關于瀝青路面剩余壽命的研究方法

（重慶交通大學，重慶 400074）

從目前瀝青路面的使用情況來看，車轍、推移、擁包等永久變形已成為高等級瀝青路面的主要損壞形式．永久變形不僅影響行車速度和安全，更嚴重降低了路面的使用壽命，同時，其維修養護也較其他路面病害形式困難．由于結構層設計不合理、設計不適用以及材料設計參數有誤的原因，使得瀝青路面在使用壽命的早期即出現較大的永久性變形，影響了路面的使用．因此，本文以此為研究目標，提出研究永久性變形的形成機理以及在出現一定的永久性變形后路面的剩余壽命的方法．

1 主要研究方法

1.1 重復荷載作用下瀝青混合料永久變形試驗研究

以流變學模型理論為基礎，建立重復荷載作用下瀝青混合料的粘彈性本構模型，提出能反映瀝青混合料高溫抗變形特性的試驗方案及試驗條件（室內小型試驗及試槽試驗），研究不同溫度、偏應力下瀝青混合料重復荷載作用的永久變形規律，并對瀝青混合料力學模型進行參數最小二乘擬合和樣條插值，以實現不同試驗條件下永久變形規律的預測．

1.2 道路結構永久性變形模型的建立

以道路結構的不平整度為永久性變形的具體表現形式，在分析路面不平度測定方法和評價指標的基礎上，研究路面不平度時間域與空間域、幅值域與頻率域的轉化關系；基于路面不平度的測量原理和描述方法，建立路面不平度測量仿真模型，計算路面不平度指標與路面狀態參數（波長和幅值）的定量關系；并結合實測路段不平度數據，對路面不平度模型進行分析及求算．

1.3 不平整路面車輛動荷載研究

針對路面不平度引起的車輛振動，選擇國內高速公路上常見的二軸車，建立其四自由度和七自由度車輛—路面動力學模型，研究車輛對路面的動荷載及動荷載評價指標，仿真計算不平整路面引起的車輛動荷載和動載系數，并分析路面狀態參數（波長和幅值）、速度、載重、胎壓等因素對動荷載及動載系數的影響．

1.4 合理的瀝青路面典型結構研究

路面結構設計過程中，往往首先根據行車荷載計算設計彎沉值，然后假設各結構層的厚度及抗壓回彈模量值，再計算設計層的厚度．雖然要求進行結構層組合設計，但往往為人們所忽略．這也是很多道路竣工驗收時彎沉值符合要求，但很快出現永久性變形的原因．因此，在總結前面成果的同時，提出了結構層組合設計的參數值及具體方法．

1.5 考慮動荷載作用的瀝青路面永久變形預估方法

在對已有的永久變形預估方法分析評述基礎上，研究提出基于疊加原理的考慮溫度條件的瀝青路面永久變形預估模型；結合路面溫度實測數據，分析瀝青路面全年溫度分布情況；并利用路面結構有限元模型在各代表溫度下對瀝青路面結構進行應力分析，計算荷載作用范圍內瀝青面層各單元層的大、小主應力，最終建立瀝青路面永久變形預估流程，為瀝青路面永久變形方面的相關研究及瀝青路面的設計提供參考．

1.6 瀝青路面剩余使用壽命預估研究

在分析瀝青路面使用性能及壽命外在及內在影響因素的基礎上，根據前述研究成果，從能反映路面使用性能的平整度指標入手，對路面使用性能衰變規律進行研究，構建新的基于平整度的瀝青路面剩余壽命預估方法．結合高速公路實際路段實測數據進行實例計算，考慮動荷載、材料本身及路面環境的綜合作用，對預估流程中各參數進行確定，使之能對瀝青路面使用性能衰變規律及使用壽命進行較為準確的預估，為路面管理的科學決策提供依據．

2 技術路線

技術路線分為兩部分：一是理論分析，二是實驗研究．本文屬于理論分析．對實驗研究，主要包括室內小型試驗及試槽試驗．目的在于通過試驗觀測瀝青路面在荷載作用下的永久性變形發展情況．理論分析部分的技術路線如下圖所示．

圖1 研究項目技術路線圖

3 關鍵技術

3.1 路面不平整度模型的建立

以路面實測平整度結果為依據，分析建立路面不平整度模型．

3.2 不平整路面上的行車動荷載分析計算

建立數學模型分析研究路面不平整度與汽車動荷載之間的關系，分析計算路面的不平整度（沿路面縱向高低程度）引起的行駛車輛的附加動荷載．

3.3 動荷載作用下路面平整度變化研究

研究分析在不平整路面上行駛的汽車動荷載對路面的作用（動荷載作用下路面產生永久變形而引起路面不平整度的增加）及其與路面使用性能及品質衰減之間的關系．

3.4 以永久性變形狀況為標準的路面剩余壽命預估方法的提出

隨著路面使用年限的增加，路面會出現永久性變形，根據永久性變形的狀況，分析路面結構的剩余壽命，為養護部門提供依據．

4 結 論

4.1 經濟效益

本文成果的應用預計將產生巨大的經濟效益．成果直接用于指導合理及時制定瀝青路面的養護維修方案，這將發揮瀝青路面的使用功效，通過及時養護維修，避免破壞后再進行大修，可減少瀝青路面的維修費用，因此本項目預計有明顯的經濟效益．

4.2 社會效益

本文成果的應用將會正確認識瀝青路面的使用性能，通過合理及時進行養護維修而減少維修養護費用，提高路面的安全性，減少安全事故，節約運輸成本；本項目成果對于正確了解行車動荷載的作用及瀝青路面在動荷載作用下的反應有重要意義，對瀝青路面以動荷載進行路面設計有重要的理論意義．因此本項目預計具有良好的社會效益．

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

[2]徐世法，朱照宏.按粘彈性理論預估瀝青路面車轍[J].同濟大學學報，1990，18（3）.

[3]許志鴻.高等級公路路面結構的力學分析[J].半剛性基層瀝青路面，1990，18（2）：177-187

[4]俞建榮，李一鳴.輪轍試驗的車轍預估模型探討[J].中國公路學報，1992，5（3）.

[5]張登良，李俊.高等級瀝青路面車轍研究[J].中國公路學報，1995，8（1）

[6]孫淑東.瀝青路面的質量控制方法和內容[J].重慶交通大學學報：自然科學版，2003（S1）.

[7]黃曉明，張曉冰，鄧學鈞.瀝青路面車轍形成規律環道試驗研究[J].東南大學學報，2000，30（5）：96-100.

[8]梁乃興，曹源文，于清.路面不平整引起的動荷載及其對路面破壞作用的研究[R].重慶：重慶交通學院，2003．

[9]侯蕓，郭忠印，田波，等.動荷作用下瀝青路面結構的變形響應分析[J].中國公路學報，2002，15（3）：6-10.

[10]吳勇.路面剩余壽命預估[D].重慶：重慶交通大學，2006.

[11]孫麗，劉安恒.片石混凝土路面的溫度應力分析[J].重慶交通大學學報：自然科學版，2011（2）.