第 5 期黄晓明等 : 沥青路面车辙形成规律环道试验研究 97 1 车辙形成规律环道试验道面材料组成设计国内外研究沥青路面永久变形的方法很多, 主要有以下几种 :1 车辙试验 ;2 环道试验 ;3 加速加载试验 (ALF 试验 );4 试验路直接观测. 由于 ALF 试验或试验路直接观测费用太高

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蚁洲钮
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1 第 30 卷第 5 期 2000 年 9 月东南大学学报 ( 自然科学版 ) JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY(NaturalScienceEdition) Vol 30 No 5 Sept.2000 沥青路面车辙形成规律环道试验研究黄晓明张晓冰邓学钧 ( 东南大学交通学院, 南京 ) 摘要沥青路面车辙是影响路面使用性能的重要因素之一. 本文通过室内环道试验, 探讨车辙影响因素及预故模型, 并提出了不同保证率下的沥青路面车辙预故模型. 关键词高等级公路 ; 沥青路面 ; 车辙分类号 U 车辙是指沿道路纵向在车辆集中通过的位置处路面产生的带状凹槽. 在一个行车道上它总是成双出现, 使路表呈现凹陷, 如 W 的形状. 车辙已成为高速公路沥青路面的一种主要病害, 是导致沥青路面破坏的重要原因.70 年代末美国各州公路局曾作过调查统计, 在被调查的 44 条主要公路中有 13 条公路的破坏是由车辙引起的, 占调查总数的 29 5%; 日本的高速公路路面维修罩面的原因,80% 以上是由于车辙引起的. 随着我国高等级公路建设的迅猛发展, 交通量车辆轴载的不断增大和车辆行驶的渠道化, 车辙将成为沥青路面的主要病害. 为此, 必须给予充分的关注. 目前我国对沥青路面的车辙评价, 既无规范方法亦无标准. 国外在评价车辙时, 其依据与标准各国不尽雷同. 有的从行车舒适性角度来评价, 有的从安全性角度评价, 还有的依据对道路环境的污染评价, 更多是从维修养护管理的角度评价. 从维修养护角度评价时, 各国的标准也不一样 [1]. 如美国 AASHO(1986) 按照车辙深度不同, 将车辙程度分成 3 个等级. 车辙深度为 6~13mm 者为轻级 (L);3~25mm 者为中级 (M); 大于 25mm 者为重级 (H). 日本阪神高速公路公团则将车辙程度分为 A,B,C,OK 四个等级,A 级最差, 车辙深度大于 20mm;B 级 10 ~20mm;C 级 3~10mm; 小于 3 为 OK 级. 世界各主要沥青路面设计方法中, 车辙容许深度各有不同规定 [2]. 美地沥青协会 (AI) 规定为 13mm; 壳牌 (Shel) 对高速公路规定为 10mm, 一般公路为 30mm. 日本的道路维持修缮要纲中则提出了决定路面维修的车辙目标值 : 对于汽车专用道路为 25mm; 对于大交通量的一般道路为 30~40mm; 对于轻交通量的一般道路为 40mm. 究竟以多大为宜, 最好是通过对处于临界状态的路面进行车辙测定, 或进行汽车行驶质量调查以及交通事故调查等, 然后通过统计分析得到不同等级道路的车辙容许深度. 本文通过室内环道试验对车辙的形成规律进行试验研究, 提出了沥青路面车辙的形成过程, 并对材料设计中注意的问题进行深入分析与评价. 收稿日期 : 第一作者 : 男,1963 年生, 教授, 博士生导师.

