丁立亞

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京　100082)

?

基于動(dòng)穩(wěn)定度的瀝青路面車轍預(yù)測(cè)模型研究

丁立亞

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京100082)

為了建立起動(dòng)穩(wěn)定度DS與瀝青路面車轍深度之間的定量關(guān)系，進(jìn)行了不同試驗(yàn)溫度下的室內(nèi)單層和雙層車轍試驗(yàn)，并根據(jù)動(dòng)穩(wěn)定度的測(cè)試原理建立了基于室內(nèi)動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果DS值的瀝青路面車轍深度的預(yù)測(cè)模型，最后通過(guò)試驗(yàn)路觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型的標(biāo)定和驗(yàn)證，模型中考慮了路面所在地區(qū)的溫度、路面交通量、基層類型等因素的影響。研究結(jié)果表明：利用室內(nèi)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS及其他相關(guān)參數(shù)預(yù)測(cè)實(shí)際路面的流動(dòng)型車轍具有可行性；車轍預(yù)測(cè)模型具有較好的精度和可靠性，車轍深度實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值的最大誤差值不超過(guò)3 mm，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

道路工程；瀝青路面；車轍試驗(yàn)；車轍預(yù)測(cè)；動(dòng)穩(wěn)定度；預(yù)測(cè)模型

0　引言

車轍是瀝青路面在重復(fù)行車荷載作用下產(chǎn)生的不可恢復(fù)的累積變形。瀝青路面車轍的產(chǎn)生大致有以下4個(gè)原因[1〗：(1)路基、基層材料產(chǎn)生的壓密變形；(2)瀝青面層產(chǎn)生的壓密變形；(3)瀝青面層產(chǎn)生的磨耗型車轍；(4)瀝青面層在高溫和荷載共同作用下產(chǎn)生的流動(dòng)型變形。前兩者主要與施工質(zhì)量有關(guān)，可以通過(guò)嚴(yán)格控制施工工藝和施工質(zhì)量得到解決；磨耗型車轍是車輛輪胎對(duì)路面的磨耗產(chǎn)生的損傷，通過(guò)改進(jìn)路面抗磨耗性能可以得到改善或解決；流動(dòng)型車轍則主要與瀝青混合料在高溫環(huán)境下的抗變形能力，即高溫穩(wěn)定性有關(guān)。在我國(guó)，最為常見(jiàn)的是流動(dòng)型車轍，是引起車轍病害的主要原因；壓密型車轍僅在軟土地區(qū)、路基路面結(jié)構(gòu)整體承載力不足時(shí)產(chǎn)生的可能性較大。

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響因素較多，既與瀝青結(jié)合料類型有關(guān)，也與瀝青混合料級(jí)配有關(guān)，目前國(guó)內(nèi)外主要采用室內(nèi)車轍試驗(yàn)獲得動(dòng)穩(wěn)定度DS，以此來(lái)表征瀝青混合料的抗車轍能力。但實(shí)際路面路基種類不同，路面溫度、車輛荷載也在變化，使得實(shí)際瀝青路面車轍深度的預(yù)測(cè)更加困難。截至目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)瀝青路面車轍預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了大量研究，提出了經(jīng)驗(yàn)法、力學(xué)法和經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法[2]等不同的預(yù)測(cè)模型，其中具有代表性的包括Fwa等人基于瀝青混凝土的剪切流動(dòng)變形原理提出的綜合考慮多種影響車轍因素的車轍預(yù)測(cè)模型[3]、Kim等利用密歇根州39個(gè)試驗(yàn)路段采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和統(tǒng)計(jì)分析，最后得到了瀝青路面車轍深度與各影響參數(shù)之間的預(yù)估模型，以及國(guó)內(nèi)同濟(jì)大學(xué)“四單元五參數(shù)”模型[4]、東南大學(xué)和長(zhǎng)安大學(xué)提出的車轍預(yù)估方法等[5-6]。雖然目前車轍預(yù)測(cè)方法較多，但實(shí)用性尚不完善，特別是還沒(méi)有將瀝青混合料抗車轍能力的表征指標(biāo)DS與實(shí)際路面產(chǎn)生的車轍深度建立起定量化的關(guān)系，在實(shí)際工程中仍然主要依靠經(jīng)驗(yàn)選擇瀝青混合料類型，還不能進(jìn)行瀝青路面的抗車轍耐久性設(shè)計(jì)，也不能對(duì)實(shí)際瀝青路面車轍深度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

