鋪砂參數(shù)對路面構(gòu)造深度的影響分析

王貴斌

（上海建工股份有限公司,上海市 200032）

0 引言

路面表面的構(gòu)造深度（TD）又稱紋理深度，是表征路面粗糙度的重要指標(biāo)，它與路表抗滑性能、排水、噪聲等都有一定關(guān)系。我國將構(gòu)造深度定義為“將細(xì)砂鋪在路面上，計(jì)算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的體積與覆蓋體積之比，從而求得構(gòu)造深度”，并選用0.15～0.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)砂，砂的體積采用25 mL。對于砂的粒徑和體積，日本鋪裝試驗(yàn)法便覽7-7規(guī)定，對粗糙的路面用0.15～0.3 mm的砂50 mL，對于致密的路面用0.075～0.15 mm的砂10 mL，從理論上講，該規(guī)定比較合理[1]。此外，輪胎規(guī)格不同，車輛輪胎著地寬度也不盡相同，一般情況下小型轎車排量在0.8～1.5之間，相應(yīng)的它的輪胎規(guī)格適用為155/65R 13～175/70R 14這個范圍內(nèi)，即輪胎寬度為155～175 mm；大型轎車排量在1.6～6.0之間，輪胎規(guī)格相應(yīng)的在185/60R 14～245/50R 18這個范圍內(nèi)，亦即輪胎寬度為185～245 mm[2]。另一方面，目前針對路面表面抗滑性能衰減規(guī)律研究的眾多試驗(yàn)方法中，加速加載磨耗試驗(yàn)是應(yīng)用最為廣泛的一種，但受限于室內(nèi)空間和儀器設(shè)備的大小，試驗(yàn)輪磨耗輪跡帶寬度一般在200 mm以下[3-5]。眾所周知，路面表面抗滑性能衰減損失在行車輪跡帶尤為顯著，而通常鋪砂法鋪砂直徑在200 mm以上，受限于輪跡帶的寬度，砂攤平后難免會有部分分布于輪跡帶外側(cè)，致使構(gòu)造深度測定結(jié)果誤差的增大[6]。這種情況下，仍然采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E40-2008）中“圓形”這種鋪砂方法并不是十分科學(xué)、合理。

式中：TD——路面表面構(gòu)造深度，mm；

V——砂的體積，25 mL；

D——攤平砂的平均直徑，mm。

由式（1）可知，構(gòu)造深度計(jì)算值是鋪砂量與鋪砂面積的比值，因此將砂攤平為其他類型的規(guī)則形狀，通過測邊量高計(jì)算鋪砂面積，同樣可以求得構(gòu)造深度TD?？紤]到眾多幾何形狀中面積計(jì)算的難易程度不同，本文提出“長方形”鋪砂形狀這種測定方法，分析了鋪砂寬度、鋪砂量以及路表局部均勻性對構(gòu)造深度的影響，并與規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)測定條件下鋪砂法測試結(jié)果進(jìn)行比較[7,8]。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料及配合比

本試驗(yàn)所選用原材料均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）、《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2003）中相應(yīng)要求。本文選取3種不同構(gòu)造深度的路面結(jié)構(gòu)類型：露石水泥混凝土、AC-13瀝青混合料、刻槽水泥混凝土。由于礦料級配與路表紋理構(gòu)造息息相關(guān)，進(jìn)而對路表構(gòu)造深度產(chǎn)生直接影響，因此本文將AC-13瀝青混合料礦料級配與水泥混凝土配合比分別設(shè)計(jì)如表1、表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

露石水泥混凝土、AC-13瀝青混合料、刻槽水泥混凝土3種路面結(jié)構(gòu)類型均成型400×400×50（單位：mm3）試件，其中刻槽水泥混凝土刻槽參數(shù)為槽寬3 mm、槽深3 mm、槽間距10 mm。鋪砂寬度選取3個水平：10 cm、15 cm、20 cm；鋪砂量選取 4個水平：20 mL、25 mL、30 mL、35 mL；路表局部均勻性選取2個水平：無車轍、車轍試驗(yàn)后。針對每一個影響因素，分別測試不同水平條件下長方形鋪砂形狀時的構(gòu)造深度，并與標(biāo)準(zhǔn)測定條件下圓形鋪砂形狀構(gòu)造深度測試結(jié)果進(jìn)行比較。