2 第 5 期黄晓明等 : 沥青路面车辙形成规律环道试验研究 97 1 车辙形成规律环道试验道面材料组成设计国内外研究沥青路面永久变形的方法很多, 主要有以下几种 :1 车辙试验 ;2 环道试验 ;3 加速加载试验 (ALF 试验 );4 试验路直接观测. 由于 ALF 试验或试验路直接观测费用太高, 而环道试验是一种经济有效的试验方法, 它能模拟路面的实际受力状态. 美国法国西德澳大利亚等国家都采用环道试验研究沥青路面的车辙, 并认为可以采用环道试验的成果预估沥青路面车辙. 本文利用东南大学环道试验台进行路面重复加载试验, 研究沥青路面车辙产生规律. 1) 环道结构布置环道试验的目的是研究沥青面层在高温条件下的车辙形成规律. 环道内共分 9 个试验块, 其结构布置见图 1. 试验主要检验不同的集料品种不同的沥青品种和不同的油石比对沥青路面车辙的影响. 图 1 环道试验路面结构断面 2) 分块材料状况路面底基层采用 30cm 的石灰土, 石灰剂量为 10%. 基层采用二灰碎石水泥结碎石及级配碎石三种. 二灰碎石 =20 80, 其中二灰比例为 1 2. 水泥结碎石中水泥剂量为 6%. 上述材料级配范围见表 1. 根据要求, 环道试验共分 9 个断面, 每个断面的具体数据见表 2. 表 1 不同材料的级配范围 ( 通过量 ) % 筛孔尺寸 /mm 二灰碎石 ~ 80~ 56~ 42~ ~ 38 11~ 26 4~ 10 水泥稳定碎石 ~ 60~ 45~ 15~ 27~ ~ 45 4~ 36 0~ 30 级配碎石 95~ 79~ 49~ 32~ 24~ ~ 36 14~ 18 2~ 10 上面层 95~ 60~ 43~ 32~ ~ 33 17~ 24 11~ 17 7~ 5~ ~ 中面层 ~ 24~ 19~ ~ 19 9~ 15 6~ 3~ ~ 下面层 ~ 10~ 5~ ~ 10 3~ 6 2~ 4 注 : 试验时采用圆孔筛.

3 98 东南大学学报 ( 自然科学版 ) 第 30 卷表 2 沥青面层回弹模量块号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 岩石名称安山岩安山岩砂岩砂岩安山岩砂岩安山岩安山岩沥青品种 Shel Shel Shel Eso Eso Eso Shel Shel 油石比 /% 动稳定度 (DS) 回弹模量 /MPa 环道路面施工 2.1 施工概况由于室内环道施工质量保证十分重要, 要达到规定的压实度, 大型施工机械无法发挥其功效. 只有采用打夯机及实验配置的 7t 小型振动压路机, 施工进度受到很大影响. 再加上施工 7 d 后要做室内承载板试验, 也给工期造成一定的影响. 但是施工质量由专人严格把关, 从材料级配配料最佳含水量最大干容重到室内试验观测等均由课题组成员自己动手. 2.2 路面结构基本参数测定 1) 土基回弹模量土基回弹模量采用直径 28cm 的刚性承载板测定, 通过计算得土基回弹模量值为 MPa, 变异系数 C v =15 8%. 2) 石灰土顶面的回弹模量由于在施工时无法测定石灰土设计龄期的回弹模量值, 所以石灰土顶面的回弹模量采用挖坑测定的方法. 实测得石灰土顶面综合回弹模量值为 749 0MPa. 利用双层体系理论及石灰土顶面 0 2MPa 一级的承载板弯沉值反算得石灰土的回弹模量值为 1.495GPa. 3) 二灰碎石顶面回弹模量测定方法同石灰土底基层, 实测得二灰碎石顶面综合回弹模量为 1.762GPa. 利用三层体系理论及石灰土, 土基回弹模量值反算得二灰碎石层的回弹模量值为 2.719GPa, 计算时采用 0 4 一级承载板的实测弯沉值. 4) 沥青面层顶面回弹模量考虑到沥青面层容易通过钻孔取样测定其回弹模量值, 故没有测定顶面的承载板值, 而是直接通过现场钻孔, 采用顶面法测定的回弹模量值 ( 测试温度为 23 ). 3 试验结果分析 1) 环道试验如前所述, 沥青路面车辙主要包括再压实部分和剪切流动部分. 图 2 中 1,3,5 号百分表反映剪切流动部分 ;2,4 号百分表反映再压实部分. 图 3 给出了车辙总量与标准轴图 2 百分表布置图

