沥青路面结构抗车辙性能环道试验研究

1、沪宁高速公路沥青路面结构抗车辙性能环道试验研究作者：华 斌 佘兆宇 周进川 周 刚摘要：结合沪宁高速公路扩建工程，对其拟采用的3种沥青路面的结构在50-60高温下进行了环道车辙试验并测试了沥青路面各结构层的永久变形，分析了水泥稳定碎石半刚性基层、级配碎石柔性基层和各沥青结构层变形对路面车辙的影响。环道试验测定结果表明，对于沥青层厚度超过20 cm的沥青路面结构，其柔性基层或半刚性基层对车辙的影响没有明显差异，永久变形主要发生在20 cm深度范围以内。引言     车辙是直接影响路面平整度、路面使用性能、行车安全与舒适的重要因素，沥青路面车辙已成为高速公路沥青路面的

2、一种主要病害，是导致沥青路面破坏的重要原因。因此沥青路面的抗车辙性能一直是道路工程界密切关注的问题。     在我国，沥青路面的设计思想为“强基、薄面、稳土基”，半刚性基层沥青路面由于其具强度和刚度大，施工方便等优点，得到了非常广泛的应用，在我国高速公路建设和发展中起到了非常重要的作用。但半刚性基层沥青路面在使用过程中，也暴露出一些问题，如反射裂缝较严重、裂缝引起基层积水、唧泥、翻浆等问题。针对半刚性基层沥青路面出现的问题，目前国内不少学者开始尝试在高速公路上应用柔性基层、半刚半柔性基层沥青路面、全厚式沥青路面等路面结构形式。过去我国针对沥青层较薄(一般小于18

3、cm)的半刚性基层沥青路面抗车辙性能进行过比较系统的研究，但对于采用柔性基层和半刚半柔性基层，且沥青层较厚(超过20 cm)的沥青路面，我国研究得还较少或不够深入。     对沪宁高速公路拟采用的3种沥青路面结构进行了室内大型环道试验研究，测试了环道试验沥青路面各结构层永久变形，本文通过试验分析了水稳碎石基层、级配碎石基层和各沥青结构层对路面车辙的影响。 1 沥青路面结构基本概况     11结构形式和材料组成     试验路铺于"HS-105"环道试槽内，槽宽35 m，深2 m，圆形

4、环道试槽中心线周长33 m，分为A、B、C3个段落，每段长11 m。环道从下往上第一层为60 cm素土层，第二层为按不同的段落分别铺筑84 cm(A段)、85 cm(B段)、80 cm(c段)灰土层，然后在灰土层上铺筑3种不同的沥青路面结构，如图1所示。各层路面材料抽样的平均级配通过率如表1所示。     12路面结构层基本参数     灰土层施工完毕后用承载板测得平均回弹模量为2008 MPa；级配碎石基层平均回弹模量为3335 MPa；水泥稳定碎石基层平均回弹模量分别为15243 MPa(A段)和20965 MPa(B段)；各沥青

5、结构层的回弹模量通过现场钻芯取样采用顶面法测定。 2环道试验     本次环道试验采用重庆交通科研设计院“HS-105"环道加载装置，模拟双轮组单轴荷载110 kN，轮胎气压07 MPa，运行速度35+5 kmh的动载工况，同时采用室内环道试验室的温控系统。将环道试验路面表面温度控制在50-60范围之内。本次环道试验路面车辙(永久变形)的测试采用两种方法。     21位移计测量法     测量路面各结构层永久变形的变化，理想的方法应是测量某一垂线上各结构层顶、底面位移。但由于目前还没有很好的方

6、法同时测量某一垂线上的多点位移，因而在每一结构层顶、底面的不同断面埋设了多个位移计测量其位移，通过多个测量点的平均位移来反映试验路面各结构层的永久变形。     22断面仪测量法     本次环道试验采用重庆交通科研设计院自行研制开发的断面仪测量沥青路表的变形。可以直观地反映所测断面的表面形状，经处理后可计算路面的“相对”车辙深度和“绝对”车辙深度。所谓“绝对”车辙深度，指的是沥青路面表面相对于路槽外固定点向下的永久变形，即路面减薄量；“相对”车辙深度则指的是轮迹带下凹的最低点到两侧和轮隙中间凸起的最高点连线的距离，测量方法的示意图如

