史 敏

(新疆新紀(jì)元公路設(shè)計有限責(zé)任公司)

淺析瀝青路面車轍試驗現(xiàn)狀及對策

史 敏

(新疆新紀(jì)元公路設(shè)計有限責(zé)任公司)

目前，我國的規(guī)范中，車轍試驗還存在著不足，分析了路面實際狀況與車轍檢驗方法二者之間所存在的差別，提出以下幾點改進(jìn)的建議：在保持低速的條件下檢驗重載車轍，分析了采用全厚式車轍試驗對瀝青面層進(jìn)行試驗，給出了形成溫度梯度所用到的改進(jìn)方法。對試驗車轍機的改進(jìn)，給出了在不同的加載速度下，如何確定試驗時間長度并計算動穩(wěn)定度。期望能夠?qū)r青混合料的抗車轍性能做到更加合理的評價。

瀝青路面;車轍試驗;現(xiàn)狀;對策

1 車轍試驗的簡介

國外的車轍實驗儀器主要目的還是測量以及計算車轍的深度，其多以3、5、7個測點為主，此類實驗一般都需要裝備激光傳感器裝置，另外還有相應(yīng)的水平參照平臺和處理軟件。這類實驗儀器的價格一般都很高，大約在幾十萬人民幣以上。

參考其他文獻(xiàn)，國內(nèi)還未見此種檢測方法以及車轍儀器的專利。我國高速公路發(fā)展勢頭迅猛，為了適應(yīng)這種需求，我國的相關(guān)部門開發(fā)出了相關(guān)的多點車轍測量儀。此種儀器集電腦自動化檢測技術(shù)、定位傳感器以及測距傳感器等于一身。

儀器測量的數(shù)據(jù)即車轍的深度，通過USB數(shù)據(jù)線傳入計算機，存在處理器中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)核定，本儀器的測量誤差不超過1%，符合工程中相關(guān)的要求?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGF40-2004)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)中，制定了詳細(xì)的試驗規(guī)程，對車轍試驗方法給出了詳細(xì)的試驗步驟，并設(shè)定了車轍檢驗標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)車轍試驗可以檢驗瀝青混合料在設(shè)計階段的抗車轍能力。

2 現(xiàn)有車轍試驗存在的不足

大量的現(xiàn)實工程中的例子表明，實際的工程應(yīng)用中很難避免車轍現(xiàn)象的產(chǎn)生，即便瀝青混合料滿足規(guī)范的要求，在實際應(yīng)用中也會不可避免的產(chǎn)生不同程度的車轍現(xiàn)象。產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因有多種，實際施工過程中的不規(guī)范操作，以及實驗標(biāo)準(zhǔn)不能對實際工程中的工作狀況作出準(zhǔn)確、詳細(xì)、全面的反應(yīng)。

在規(guī)范中，車轍試驗條件作出了規(guī)定，在溫度為60℃，輪壓為0.7 MPa，厚度為4 cm或者5 cm的試件，以往復(fù)速度42次min-1進(jìn)行。鋼橋面、長大上坡、重載等特殊情況，規(guī)范中也做了一些考慮，只是建議把動穩(wěn)定度(DS)提高，但是并未給出具體的控制指標(biāo)值。綜合考慮車轍試驗以及實際工程中出現(xiàn)的問題，本文認(rèn)為現(xiàn)有的車轍方法應(yīng)該在以下幾方面作出該進(jìn)。

2.1 試驗中無法使低速與重載統(tǒng)一起來

很多相關(guān)研究表明，有的做了重載車轍試驗方面的研究，但是很少有同時考慮到在重載的同時低速行駛的狀況，有的做過低速車轍試驗方面的研究，但是同樣忽略了重載的因素。重載貨運汽車行駛速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小汽車的速度，長大縱坡的情況下，行駛速度更慢，因此很有必要研究重載低速時對路面產(chǎn)生的影響。有關(guān)文獻(xiàn)測試，在某長大縱坡上坡路段，路段縱坡長度1 000 m，縱坡坡度為5%，測試重載車輛的實際行駛速度，通過雷達(dá)測速儀測定，絕大多數(shù)汽車的實際行駛速度只能達(dá)到設(shè)計速度的1/3左右。實際的調(diào)查表明，重載的同時往往伴隨著較低的車速，因此很有必要把二者結(jié)合起來進(jìn)行相關(guān)的研究。但是，目前的規(guī)范中的試驗沒有考慮到低速問題。