本文基于室內(nèi)瀝青混合料車轍試驗(yàn)中車轍累積產(chǎn)生的原理，建立了基于車轍試驗(yàn)結(jié)果的瀝青路面流動(dòng)型車轍預(yù)測(cè)模型，并對(duì)實(shí)際試驗(yàn)路的車轍跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證，為定量化的瀝青路面車轍預(yù)測(cè)提供了一個(gè)可行的方法。

1　車轍預(yù)測(cè)模型的原理及建立

根據(jù)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS的測(cè)試方法和定義，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度是指排除壓密變形后，試樣在試驗(yàn)溫度下每產(chǎn)生1 mm變形量所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)[7]，它一般是指瀝青混合料的流動(dòng)型變形，可以認(rèn)為動(dòng)穩(wěn)定度是在荷載反復(fù)作用下試樣產(chǎn)生的累積變形的表征指標(biāo)。因此，如果已知某種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度DS和荷載的作用次數(shù)，就可以反算出瀝青混合料試樣產(chǎn)生的流動(dòng)型累積變形量。

對(duì)于實(shí)際瀝青路面而言，瀝青路面車轍量可認(rèn)為是使用期內(nèi)在不同溫度和不同荷載作用條件下產(chǎn)生的流動(dòng)型變形的累積結(jié)果?；谏鲜鲈恚瑢?shí)際瀝青路面流動(dòng)型車轍預(yù)測(cè)模型可用式(1)表示。

(1)

式中，RDn為瀝青路面路齡n年時(shí)的車轍深度；i為瀝青路面路齡；n為瀝青路面車轍預(yù)測(cè)年限；j為路面溫度分區(qū)編號(hào)；m為瀝青路面溫度分區(qū)個(gè)數(shù)；Tij為第i年第j溫區(qū)的小時(shí)數(shù)；Nij為第i年第j溫區(qū)的當(dāng)量小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸載軸次；DSij為第i年第j溫區(qū)的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度；C1，C2，C3分別為基層類型系數(shù)、車道分布系數(shù)、交通條件的影響系數(shù)，需根據(jù)被預(yù)測(cè)路面具體情況確定。

預(yù)測(cè)模型公式(1)考慮了以下因素：

(1)該模型主要針對(duì)流動(dòng)型車轍進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于我國(guó)并不常見(jiàn)的壓密類、磨耗類車轍不在考慮范圍之內(nèi)。

(2)溫度高時(shí)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS變小，瀝青路面的流動(dòng)型車轍變大。為提高預(yù)測(cè)精度，預(yù)測(cè)模型對(duì)路面使用期內(nèi)路面溫度進(jìn)行分區(qū)計(jì)算。

(3)瀝青路面如無(wú)荷載通過(guò)，則不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)型車轍。因此，對(duì)不同溫度分區(qū)內(nèi)的交通量應(yīng)予以分別考慮。

(4)瀝青路面投入使用后逐漸老化，研究證明老化后瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度將增大。因此，模型考慮了由于使用年限的不同造成的動(dòng)穩(wěn)定度的變化。

(5)利用模型進(jìn)行車轍預(yù)測(cè)時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)為全瀝青面層的動(dòng)穩(wěn)定度，即瀝青面層全厚度的動(dòng)穩(wěn)定度。

(6)除上述因素外，基層種類、車輛輪跡的變化、交通預(yù)測(cè)條件的不確定性等均會(huì)影響預(yù)測(cè)結(jié)果，應(yīng)結(jié)合路面具體情況確定。

2　模型參數(shù)的意義及其計(jì)算

模型式(1)中包括了多個(gè)計(jì)算參數(shù)，而準(zhǔn)確得到這些參數(shù)在實(shí)際中是非常困難或不可能的，為此需要給出可行的預(yù)測(cè)和計(jì)算方法，以滿足預(yù)測(cè)模型應(yīng)用的需要。下面分別敘述各參數(shù)的意義及計(jì)算方法。