表1 AC-13瀝青混合料礦料級配

表2 水泥混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋪砂寬度對構(gòu)造深度的影響分析

本文選取10 cm、15 cm、20 cm三個鋪砂寬度進(jìn)行3種路面結(jié)構(gòu)構(gòu)造深度測試，分析鋪砂寬度對構(gòu)造深度的影響。不同鋪砂寬度下構(gòu)造深度測試結(jié)果見表3及圖1～圖3所示。

表3 不同鋪砂寬度下構(gòu)造深度測試結(jié)果（單位：mm）

圖1 露石水泥混凝土構(gòu)造深度與鋪砂寬度關(guān)系圖示

圖2 AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度與鋪砂寬度關(guān)系圖示

圖3 刻槽水泥混凝土構(gòu)造深度與鋪砂寬度關(guān)系圖示

由圖1～圖3可以看出，與構(gòu)造深度標(biāo)準(zhǔn)值相比，不同鋪砂寬度下構(gòu)造深度測試值均具有較好的相關(guān)性，但不同路面結(jié)構(gòu)類型又表現(xiàn)出不同的規(guī)律性。由圖1可知，隨著鋪砂寬度的增加，露石水泥混凝土構(gòu)造深度測試值逐漸增大，與構(gòu)造深度標(biāo)準(zhǔn)值差值也愈來愈大。由圖2～圖3可知，隨著鋪砂寬度的增加，AC-13瀝青混凝土與刻槽水泥混凝土構(gòu)造深度測試值呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，二者相比，刻槽水泥混凝土變化更加平緩，與構(gòu)造深度標(biāo)準(zhǔn)值之差也更趨于穩(wěn)定。這與“長方形”構(gòu)造深度試驗(yàn)方法所得鋪砂形狀有關(guān)，在眾多鋪砂形狀中，“長而窄”是一種不利情況，長寬比越大，手動鋪砂時操作誤差越易發(fā)生，鋪砂形狀越趨向于不規(guī)則化，這樣鋪砂面積計(jì)算值也就越不準(zhǔn)確。因此鋪砂形狀越接近“正方形”，鋪砂形狀尺寸測定誤差就越小，試驗(yàn)所得構(gòu)造深度越準(zhǔn)確，規(guī)程中采用圓形鋪砂形狀出于同樣的考慮。相同鋪砂量下，鋪砂形狀與路表紋理深度，亦即與不同路面結(jié)構(gòu)類型下構(gòu)造深度值的大小直接相關(guān)。露石水泥混凝土路面構(gòu)造深度較大，鋪砂寬度為10 cm時，形狀較接近正方形，故構(gòu)造深度實(shí)測值較接近標(biāo)準(zhǔn)值；AC-13瀝青混凝土路面構(gòu)造深度較小，在20 cm鋪砂寬度下，構(gòu)造深度實(shí)測值具有更好的精確度，構(gòu)造深度更小的刻槽水泥混凝土路面構(gòu)造深度實(shí)測值具有相同的規(guī)律性。

2.2 鋪砂量對構(gòu)造深度的影響分析

本文選取 20 mL、25 mL、30 mL、35 mL四個鋪砂量進(jìn)行3種路面結(jié)構(gòu)構(gòu)造深度測試，分析鋪砂量對構(gòu)造深度的影響。不同鋪砂量下構(gòu)造深度測試結(jié)果見表4及圖4～圖6所示。