2.2 無法做到瀝青面層的整體性車轍性能評價

我國現(xiàn)有的規(guī)范規(guī)定，在路面設(shè)計中，瀝青混合料的抗車轍性能為分層控制。但是，實際中的路面為一個整體，這樣分層控制瀝青混合料，能不能實際的反應(yīng)出路面的抵抗車轍的能力，卻不能得出一個準(zhǔn)確的結(jié)論。實際工程中發(fā)現(xiàn)，即使瀝青混合料在實驗室中滿足試驗規(guī)程中的抗車轍性能，而在實際應(yīng)用的過程中卻又發(fā)現(xiàn)了車轍現(xiàn)象的產(chǎn)生。之所以發(fā)生這種現(xiàn)象，本文認(rèn)為其重要原因之一，正是由于規(guī)程缺少將面層作為一個整體進(jìn)行車轍試驗的一個規(guī)定。即忽略了相關(guān)文獻(xiàn)提到的全厚式車轍試驗。在我國，目前常用的車轍試驗儀，一個很大的限制就是試件的高度不能自由調(diào)節(jié)，所以沒有辦法做全厚式車轍試驗。而國內(nèi)外一些研究人員，通過理論計算和試驗分析過路面面層各層對整體瀝青面層車轍性能的影響，但是也和很難直觀的反應(yīng)器對整體結(jié)構(gòu)車轍性能的好壞，效果不是很理想。

2.3 路面溫度梯度無法模擬

路面結(jié)構(gòu)是一個整體結(jié)構(gòu)，路面的溫度會沿深度方向呈一個連續(xù)的變化趨勢，各層的溫度不可能相同，而規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)實驗的溫度，瀝青混合料內(nèi)部的溫度都為60℃，顯然與實際情況中不同。

3 車轍試驗方法改進(jìn)措施

3.1 車轍試驗機改進(jìn)

(1)設(shè)法增加變速功能

實驗中，可以通過瀝青混合料的時溫等效原理將低速下的車轍試驗轉(zhuǎn)換成更高溫度下的車轍試驗，但是，這種操作需要很精密的儀器來操作，現(xiàn)實中還很難實現(xiàn)，而且容易產(chǎn)生較大的誤差。另外，全厚式試件的組合結(jié)構(gòu)，或者時間內(nèi)部無法保證均勻的溫度，操作下來很難實現(xiàn)時溫等效。因此，考慮到能夠容易實現(xiàn)，本文參考其他文獻(xiàn)，可以對車轍試驗輪的往復(fù)運動速度做出改變?？梢园褬?biāo)準(zhǔn)車轍試驗機的動力設(shè)備電動機置換成為有變頻功能的電動機，這樣可以進(jìn)行速度的控制，該進(jìn)設(shè)備后，在6～60次min-1之間做到任意調(diào)節(jié)車轍輪的運轉(zhuǎn)速度。

(2)增加試驗機的凈空

能夠進(jìn)行全厚式車轍試驗是對此項技術(shù)作出改進(jìn)的主要目的，結(jié)合我國目前路面實際結(jié)構(gòu)層，本文使標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗機的凈空得到了增加，使試件的容許厚度達(dá)到了23 cm，基本上能夠滿足國內(nèi)的三層式瀝青面層的試驗。同樣的思路，還可以對車轍試模進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)實際面層組合厚度情況，可以設(shè)計三層式組合試模如4 cm+6 cm+8 cm或者4 cm+5 cm+6 cm。兩者的目的都是改進(jìn)試驗設(shè)備使之能夠進(jìn)行全厚式車轍試驗。

(3)增加試件溫度控制系統(tǒng)

