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

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(guó)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(guó)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。基層厚度和模量增加，都會(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。