表4 不同鋪砂量下構(gòu)造深度測試結(jié)果（單位：mm）

圖4 露石水泥混凝土構(gòu)造深度與鋪砂量關(guān)系圖示

圖5 AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度與鋪砂量關(guān)系圖示

圖6 刻槽水泥混凝土構(gòu)造深度與鋪砂量關(guān)系圖示

由圖4～圖6可知，與2.1小節(jié)試驗(yàn)結(jié)果相近，不同路面結(jié)構(gòu)類型條件下構(gòu)造深度隨鋪砂量同樣表現(xiàn)出不同的規(guī)律。由圖4可以看出，隨著鋪砂量的增大，露石水泥混凝土路面構(gòu)造深度實(shí)測值逐漸減小，這與露石水泥混凝土路面較大的紋理深度有關(guān)。路表紋理深度越大，填充空隙所需砂量越多，如果鋪砂量較少，“長而窄”形狀的出現(xiàn)造成構(gòu)造深度實(shí)測值較大的誤差。由圖5、圖6可以看出，隨著鋪砂量的變化，AC-13瀝青混凝土路面和刻槽水泥混凝土路面構(gòu)造深度實(shí)測值也隨之改變，但與圖4所示不同，后者構(gòu)造深度實(shí)測值均出現(xiàn)“波峰、波谷”值，這是因?yàn)樵阡伾傲繛?5 mL和30 mL時，AC-13瀝青混凝土路面與刻槽水泥混凝土路面鋪砂形狀更接近于正方形，故構(gòu)造深度實(shí)測值出現(xiàn)極值。極值之后，增加鋪砂量反而對構(gòu)造深度測定帶來不利影響，增大了測定誤差。

2.3 路面表面局部均勻性對構(gòu)造深度的影響分析

路面表面局部均勻性是指測試局部范圍內(nèi)紋理構(gòu)造的均勻性，新建路面局部均勻性較好，但運(yùn)營一段時間后車轍的產(chǎn)生勢必會影響路表紋理構(gòu)造的均勻性。本文選取無車轍和車轍試驗(yàn)后兩個路表局部均勻性變化量，針對AC-13瀝青混合料進(jìn)行構(gòu)造深度測試，分析路表局部均勻性對構(gòu)造深度的影響。不同局部均勻性條件下構(gòu)造深度測試結(jié)果見表5所示。

表5 不同路表局部均勻性下構(gòu)造深度測試結(jié)果

為了保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性，本試驗(yàn)保留1組對照試驗(yàn)，鋪砂形狀為圓形，但鋪砂量與長方形法保持一致，均取15 mL。鋪砂寬度選為5 cm，是為了保證鋪砂全部分布在車轍試驗(yàn)輪跡帶范圍內(nèi)。

由表5可知，無論圓形或者長方形鋪砂形狀，車轍的產(chǎn)生均會造成路表構(gòu)造深度的減小。車轍試驗(yàn)進(jìn)行前，圓形和長方形條件下，AC-13瀝青混凝土路面構(gòu)造深度分別為1.32和1.28，車轍試驗(yàn)后構(gòu)造深度均表現(xiàn)出減小的趨勢，且后者要小于前者。這是因?yàn)閳A形鋪砂形狀下，由于鋪砂直徑過大，有部分試驗(yàn)用砂攤鋪在未磨耗的車轍輪跡帶外側(cè)，而長方形鋪砂形狀條件下，5 cm的鋪砂寬度保證試驗(yàn)用砂完全分布于車轍輪跡帶，故長方形鋪砂形狀下構(gòu)造深度實(shí)測值要小于圓形鋪砂形狀下實(shí)測值。

3 結(jié)論

（1）路面結(jié)構(gòu)表面紋理不同，鋪砂寬度對其影響也不盡然相同?；诒疚难芯浚P者認(rèn)為在相同鋪砂量條件下，構(gòu)造深度較大者適宜較小的鋪砂寬度，反之亦然。

（2）鋪砂量對構(gòu)造深度測定的影響尤為突出，構(gòu)造深度越大，所需鋪砂量越多，但鋪砂量超過極值后，增加試驗(yàn)用砂量反而增大測定誤差。

（3）由于車輛荷載磨耗作用，路表紋理表現(xiàn)出局部不均勻性，構(gòu)造深度優(yōu)化測定方法具有更佳的適用性。

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