7、图2所示。     在实际路面上，汽车车轮的轮迹具有一定的横向分布宽度，大致成正态分布，在轮迹分布区域的中部承受的荷载作用次数最多，通常也是车辙最深之处。在环道试验中，虽然采用的也是2个双轮组加载，但由于试验中车轮是定轮迹运行，2个双轮组的臂长相等，因此2个双轮组的轮迹基本上是重合的，这样路面在2个车轮作用下出现下凹，车轮两侧和轮隙中间则向上凸，形成与实际公路相似的“w”型车辙，虽然两者的车辙深度意义有差异，但车辙的形成过程和形成机理是一致的。 3试验结果分析     31各结构层变形分析   

8、  加载50万次后轮迹带中部路面各结构层的平均变形如表2和图3所示，从图、表中可以看出：(1)A、C方案的上面层变形比较小，都是16 mm；(2)3种方案中，B方案中面层的变形最大为90 mm；(3)C方案的下面层变形最大为77 mm；(4)3种方案的水稳碎石或级配碎石基层的变形都很小，用位移计已经难以测得准确的值；(5)3种方案中，A、c方案的土基变形都是02 mmB方案的土基变形较其他方案稍大，为03 mm，但总体上来说，3种方案的土基变形都很小，对沥青路面车辙的影响不大。     32各结构层永久变形对比分析   &#

9、160; 图4和图5中各结构层的括号内分别是30万次和50万次加载后，3个路面结构方案各结构层的变形量、变形比(总变形中所占的比例)、单位厚度变形，从图中A、B方案可以看出：     (1)加载30万次后，3种路面结构中，SMA-13上面层的变形都很小，单位厚度变形在0017-0019之间，变形量一般在1 mm左右，占总变形的5968；加载50万次后，SMA-13上面层的变形量为16 mm左右，占总变形的108-1 15，单位厚度变形增加到0031-0038之间。可见三种路面结构中，SMA-13上面层的变形都不大，在加载后期，随着车辙深度的增加，SMA-

10、13上面层的变形在总变形中的比例有增大的趋势。     (2)30万次加载后，A方案4-16 cm、B方案516 cm范围内的沥青结构层变形比为652和669，单位厚度变形分别为0064和0067；而20 cm以下沥青层的单位厚度变形分别为0018和0019SMA 13上面层的单位厚度变形分别为0017和0019；     50万次加载后，A方案4-16 cm、B方案5-16 cm范围内的沥青结构层变形比为653和606，单位厚度变形分别为0071和0067：而20 cm以下沥青层的单位厚度变形分别为0016和0022SMA-13上面

11、层的单位厚度变形分别为003 1和0030；     因而可以认为对于沥青层较厚的路面结构，路面的永久变形主要产生在4-20em范围内的沥青结构层，设计和施工中应重视这一范围内沥青层的抗车辙性能。     33表面相对车辙测试分析     由于环道试验沥青路面的施工是采用人工摊铺，分段碾压，因而在施工中难免会出现厚度不均匀，压实度不一致的情况，为了更好地评估沥青路面的车辙发展状况，课题组按大约50 cm的间距随机选取了52个断面，用断面仪测量了加载约50万次后，不同断面的车辙，表3和图6是根据测量数据统计

12、的各方案相对车辙深度从图表中可以看出：(1)B方案的相对车辙深度最小，为1549 mm；(2)A、C方案的相对车辙深度比较接近，分别为2169 mm和2009 mm。B方案相对车辙深度比A、C方案小的主要原因可能是B方案在021 cm范围内采用了3层改性沥青，而A、C方案只在0-12 cm范围内采用了2层改性沥青。     4结论及建议     通过上述分析，可以得到如下结论和建议：        (1)对于沥青层较厚的沥青路面结构，其永久变形主要发生在20 cm深度范围以内，因而在沥青路面设计和施工中一定要重视这一深度范围内沥青层的抗车辙性能；     (2)对于文中所述的3种沥青路面结构，无论是柔性基层还是半刚性基层，土基变形对车辙都几乎没有影响；