2.1路面溫度

使用模型式(1)預(yù)測(cè)車轍，原理上需要收集預(yù)測(cè)期內(nèi)路面溫度分布的有關(guān)數(shù)據(jù)，在條件具備的情況下，應(yīng)優(yōu)先使用路面的全年溫度分布數(shù)據(jù)。但由于各種原因，準(zhǔn)確地獲得預(yù)測(cè)期內(nèi)的瀝青路面溫度分布數(shù)據(jù)比較困難，在實(shí)際應(yīng)用中可進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。一般認(rèn)為，當(dāng)路面溫度低于30 ℃時(shí)瀝青路面不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)型車轍[8]，且除極個(gè)別非常炎熱地區(qū)外，路表溫度不會(huì)高于60 ℃。本文建議將路面(表面)溫度劃分為30～40 ℃，40～50 ℃，50～60 ℃ 3個(gè)溫區(qū)，統(tǒng)計(jì)全年路面溫度處于各個(gè)溫區(qū)的時(shí)間，據(jù)此計(jì)算產(chǎn)生車轍的溫度區(qū)域及其時(shí)間長(zhǎng)度。對(duì)于連續(xù)出現(xiàn)高溫天氣的地區(qū)，可將路表溫度區(qū)域延伸為30～40 ℃，40～50 ℃，50～60 ℃，60～70 ℃，以此類推，最后將各個(gè)溫度區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的車轍深度累加得到一年總車轍深度。

對(duì)于特定的瀝青路面，獲得全年路面溫度分布數(shù)據(jù)比較困難。在此情況下，可以通過(guò)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料——?dú)鉁胤植紨?shù)據(jù)，預(yù)測(cè)路面溫度分布狀況。在此方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究，得出了許多較為完善的預(yù)測(cè)模型。如美國(guó)SHRP提出的路表溫度與空氣溫度的換算模型[9],如式(2)所示。

Tsurf=Tair-0.006 18Lat2+0.228 9Lat+24.4，

(2)

式中，Tsurf為瀝青路面表面溫度；Tair為路面所在當(dāng)?shù)貧鉁?；Lat為路面所在地緯度。

通過(guò)上述方法，可以得到被預(yù)測(cè)瀝青路面全年處于不同溫度區(qū)域內(nèi)的時(shí)間。

2.2不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度

試驗(yàn)溫度不同，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不同。實(shí)際路面不同季節(jié)、不同日期、不同時(shí)段均處于不同的溫度區(qū)域，應(yīng)該分別考慮不同溫度區(qū)域下的瀝青路面車轍問(wèn)題。

關(guān)于瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度與溫度的關(guān)系，已有較多的研究成果，例如相關(guān)研究表明，瀝青混合料在達(dá)到軟化點(diǎn)之前，其動(dòng)穩(wěn)定度值隨試驗(yàn)溫度的變化可認(rèn)為近似成線性變化[10]。但當(dāng)瀝青混合料類型、升溫及降溫速率不同時(shí)，溫度與瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系也隨之不同。在使用預(yù)測(cè)模型式(1)時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體瀝青路面使用的瀝青混合料，進(jìn)行不同溫度下的室內(nèi)車轍試驗(yàn)，測(cè)試不同溫度下的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，從而建立瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度與溫度的關(guān)系模型。車轍試驗(yàn)溫度應(yīng)與2.1節(jié)中的溫度分區(qū)對(duì)應(yīng)，建議試驗(yàn)溫度分別為35，45 ℃和55 ℃。此外，盡管瀝青的黏彈性受升溫及降溫速率的影響較大，即瀝青路面車轍發(fā)生及發(fā)展對(duì)升溫及降溫速率較為敏感，但由于預(yù)測(cè)模型中的車轍深度是將各溫度區(qū)域產(chǎn)生的車轍深度相加，且在各溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行車轍試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)溫度分別取35，45 ℃和55 ℃。因此，在本預(yù)測(cè)模型中，升溫及降溫速率對(duì)于車轍的預(yù)測(cè)結(jié)果影響較小。

2.3不同使用年限的動(dòng)穩(wěn)定度

瀝青路面自建成通車后，其內(nèi)部瀝青會(huì)由于陽(yáng)光照射等自然環(huán)境原因發(fā)生老化，從而使瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著使用年限的增加發(fā)生變化。其表現(xiàn)在車轍發(fā)展方面，早期瀝青路面動(dòng)穩(wěn)定度較小，車轍發(fā)展較快；隨使用時(shí)間的增加，瀝青混合料出現(xiàn)老化，動(dòng)穩(wěn)定度增加，車轍發(fā)展變緩。