4 第 5 期黄晓明等 : 沥青路面车辙形成规律环道试验研究 99 载作用次数关系的试验曲线, 图 4 给出了剪切流动值与标准轴载作用次数之间关系的试验曲线. 从图中可以看出 : 图 3 车辙总量与标准轴载作用次数关系图 4 剪切流动值与标准轴载作用次数关系 1 沥青路面的车辙与当量轴载 (BZZ 100) 作用次数之间有良好的相关关系. 2 沥青路面的车辙在试验初期增长较快, 这表明在道路通车初期, 车辙增长较快主要是沥青混合料的再压实所形成. 3 沥青路面的车辙不仅与当量轴载作用次数有关, 而且与沥青品种及矿料品种有关. 由图 3 知, 车辙量相对较大的是 Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ 三个试验断面, 而这 3 种断面采用 Eso 沥青, 证明 Eso 沥青的抗车辙能力较差. 4 试验结果 ( 图 3) 表明, 沥青混合料抵抗车辙性能的研究, 不仅要考虑车辙总量还要求考虑抗剪切流动性能. 图 3 中 Ⅲ 号断面的车辙总量较 Ⅱ 号断面稍大, 但由图 4 可知,Ⅲ 号断面的剪切流动值较 Ⅱ 号断面的剪切流动值要小得多. 这表明砂岩与壳牌沥青不仅有较好的抗车辙能力, 而且有很好的抗剪切流动性能.

5 100 东南大学学报 ( 自然科学版 ) 第 30 卷 2) 车辙预估模型已有的研究结果表明 : 在影响沥青路面车辙深度的因素中, 沥青混合料的劲度和沥青面层厚度以及当量辆载作用次数是 3 个最主要的因素, 其中沥青混合料劲度要求由沥青混合料组成设计来控制. 在路面设计的车辙预估模型中取沥青面厚度与当量轴载作用次数两项为变量. 图 5 给出了不同轴载作用次数与沥青面层厚度与车辙之间的关系曲线. 对不同的轴载作图 5 沥青层厚度与车辙关系曲线用次数分别进行回归分析, 可得车辙量与厚度之间基本满足以下关系式 : RD =H (a+blogn) R = (1) 式中, 回归系数 a,b 可以通过理论计算的曲线进行回归分析, 也可以通过试验进行回归分析. 本文先利用试验结果进行回归分析, 然后利用计算结果进行分析验证. 利用试验结果进行回归分析的结果见表 3. 表 3 回归系数表回归系数断面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ ⅦⅧ a b 由图 3 可知,Ⅵ 号断面的发展规律较其它各断面有显著的区别, 故 Ⅵ 号断面的数据剔除, 将其它各条曲线的数据进行综合回归, 可得按不同的保证率的车辙预估模型. 50% 保证率 RD=H ( logN)/100mm (2) 95% 保证率 RD=H ( logN)/100mm (3) 以上两式的相关系数分别为 (50% 保证率 ) 和 (95% 保证率 ). 将 95% 保证率的回归公式与理论计算结果进行对比, 当沥青面层厚度为 15cm 时, 对荷载作用次数为时, 理论计算的车辙量为 13 0mm, 预故的车辙量为 12 17mm, 虽然

6 第 5 期黄晓明等 : 沥青路面车辙形成规律环道试验研究 101 预故结果稍小于理论计算结果, 但是两者结果比较接近, 说明预故结果有一定的可靠性. 4 结论及建议 1) 环道试验结果表明 : 沥青混合料配合比设计要同时注意材料的抗车辙能力及抗剪切流动特性. 2) 可用式 (2) 或式 (3) 作为车辙预结模型, 但是 N 值应去除冬季及春秋季平均温度小于 15 时的轴载作用次数. 主要考虑春末秋初及夏季高温季节的轴载作用. 3) 车辙环道试验的结果表明 : 壳牌沥青的抗车辙能力优于 Eso 沥青. 本研究所提出的级配曲线及配合比具有良好的抗车辙能力及整体强度. 参考文献 1 张登良. 沥青和沥青混合料. 北京 : 人民交通出版社, 严家?. 道路建筑材料. 北京 : 人民交通出版社,1997 AsphaltPavementRutingPredictionofHigh GradeHighway HuangXiaoming ZhangXiaobing DengXuejun (ColegeofTraficandTransportationEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096) Abstract: Theasphaltpavementrutingofhigh gradehighwayisoneofthefactorsthatefectthe asphaltpavementperformance.basedontheaggregategraderangelaboratorytestofasphaltmix ture,thefactorsafectingtheasphaltpavementrutingpredictionandrutingpredictionmodelare studied.finalytheasphaltpavementrutingpredictionformulasarepresentedatdiferentreliability level. Keywords: high gradehighway;asphaltpavement;ruting

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