溫度梯度可以用常見的水循環(huán)來的實現(xiàn)，我們可以稱之為水循環(huán)溫度控制系統(tǒng)。①車轍試件內(nèi)部的溫度要從3方面來控制：使試件模塊的底部溫度恒定在固定值，這就用到了水循環(huán)作用。②車轍試驗機內(nèi)的氣溫與試件的頂部溫度保持同步，試件頂部應(yīng)該不加防護(hù)設(shè)備。③在試件與模板之間設(shè)置隔溫材料，防止試件與模板之間產(chǎn)生熱交換。通過這三步的設(shè)置，設(shè)置恒溫水循環(huán)的溫度和車轍試驗機內(nèi)的氣溫，使試件內(nèi)部形成一個封閉的熱傳導(dǎo)的小環(huán)境，達(dá)到面層中的溫度梯度實際狀況。

3.2 調(diào)整試驗時長

車轍試驗中，可以調(diào)節(jié)試驗輪的往復(fù)運動，致使在同一試件內(nèi)同一位置的碾壓次數(shù)會發(fā)生變化。而瀝青混合料的變形發(fā)展的快慢結(jié)果正是我們所需要的，這樣車轍試驗結(jié)果在不同往復(fù)運動下才有可比性，另外，要保持總的碾壓次數(shù)的一致性。試驗時，碾壓速度改變但是總的碾壓次數(shù)應(yīng)該不變，以此原則，來設(shè)置相應(yīng)的試驗時間長度，在試驗輪運動速度為標(biāo)準(zhǔn)速度的1/n時，相應(yīng)的試驗時間長度應(yīng)該調(diào)整為試驗時長的n倍。例如，當(dāng)試驗輪運動速度為14次min-1時，試驗的試件的長度應(yīng)該設(shè)置為180 min，試驗輪在試件同一個位置碾壓過的次數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗條件的次數(shù)。

3.3 動穩(wěn)定度計算方法修正

從車轍試驗的定義可知，車轍試驗所反映的正是車轍變形的速度，所檢驗的正是使瀝青面層產(chǎn)生的單位深度車轍變形所需要的碾壓次數(shù)。我國規(guī)范中規(guī)定，車轍試驗中，應(yīng)該取第45 min和第60 min時所對應(yīng)的位移變形來計算DS，但是此種情況存在不足，就是僅適用于規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)條件。在調(diào)整試驗時間的情況下，應(yīng)該考慮重新選擇計算的時間點。計算點的確定應(yīng)該采取與調(diào)整時長的方法來確定，即在標(biāo)準(zhǔn)試驗中，假設(shè)第45 min和第60 min對應(yīng)的輪碾次數(shù)不變?yōu)闇?zhǔn)，其分別對應(yīng)的次數(shù)為第1 890次和第2 520次。當(dāng)試驗輪實際運行速度為規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)運行速度的1/n時，對應(yīng)的計算時間點應(yīng)該分別為45 min和第60 min。

4 結(jié)語

汽車的重載一般會引起行車速度的降低，在長大縱坡路段體現(xiàn)的更加明顯，所以，很有必要再研究重載車輛車轍的同時降低行車速度。全厚式車轍試驗?zāi)軌蚋訙?zhǔn)確的檢驗瀝青路面的抗車轍性能。進(jìn)行車轍試驗時，其內(nèi)部會形成一定的溫度梯度，能夠更加針對的對全厚式車轍試驗做出相應(yīng)的優(yōu)化。對車轍試驗機的改進(jìn)包括調(diào)節(jié)試驗輪速，變化試件的厚度，控制試件溫度梯度，對車轍試驗時長和動穩(wěn)定度計算方法的調(diào)整，都有一定的工程價值。實際中，由于涉及到車輛行駛速度、道路交通軸載以及路面溫度等多個方面，還應(yīng)該做大量的調(diào)研和試驗方法來進(jìn)一步完善車轍試驗。

［1］王輝，李雪連，張起森.高溫重載作用下瀝青路面車轍研究［J］.土木工程學(xué)報，2009，42(5)：139-144.

［2］周俊，劉定濤，張義朋.重軸載條件下瀝青路面豎向永久變形分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：(交通科學(xué)與工程版)，2010，34(4)：818-822.

［3］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］徐世法.瀝青路面的車轍深度與行車安全性［J］.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，1994，10(1).

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