國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)在瀝青混合料模擬老化方面進(jìn)行了相關(guān)研究，根據(jù)美國(guó)SHRP的研究，采用135 ℃，4h的短期老化后的松散混合料，大體相當(dāng)于瀝青混合料在施工現(xiàn)場(chǎng)拌和后在鋪筑過(guò)程中的老化，而采用85 ℃，5d的長(zhǎng)期老化后的壓實(shí)混合料，大體相當(dāng)于瀝青路面使用5～7a服務(wù)年限里的老化過(guò)程[7]。

在使用預(yù)測(cè)模型式(1)時(shí)，應(yīng)借鑒目前現(xiàn)有模擬試驗(yàn)方法，測(cè)試不同老化程度的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，以近似模擬瀝青路面使用期內(nèi)不同使用階段的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。

2.4累積當(dāng)量小時(shí)軸次

根據(jù)有關(guān)規(guī)范調(diào)查被預(yù)測(cè)道路的交通量，或采用道路的設(shè)計(jì)交通量作為初始交通量，根據(jù)設(shè)定的交通量增長(zhǎng)率可以計(jì)算出預(yù)測(cè)年限內(nèi)每年的交通量，用于模型計(jì)算。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[12]中將各種車型的不同軸載換算成BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次的方法要求，在收集當(dāng)?shù)亟煌繑?shù)據(jù)時(shí)需分車型統(tǒng)計(jì)，以便按照規(guī)范中以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力或以半剛性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的換算公式，將各級(jí)軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量小時(shí)軸次。然后根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)年限和年平均增長(zhǎng)率等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)年的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量，進(jìn)而用以計(jì)算瀝青路面從建成通車到預(yù)測(cè)當(dāng)年的累積當(dāng)量小時(shí)軸次。

2.5預(yù)測(cè)模型中其他相關(guān)數(shù)據(jù)

預(yù)測(cè)模型式(1)中的其他相關(guān)數(shù)據(jù)，主要包括C1，C2，C3，分別為基層類型系數(shù)、車道分布系數(shù)、交通條件的影響系數(shù)。其中，基層類型C1半剛性基層與剛性基層取1，柔性基層取1.5[11]；車道分布系數(shù)C2可根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[12]表3.1.6規(guī)定取值，如常見(jiàn)的雙向四車道公路可取0.7；交通條件的影響系數(shù)C3可根據(jù)當(dāng)?shù)赜袩o(wú)長(zhǎng)期特殊交通管制情況，取值為0.8～1.2，一般情況下取1.0。如由于特殊的長(zhǎng)期交通管理措施，當(dāng)交通量小于預(yù)計(jì)交通量時(shí)取低值，當(dāng)交通量高于預(yù)計(jì)交通量時(shí)取高值。

3　車轍預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用與驗(yàn)證

本研究根據(jù)實(shí)際瀝青路面車轍發(fā)展與室內(nèi)車轍試驗(yàn)的車轍發(fā)展具有相似性的原理，建立了累積型流動(dòng)型車轍預(yù)測(cè)模型，該模型涉及了溫度分區(qū)、不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度、不同使用年限的動(dòng)穩(wěn)定度、使用期內(nèi)的交通量預(yù)測(cè)等問(wèn)題。下面，結(jié)合具體試驗(yàn)工程，對(duì)預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用方法和預(yù)測(cè)精度進(jìn)行介紹。

3.1試驗(yàn)路概況

2010年河北省邯鄲市邯臨公路改擴(kuò)建工程，修建了多種路面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)路。該公路原為二級(jí)公路，通過(guò)本次改擴(kuò)建升級(jí)為一級(jí)公路。

所修建的試驗(yàn)路，是將原有瀝青路面進(jìn)行銑刨后加鋪兩層瀝青混凝土，厚度分別為5cm和7cm。試驗(yàn)路共計(jì)5段，每段400m，試驗(yàn)路路面材料和結(jié)構(gòu)如表1所示。在室內(nèi)分別進(jìn)行了各種瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、不同溫度動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)和室內(nèi)雙層動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。室內(nèi)雙層動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)的上、下層瀝青混合料厚度均為5cm，總厚度為10cm?，F(xiàn)有研究表明，一般情況下，瀝青路面流動(dòng)性車轍主要產(chǎn)生在道路表面下10cm內(nèi)，因此本研究以室內(nèi)10cm厚雙層動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果近似表征實(shí)際全厚瀝青路面(12cm)的動(dòng)穩(wěn)定度。雙層動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示[13]。

