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        無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面永久變形影響因素分析

        2019-08-21 06:18:54偶昌寶
        城市道橋與防洪 2019年8期
        關(guān)鍵詞:瀝青路面變形基層

        偶昌寶

        (浙江水利水電學(xué)院,浙江 杭州 310018)

        0 引 言

        車轍是高等級(jí)道路瀝青路面的主要病害之一。我國的瀝青路面,基層主要采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類,對(duì)于這類基層瀝青路面,車轍主要是瀝青混合料層永久變形產(chǎn)生的。

        《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2017)經(jīng)過多年的研究,提出了瀝青混合料層永久變形的計(jì)算方法。本文采用這一方法,對(duì)影響永久變形量的各因素作詳細(xì)分析,從中找出最關(guān)鍵的因素,供道路設(shè)計(jì)人員參考。

        1 永久變形量計(jì)算方法

        《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2017)依據(jù)多種瀝青混合料,在不同溫度、壓力等條件下的大量有效車轍試驗(yàn)結(jié)果,建立了包含荷載作用次數(shù)、溫度、豎向壓應(yīng)力、層厚和車轍試驗(yàn)永久變形量等參數(shù)的瀝青混合料層永久變形預(yù)估模型,并利用國內(nèi)10余條公路多年車轍數(shù)據(jù)和5個(gè)試驗(yàn)路段車轍數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行了修正和驗(yàn)證。

        考慮到瀝青路面不同深度處應(yīng)力分布和不同瀝青混合料層抗車轍性能的差異,規(guī)定分層計(jì)算永久變形量。

        首先對(duì)各瀝青混合料層進(jìn)行分層:

        (1)表面層,采用10~20 mm為一分層。

        (2)第二層瀝青混合料層,每一分層厚度應(yīng)不大于25 mm。

        (3)第三層瀝青混合料層,每一分層厚度應(yīng)不大于100 mm。

        (4)第四層及以下瀝青混合料層,作為一個(gè)分層。

        然后,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件下的車轍試驗(yàn),得到各層瀝青混合料的車轍試驗(yàn)永久變形量,按式(1)和式(2)計(jì)算瀝青混合料層總的永久變形量和各分層的永久變形量。

        式中:Ra為瀝青混合料層永久變形量,mm;Rai為第分層永久變形量,mm;n為分層數(shù);Tpef為瀝青混合料層永久變形等效溫度,℃;Ne3為設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)或通車至首次針對(duì)車轍維修的期限內(nèi),設(shè)計(jì)車道上當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù);hi為第分層厚度,mm;h0為車轍試驗(yàn)件的厚度,mm;R0i為第i分層瀝青混合料在試驗(yàn)溫度為60℃,壓強(qiáng)為0.7 MPa,加載次數(shù)為2 520次時(shí),車轍試驗(yàn)永久變形量,mm;kRi為綜合修正系數(shù),按式(3)~式(5)計(jì)算:

        式中:zi為瀝青混合料層第i分層深度,mm,第一分層取15 mm,其他分層為路表距分層中點(diǎn)的深度;ha為瀝青混合料層厚度,mm,大于200 mm時(shí),取200 mm;pi為瀝青混合料層第分層頂面豎向壓應(yīng)力,MPa,根據(jù)彈性層狀體系理論進(jìn)行計(jì)算。

        2 永久變形量影響因素分析

        以某典型的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面為例進(jìn)行計(jì)算,各層材料參數(shù)見表1。

        表1 路面結(jié)構(gòu)

        Ne3取 2.62×107,Tpef取 21.1℃。各瀝青混合料層的車轍永久變形量都取4.5mm。根據(jù)式(1)和式(2),可得到該路面結(jié)構(gòu)永久變形量為18.12 mm。

        將基層的厚度、模量和各面層的模量增加20%和50%,永久變形量計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 永久變形量與各因素變化關(guān)系

        由表2可見,基層厚度和模量增加均會(huì)導(dǎo)致永久變形量增加,模量的影響更大;下面層模量增加也會(huì)導(dǎo)致永久變形量增加;只有中、上面層模量增加,才會(huì)讓永久變形量減少。

        上述因素變化對(duì)永久變形量的影響,主要是通過對(duì)壓應(yīng)力的影響來實(shí)現(xiàn)的?;鶎雍穸群湍A吭黾樱紩?huì)引起面層內(nèi)壓應(yīng)力的增加,由式(2)可知,壓應(yīng)力越大,永久變形量越大。

        同樣,下面層模量增加同樣會(huì)引起面層內(nèi)壓應(yīng)力的增加。只有中、上面層模量的增加,才會(huì)引起面層內(nèi)壓應(yīng)力的減小。

        但是,由表2可知,基層厚度、模量的變化,雖然對(duì)永久變形量有影響,但是影響不大,可以忽略不計(jì)。若僅僅考慮對(duì)壓應(yīng)力的影響,則面層模量變化對(duì)永久變形量的影響也可忽略。有一點(diǎn)需要說明,面層模量增加,會(huì)使抗車轍能力增強(qiáng),即使車轍試驗(yàn)永久變形量減小。

        若將上面層、中面層和下面層的車轍試驗(yàn)永久變形量減少20%和50%,則計(jì)算結(jié)果見表3。

        由表3可知,增加上面層和中面層的抗車轍能力,尤其是中面層抗車轍能力,可以顯著減少永久變形量。

        3 結(jié) 語

        本文按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2017)提出的方法,計(jì)算無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面永久變形量。計(jì)算結(jié)果表明,基層的模量、厚度以及面層模量等因素,對(duì)永久變形量的影響可以忽略不計(jì);而中、上面層的抗車轍能力,尤其是中面層的抗車轍能力,對(duì)永久變形量具有顯著影響。

        因此,為提高無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面的抗永久變形能力,應(yīng)從提高中、上面層的抗車轍能力著手。設(shè)計(jì)中常常采用的增強(qiáng)基層的做法,對(duì)抗永久變形能力有害無益。

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