鋪砂參數對路面構造深度的影響分析

王貴斌

（上海建工股份有限公司,上海市 200032）

0 引言

路面表面的構造深度（TD）又稱紋理深度，是表征路面粗糙度的重要指標，它與路表抗滑性能、排水、噪聲等都有一定關系。我國將構造深度定義為“將細砂鋪在路面上，計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，從而求得構造深度”，并選用0.15～0.3 mm的標準砂，砂的體積采用25 mL。對于砂的粒徑和體積，日本鋪裝試驗法便覽7-7規定，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，該規定比較合理[1]。此外，輪胎規格不同，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，相應的它的輪胎規格適用為155/65R 13～175/70R 14這個范圍內，即輪胎寬度為155～175 mm；大型轎車排量在1.6～6.0之間，輪胎規格相應的在185/60R 14～245/50R 18這個范圍內，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律研究的眾多試驗方法中，加速加載磨耗試驗是應用最為廣泛的一種，但受限于室內空間和儀器設備的大小，試驗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，致使構造深度測定結果誤差的增大[6]。這種情況下，仍然采用《公路路基路面現場測試規程》（JTG E40-2008）中“圓形”這種鋪砂方法并不是十分科學、合理。

式中：TD——路面表面構造深度，mm；

V——砂的體積，25 mL；

D——攤平砂的平均直徑，mm。

由式（1）可知，構造深度計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則形狀，通過測邊量高計算鋪砂面積，同樣可以求得構造深度TD。考慮到眾多幾何形狀中面積計算的難易程度不同，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造深度的影響，并與規程中標準測定條件下鋪砂法測試結果進行比較[7,8]。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料及配合比

本試驗所選用原材料均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）、《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30-2003）中相應要求。本文選取3種不同構造深度的路面結構類型：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造息息相關，進而對路表構造深度產生直接影響，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計如表1、表2所示。

1.2 試驗方法

露石水泥混凝土、AC-13瀝青混合料、刻槽水泥混凝土3種路面結構類型均成型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造深度，并與標準測定條件下圓形鋪砂形狀構造深度測試結果進行比較。

表1 AC-13瀝青混合料礦料級配

表2 水泥混凝土配合比

2 試驗結果與分析

2.1 鋪砂寬度對構造深度的影響分析

本文選取10 cm、15 cm、20 cm三個鋪砂寬度進行3種路面結構構造深度測試，分析鋪砂寬度對構造深度的影響。不同鋪砂寬度下構造深度測試結果見表3及圖1～圖3所示。

表3 不同鋪砂寬度下構造深度測試結果（單位：mm）

圖1 露石水泥混凝土構造深度與鋪砂寬度關系圖示

圖2 AC-13瀝青混合料構造深度與鋪砂寬度關系圖示

圖3 刻槽水泥混凝土構造深度與鋪砂寬度關系圖示

由圖1～圖3可以看出，與構造深度標準值相比，不同鋪砂寬度下構造深度測試值均具有較好的相關性，但不同路面結構類型又表現出不同的規律性。由圖1可知，隨著鋪砂寬度的增加，露石水泥混凝土構造深度測試值逐漸增大，與構造深度標準值差值也愈來愈大。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造深度測試值呈現逐步下降的趨勢，二者相比，刻槽水泥混凝土變化更加平緩，與構造深度標準值之差也更趨于穩定。這與“長方形”構造深度試驗方法所得鋪砂形狀有關，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生，鋪砂形狀越趨向于不規則化，這樣鋪砂面積計算值也就越不準確。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，試驗所得構造深度越準確，規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，亦即與不同路面結構類型下構造深度值的大小直接相關。露石水泥混凝土路面構造深度較大，鋪砂寬度為10 cm時，形狀較接近正方形，故構造深度實測值較接近標準值；AC-13瀝青混凝土路面構造深度較小，在20 cm鋪砂寬度下，構造深度實測值具有更好的精確度，構造深度更小的刻槽水泥混凝土路面構造深度實測值具有相同的規律性。

2.2 鋪砂量對構造深度的影響分析

本文選取 20 mL、25 mL、30 mL、35 mL四個鋪砂量進行3種路面結構構造深度測試，分析鋪砂量對構造深度的影響。不同鋪砂量下構造深度測試結果見表4及圖4～圖6所示。

表4 不同鋪砂量下構造深度測試結果（單位：mm）

圖4 露石水泥混凝土構造深度與鋪砂量關系圖示

圖5 AC-13瀝青混合料構造深度與鋪砂量關系圖示

圖6 刻槽水泥混凝土構造深度與鋪砂量關系圖示

由圖4～圖6可知，與2.1小節試驗結果相近，不同路面結構類型條件下構造深度隨鋪砂量同樣表現出不同的規律。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造深度實測值逐漸減小，這與露石水泥混凝土路面較大的紋理深度有關。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”形狀的出現造成構造深度實測值較大的誤差。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造深度實測值也隨之改變，但與圖4所示不同，后者構造深度實測值均出現“波峰、波谷”值，這是因為在鋪砂量為25 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，故構造深度實測值出現極值。極值之后，增加鋪砂量反而對構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紋理構造的均勻性，新建路面局部均勻性較好，但運營一段時間后車轍的產生勢必會影響路表紋理構造的均勻性。本文選取無車轍和車轍試驗后兩個路表局部均勻性變化量，針對AC-13瀝青混合料進行構造深度測試，分析路表局部均勻性對構造深度的影響。不同局部均勻性條件下構造深度測試結果見表5所示。

表5 不同路表局部均勻性下構造深度測試結果

為了保證試驗準確性，本試驗保留1組對照試驗，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輪跡帶范圍內。

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

3 結論

（1）路面結構表面紋理不同，鋪砂寬度對其影響也不盡然相同。基于本文研究，筆者認為在相同鋪砂量條件下，構造深度較大者適宜較小的鋪砂寬度，反之亦然。

（2）鋪砂量對構造深度測定的影響尤為突出，構造深度越大，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，路表紋理表現出局部不均勻性，構造深度優化測定方法具有更佳的適用性。

[1]JTG E40—2008，交通部公路科學研究院.公路路基路面現場測試規程[S].

[2]CHEN Yu,ZHANG Qisen.Test Study on Abrasion of Skid-resistant Textures on Concrete Pavements[C].GeoHunan International Conference 2009,Asphalt Material Characterization,Accelerated Testing,and Highway Management:107-115.

[3]沈娟.室內測定構造深度的數據處理方法 [J].中國水運，2008（1）:167-168.

[4]郎全棟，聶忠義，伏橋.國產和進口汽車輪胎規格代號的表示方法[J].汽車與配件，1997（1）:21-22.

[5]郭知濤.刻槽水泥混凝土路面抗滑降噪特性研究[D].西安：長安大學，2009.

[6]葉志成，朱朝輝.瀝青路面均勻局部的構造深度的影響因素灰熵分析[J].公路交通科技（應用技術版），2010（7）：176-178.

[7]肖鵬飛，韓森，楊朝暉.路表紋理及路面抗滑性能在交通磨光作用下的變化研究[J].中外公路，2010（6）:34-38.

[8]鄭曉光，朱云升，叢林.應用構造深度評價瀝青混合料離析[J].公路，2005（12）:175-179.