表1　試驗(yàn)路鋪筑方案Tab.1　Paving scheme for test road

3.2模型參數(shù)計(jì)算

(1)路面溫度

對(duì)試驗(yàn)路所在地區(qū)的氣溫和路面溫度進(jìn)行了調(diào)查和分析，建立了氣溫與路面溫度的預(yù)測(cè)模型，見(jiàn)式(3)所示。

(3)

式中，x為某一時(shí)刻的大氣溫度；y為相應(yīng)時(shí)刻的路面溫度。

根據(jù)式(3)和試驗(yàn)路所在地氣溫?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貜?012年5月1日到2013年4月30日，路面溫度處于30～40 ℃的共407h，路面溫度處于40～50 ℃的共33h。

(2)不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度

瀝青的性能對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度影響較大，本研究選取70#A級(jí)瀝青進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052—2000)進(jìn)行相關(guān)性能指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

進(jìn)行基質(zhì)AC-13、基質(zhì)AC-16瀝青混合料在不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3[14]。經(jīng)回歸分析得到溫度與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系，如式(4)所示。

表2　瀝青技術(shù)指標(biāo)Tab.2　Technical indicators of asphalt

表3　不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度Tab.3　Dynamic stability values at different temperatures

注：()中為平均溫度值。

需要指出的是，如前所述，不同瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變化較大，所建立的關(guān)系式有所不同。在使用本預(yù)測(cè)模型進(jìn)行車轍預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的路面結(jié)構(gòu)組合，進(jìn)行相應(yīng)的室內(nèi)車轍試驗(yàn)或收集相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)建立不同試驗(yàn)溫度與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系式，使得車轍預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

DS=-142.9T+10 579，R2=0.979 3，

(4)

式中，T為試驗(yàn)溫度；DS為相應(yīng)試驗(yàn)溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度。

(3)不同路齡的混合料動(dòng)穩(wěn)定度

瀝青混合料隨著使用年限的增加，開(kāi)始階段時(shí)的車轍變形增加較快，但隨著老化的不斷加強(qiáng)，路面車轍變形逐漸遞減，當(dāng)使用壽命達(dá)到一定程度后，動(dòng)穩(wěn)定度趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

本文借鑒有關(guān)研究資料的試驗(yàn)結(jié)果[15-16]，將不同老化程度的瀝青混合料折算為不同使用年限的瀝青混合料，對(duì)瀝青路面使用年限與混合料動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系進(jìn)行擬合，結(jié)果如式(5)所示。

(5)

式中，DSij為第i年第j溫區(qū)的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度；DS0j為第j溫區(qū)瀝青混合料的初始動(dòng)穩(wěn)定度，由室內(nèi)車轍試驗(yàn)測(cè)定；i為預(yù)測(cè)年限(≤15)。

(4)交通量

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了公路開(kāi)放交通后的交通量，將車型分為小、中、大客車，小、中、大貨車以及拖掛車等幾類，分車型統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)路當(dāng)?shù)氐漠?dāng)量小時(shí)交通量，并采用常見(jiàn)車型的BZZ-100設(shè)計(jì)軸載，根據(jù)規(guī)范中計(jì)算當(dāng)量軸次的方法計(jì)算當(dāng)量小時(shí)軸次，根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果，該路段當(dāng)量小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸次為23.41次/h。

3.3試驗(yàn)路車轍預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

根據(jù)本文提出的預(yù)測(cè)模型以及確定的相關(guān)計(jì)算參數(shù)，對(duì)不同使用年限的路面車轍深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。由于該試驗(yàn)路基層均為半剛性基層材料，因此基層類型系數(shù)C1均取1。試驗(yàn)路各路段均為雙向四車道，車道分布系數(shù)C2取0.7。未考慮采取特殊長(zhǎng)期交通管制措施，交通條件的影響系數(shù)C3取1.0。

