三种不同沥青路面结构的抗车辙性能研究

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

摘要：本文以甬台温高速拟采用的三种沥青路面结构足尺环形试验路施加车轮荷载，通过位移计和断面仪，实测环道试验路面表面、路面各结构层土基变形随荷载作用次数的变化，分析了不同基层类型和较厚沥青层对车辙的影响，同时研究了三种沥青路面结构的抗车辙能力。

1.前言

随着交通量和重载交通的增加，我国沥青路面的车辙问题日益严重。当车辙深度超过一定限度时，将会影响行车安全和汽车行使的舒适性。因此，沥青路面的抗车辙能力长期以来一直受到各国公路工程技术人员的重视。

用于评价沥青路面抗永久变形能力的试验方法很多，包括车辙试验、环道试验、直道试验以及现场实际路面结构的加速加载试验等。室内环道试验作为一种能较真实模拟路面实际受力状态，控制路面的温度和湿度，使路面在较短的时间内达到较大的轮载作用次数的大型足尺试验，其试验结果被认为能够较好反映将来现场路面的实际使用情况。

试验准备

2.1环道试验路的布置

试验路铺于“HS―10.5”环道试槽内，圆形环道试槽中心线周长33m，槽宽3.5m，深2m。三种试验路结构方案如下：

方案A：4cmSMA+8cmSUP20+8cmSUP25+20cmLSM+20cm水泥稳定碎石

方案B：5cmSMA+16cmSUP20+16cmSUP25+22cm级配碎石

方案C：4cmSMA+8cmSUP19+15cmSUP5+1cm封层+36cm水泥稳定碎石

将环道路面分为3个路段，每种结构的试验路占整个环道的三分之一，分段后每一试验路段长11m宽3.5m。

2.2试验荷载、温度条件

本次环道试验采用重庆交通科研设计院“HS―10.5”环道加载装置，模拟双轮组单轴荷载110KN，轮胎气压0.7MPa，运行速度35±5公里/小时的动载工况，环道加载采用固定轮迹，不作横向移动，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。

3试验路面车辙（永久变形）的测试方法

本次试验路面车辙（永久变形）的测试采用两种方法：

3.1位移计测量法

在沥青路面各结构层施工结束后，在各结构层顶面埋设位移计，测量各结构层顶面的位移，从而确定试验路面各结构层的永久变形。

3.2断面仪测量法

本次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面表面的变形，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图3.1所示。

图3.1路面车辙深度测量示意图

4 试验测试结果及分析

4.1表面车辙（永久变形）测试分析

由于环道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，为了更好的评估沥青路面的车辙发展状况，本次试验按大约50cm的间距随机选取了54个断面，用断面仪测量了加载约30万次后（298818次）不同断面的车辙，表4.1是根据测量数据统计的各方案相对车辙深度。从表中可以看出B方案的相对车辙深度最小，为15.36mm，A、C方案的相对车辙深度比较接近，分别为20.43mm和19.07mm。

表4.1相对车辙深度统计表

本次试验针对不同的方案，采用断面仪分别测量了三个断面的表面变形，其绝对车辙（路面减薄量）计算结果见图4.1所示。从图中可以看出：路面车辙的形成是由轮迹带的下凹和轮迹带两侧及轮隙中间的上凸引起的；由于环道加载装置的特殊性，内侧轮迹带的绝对车辙比外侧大很小一部分；B方案的平均绝对车辙深度较小，A、C方案的平均绝对车辙深度比较接近，并且都比B方案的绝对车辙深度大。由此可见，面层越厚，道路的抗车辙性能越好，但厚度不是唯一的决定性因素。

图4.1 绝对车辙（路面减薄量）图示

4.2各结构层永久变形测试及分析

4.2.1A方案沥青路面结构各结构层变形分析

图4.2 A方案各结构层顶面平均位移图示

A方案各结构层顶面的平均位移如图4.2所示。从图中可以看出，路面各结构层随加载次数的增加产生向下的位移，SMA13、Superpave20、Superpave25、LSM25结构层顶面的位移在加载初期增加较快，此后其变化速率随加载次数的增加逐渐减小。说明了随着时间的推移，压密已经完成，因而越往后位移的变化越小。

图4.3 A方案加载约30万次后各结构层变形在总变形中所占的比例

图4.3是A方案各结构层变形在总变形中所占的比例，从图、表中可以看出，土基层的变形在总变形中只占1％；水泥稳定碎石基层的变形很小，可以认为其变形为0；LSM25和SUP25结构层的变形分别占27％和20％；Superpave20结构层的变形在总变形中占45％，可见路面永久变形的主要组成部分是中面层的Superpave20；SMA13结构层的变形在总变形中只占7％，可见A方案中上面层的永久变形很小；SUP20中面层的单位厚度变形最大；其次是下面层SUP25；上面层SMA13和LSM25沥青碎石基层的单位厚度变形都较小。由此可见提高，沥青路面抗车辙能力的一个关键要素，是提高中下面层的抗永久变形能力。

4.2.2B方案沥青路面各结构层变形分析

图4.4 B方案各结构层顶面平均位移图示

从图4.4中可以看出，路面各结构层随加载次数的增加同样产生向下的位移，Superpave20、Superpave25结构层顶面的位移在加载初期增加较快，此后其变化速率随加载次数的增加逐渐减小。与A方案相似，B方案级配碎石基层和土基顶面的平均位移也都很小。形成这一现象的原因为，越到下部抵抗塑性变形的能力越强，同时也因为下部的剪应力小的缘故。

图4.5 B方案加载约30万次后各结构层变形在总变形中所占的比例

从图4.5中可以看出：土基和级配碎石基层的变形都很小，不超过1.7％；SUP25下面层的变形占总变形的24.4％；SUP20中面层的变形占总变形的66.9％，中面层的单位厚度变形最大；SAM13面层和SUP25下面层的单位厚度变形较小。由此可见B方案中路面车辙（永久变形）主要是由于中面层的变形引起的，因此提高中面层的抗车辙能力显得极为重要。

4.2.3C方案沥青路面各结构层变形分析

图4.6 C方案各结构层顶面平均位移图示

图4.7 C方案加载约30万次后各结构层变形在总变形中所占的比例

C方案沥青路面各结构层的平均位移和变形见图4.6和4.7所示，从图中可以看出：C方案的平均位移和变形得变化趋势与A、B方案类似；C方案中路面永久变形中SUP25下面层引起的变形占主要部分，大约为58.1％，SUP20中面层得变形也较大，占总变形得34.4％；SUP25下面层的单位厚度变形最大，中面层其次，SMA13上面层最小。此外，土基和级配碎石基层的变形都非常小，都不到1%。

5结论及建议

通过上述分析，可以得出以下结论和建议：

1）三种路面结构中，SMA13上面层的变形都很小；

2）三种路面结构中可知，，沥青路面的永久变形主要是由中、下面层的变形引起的，因而在沥青路面设计和施工中一定要重视中、下面层的抗车辙性能；

3）三种路面结构中，水泥稳定碎石基层和级配碎石基层的变形都非常小，对路面车辙几乎没有影响；

4）采用级配碎石基层的B方案，其土基的变形为0.23mm，比A、C方案土基的变形稍大，但只占路面总变形的1.7％，因而在土基强度足够的条件下，土基变形对路面车辙的影响可以忽略.

参考文献

中华人民共和国行业标准. JTG F40-2004, 公路沥青路面施工技术规范[S].北京: 人民交通出版社, 2004

中华人民共和国行业标准. JTJ052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京: 人民交通出版社, 2000

沈金安，沥青及沥青混合料路用性能[M].北京，人民交通出版社.2001年.