表4　試驗(yàn)路車轍深度預(yù)估Tab.4　Predicted rutting depths of test road

試驗(yàn)路于2010年10月竣工后開(kāi)放交通。自2011年4月起，每6個(gè)月對(duì)試驗(yàn)路段和普通路段進(jìn)行車轍深度的跟蹤檢測(cè)，截至2013年5月共計(jì)進(jìn)行了5次車轍檢測(cè)。車轍檢測(cè)結(jié)果和前述車轍預(yù)測(cè)結(jié)果匯總，如表5和圖1所示。圖1中同時(shí)列出了今后10年的車轍深度預(yù)測(cè)結(jié)果。

表4和圖1表明，在不考慮超載等情況下，試驗(yàn)路路面車轍預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值有較好的相關(guān)性。除原設(shè)計(jì)路段外，車轍實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值的最大絕對(duì)誤差值不超過(guò)3mm，相對(duì)誤差值基本在20%以內(nèi)，由于本試驗(yàn)路產(chǎn)生的實(shí)際車轍深度較小，因此用絕對(duì)誤差值來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性較為合理?？梢?jiàn)建立的瀝青路面車轍預(yù)測(cè)模型和計(jì)算方法具有較好的可靠性和準(zhǔn)確性，可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)瀝青路面車轍深度的發(fā)展過(guò)程。

表5　試驗(yàn)路車轍深度預(yù)估值與實(shí)測(cè)值的比較Tab.5　Comparison of predicted values and measuredvalues of rutting depths

圖1　試驗(yàn)路車轍深度預(yù)估值與實(shí)測(cè)值的比較Fig.1　Comparison of predicted values and measured values of rutting depths in test road

此外，由于本文提出的車轍預(yù)測(cè)模型是基于雙層車轍(10cm厚)動(dòng)穩(wěn)定度DS得到的，對(duì)于其他厚度的瀝青路面，建議通過(guò)進(jìn)行與實(shí)際路面相同厚度的全厚度車轍試驗(yàn)測(cè)定DS值，或者建立不同厚度瀝青混合料DS與標(biāo)準(zhǔn)DS對(duì)應(yīng)關(guān)系的方法，確定實(shí)際瀝青路面的DS。

4　結(jié)論

本文研究可以得到以下結(jié)論：

(1)建立了室內(nèi)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS與實(shí)際路面流動(dòng)型車轍之間的關(guān)系模型，將高溫穩(wěn)定性室內(nèi)最常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)穩(wěn)定度，與實(shí)際路面最典型的病害類型車轍建立了定量關(guān)系，為設(shè)計(jì)和施工人員提供了一種進(jìn)行路面瀝青混合料選擇和設(shè)計(jì)的定量方法，具有創(chuàng)新性。

(2)提出的預(yù)測(cè)模型具有較好的準(zhǔn)確性和可靠性，2.5a的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，最大誤差在3mm以內(nèi)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(3)本文給出了模型計(jì)算參數(shù)的計(jì)算方法，包括路面溫度預(yù)測(cè)、不同溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度預(yù)測(cè)、不同使用年限的動(dòng)穩(wěn)定度預(yù)測(cè)等，可為相關(guān)研究提供借鑒，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

References:

[1]鄧學(xué)鈞. 路基路面工程[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

DENGXue-jun.RoadSubgradeandPavementEngineering[M].Beijing：ChinaCommunicationsPress，2008.

[2]蘇凱，孫立軍. 高等級(jí)公路瀝青混凝土路面車轍預(yù)估方法研究綜述[J]. 公路，2006(7)，18-24.

SUKai，SUNLi-jun.ASummaryofRuttingPredictionMethodonHighGradeAsphaltConcretePavements[J].Highway, 2006(7)，18-24.

[3]FWATF,TANSA,ZHULY.RuttingPredictionofAsphaltPavementLayerUsingC-φModel[J] .JournalofTransportationEngineeringASCE, 2004,130(5):675-683.[4]徐世法，朱照宏. 按粘彈性理論預(yù)估瀝青路面車轍[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1990，18(3)：299-305.

XUShi-fa，ZHUZhao-hong.PredictionofRuttinginAsphaltPavementsbyUsingViscoelasticTheory[J].JournalofTongjiUniversity，1990，18(3)：299-305.

[5]俞建榮，李一鳴. 輪轍試驗(yàn)的車轍預(yù)估模型探討[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1992，5(3)：22-27.

YUJian-rong，LIYi-ming.ResearchonRuttingPredictionModelofWheelTrackTest[J].ChinaJournalofHighwayandTransport，1992，5(3)：22-27.

[6]張登良,李俊. 高等級(jí)道路瀝青路面車轍研究[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1995，8(1)：23-29.

ZHANGDeng-liang，LIJun.PredictionofRutthinginAsphaltPavement[J].ChinaJournalofHighwayandTransport，1995，8(1)：23-29.

[7]JTGE20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

JTGE20—2011，StandardTestMethodsofBitumenandBituminousMixturesforHighwayEngineering[S].

[8]蘇凱，孫立軍. 瀝青路面車轍產(chǎn)生機(jī)理[J]. 石油瀝青，2006, 20(4)：1-7.SUKai，SUNLi-jun.MechanismofRuttingforAsphaltPavement[J].PetroleumAsphalt，2006, 20(4)：1-7.

[9]沈金安. 瀝青及瀝青混合料路用性能[M]. 北京：人民交通出版社，2001.SHENJin-an.RoadPerformanceofAsphaltandAsphaltMixture[M].Beijing：ChinaCommunicationsPress，2001.

[10]孟書(shū)濤，黃曉明，范要武，等. 瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)的分析[J]. 公路交通科技，2005，22(11)：18-21，53.

MENGShu-tao，HUANGXiao-ming，F(xiàn)ANYao-wu，etal.AnalysisofDynamicStabilityTestforHMAHighTemperaturePerformance[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2005，22(11)：18-21，53.

[11]丁立亞，張金喜. 基層類型對(duì)瀝青路面車轍深度影響的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析[J]. 中外公路，2015，35(3):71-76.

DINGLi-ya，ZHANGJin-xi.StatisticalAnalysisofBaseTypesAffectingAsphaltPavementRuttingDepth[J].JournalofChina&ForeignHighway，2015，35(3):71-76.

[12]JTGD50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

JTGD50—2006，SpecificationsforDesignofHighwayAsphaltPavement[S].

[13]王淑穎. 瀝青混合抗車轍性能影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)，2011.

WANGShu-ying.StudyonInfluenceFactorsandEvaluationIndexofAnti-ruttingPerformanceofBituminousMixtures[D].Beijing：BeijingUniversityofTechnology，2011.

[14]宋程. 瀝青混合料高視認(rèn)性及車轍預(yù)測(cè)模型的研究[D] . 北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

SONGCheng.StudyonHighVisibilityandRuttingDepthPredictionModelofBituminousMixtures[D].Beijing：BeijingUniversityofTechnology，2012.

[15]張玉峰.瀝青混合料老化后路用性能研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

ZHANGYu-feng.StudyofPavementPerformanceofAgedAsphaltMixture[D].Changchun:JilinUniversity，2012.[16]胡芳.SBS改性瀝青混合料耐老化性能研究[J]. 山西交通科技，2012(5)：17-19.

HUFang.TheStudyonAnti-agingPropertiesofSBSModifiedAsphaltMixture[J].ShanxiScienceandTechnologyofCommunications，2012(5)：17-19.

Study on Predication Model of Rutting of Asphalt Pavement Based on Dynamic Stability

DING Li-ya

(Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Co., Ltd.，Beijing 100082, China)

In order to establish the quantitative relationship betweenDSvalue and rutting depth in asphalt pavement, the indoor single and double layers rutting tests at different temperature are carried out. Then, the prediction model of asphalt pavement rutting depth is established based onDStest theory. The model is calibrated and verified by the measured data of test road, considering the influence of temperature, traffic volume and type of base course of the pavement area. The study result shows that (1) the flowing type rutting on real pavement can be predicted by using the indoorDSvalue of asphalt mixture and other related parameters; (2) the rutting prediction model is reliable and accurate, the maximum error of rutting depth between measured values and predicted values is less than 3 mm, the model is valuable for using in practical engineering.

road engineering；asphalt pavement;rutting test；rutting prediction；dynamic stability；predication model

2015-09-10

丁立亞(1989-)，男，山東濰坊人，碩士.(dingliya@bmedi.cn)

U416.217

A

1002-0268(2016)08-0012-06

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.08.003