半剛性基層瀝青路面高溫修正系數研究

朱志遠

(江蘇揚子大橋股份有限公司，江蘇 靖江　214521)

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半剛性基層瀝青路面高溫修正系數研究

朱志遠

(江蘇揚子大橋股份有限公司，江蘇 靖江214521)

摘要：基于彈性層狀理論,運用apbi計算程序，考慮高溫對瀝青混合料模量的影響，采用路表彎沉值為指標，基于大量計算數據分析溫度對半剛性基層瀝青路面軸載換算的影響，并結合江蘇地區的具體情況，給出了高溫修正系數β的建議值，約為1.73。

關鍵詞：軸載換算；彎沉； 高溫修正系數

1高溫修正系數的基本概念

不同軸載對路面結構產生不同的影響, 即使是相同的軸載, 在不同溫度下對路面結構疲勞損壞的影響也是不同的。溫度較低時，瀝青混合料的抗壓模量增大，軸載對路面的破壞作用小于正常溫度時對路面的破壞；而溫度較高時，瀝青混合料的抗壓模量降低，軸載對路面結構的破壞明顯高于正常溫度時對路面的破壞。因此,在進行軸載換算確定當量軸次時, 應考慮軸載在高溫時對路面的影響, 這就是軸載換算的高溫修正系數的概念。

我國瀝青路面設計中, 尚未對軸載換算進行溫度修正, 也未引入相應的軸載換算高溫修正系數, 而是簡單地將所有溫度下的車輛均按軸載換算公式(1)，換算成標準軸載p的當量作用次數。

(1)

2高溫修正系數與高溫影響系數的關系

路面結構在不同軸載作用下，彎沉比的簡化公式(2)如下

(2)

式中:P1、P2為試驗車輛的軸載;L1、L2為相應于軸載為P1、P2的實測輪隙回彈彎沉值;b為與路面結構有關的指數,我國經過大量不同軸載作用下的彎沉對比試驗，確定了b的經驗值為0.88。

利用彎沉等效的原則，來確定高溫修正系數β與高溫影響系數K時的關系。高溫影響系數K可以理解為，高溫t1時在軸載P作用下，路表實測彎沉值為L,正常溫度t2時在軸載P作用下，路表彎沉值為L′，則L′=L/K，其中L′可以看做是軸載P′在溫度t1時的作用效果，很明顯，P′

經過分析可得，高溫時，由于瀝青路面面層的抗壓模量明顯減小，使得相同軸載產生的路表彎沉大于正常溫度時的彎沉。因此，只有在高溫時，把軸載P減小到P′，才能使其與正常溫度時軸載P產生的相同的路表彎沉值均為L′。

(3)

由式(3)可得

P=K1/bP′

(4)

由此可見, 高溫時軸載P′的作用與正常溫度時軸載P=K1/bP′的作用對路面造成的影響是等效的。又由軸載換算可得,

(5)

由(5)式可得,高溫修正系數跟高溫影響系數是5次方的關系,由此看出,溫度對軸載換算有很重要的影響。

3溫度對軸載換算的影響分析

國內外研究表明，瀝青的模量隨溫度有較大的變化，并不是一個定值，由于瀝青模量的變化，瀝青混合料的模量也會有較大的變化，使得不同溫度時測得的路邊彎沉變化較大。為了研究分析溫度對半剛性基層瀝青路面的軸載換算的影響, 《根據瀝青路面設計規范》(JTJ014-97),運用基于彈性層狀體系的apbi路面計算程序，選取我國典型的半剛性基層瀝青路面的材料參數,各層的結構參數和變化范圍如表1。

表1　半剛性基層瀝青路面各層的結構

參考規范要求，選取典型結構參數，擬定半剛性基層路面結構如圖1。

圖1　半剛性基層瀝青路面結構形式

考慮溫度對瀝青面層模量以及泊松比的影響，將瀝青面層的模量、泊松比與溫度的關系列于表2，考慮到基層與土基的模量隨溫度變化較小，為簡化計算，視為定值，基層和土基材料的彈性參數列于表3。

表2　瀝青混合料的彈性參數

表3　基層和突擊材料的彈性參數

根據apbi路面力學計算程序，繪出高溫修正系數β隨溫度的變化曲線，并考慮高溫修正系數β與瀝青面層厚度的影響關系。作用在路面的荷載采用我國現行路面設計規范中的單軸雙輪標準軸載BZZ-100，荷載作用如圖2，輪胎壓力取0.7 MPa,車輪荷載簡化為當量的雙圓均布荷載，當量圓半徑r取10.65 cm,當量圓圓心之間距離為31.95 cm。利用apbi程序，計算兩個當量圓中點A的路表彎沉值，取20 ℃時的彎沉值為正常溫度時的彎沉，用公式(5)，分別計算出高溫時的溫度修正系數β，再改變瀝青面層厚度，分別把每一層厚度加減1 cm，計算面層厚度為15 cm和21 cm時各溫度所對應的高溫修正系數，與原路面做比較，并繪出高溫修正系數β與溫度的關系曲線。

圖2　軸載作用示意圖

不同厚度時的高溫修正系數列于表4，不同面層厚度時的高溫修正系數與溫度的關系曲線如圖3所示。

表4　不同厚度時溫度修正系數與溫度的關系

圖3　不同面層厚度時高溫修正系數與溫度的關系曲線

圖4　不同厚度瀝青路面△β/△h隨溫度變化曲線

4江蘇地區高溫修正系數的建議值

試驗和理論分析表明, 路基和路面的模量對路表彎沉的影響是很大的, 而它又受溫度的影響, 即溫度升高, 會使路基和路面結構的模量降低, 造成路表彎沉的增大。

江蘇地區屬于夏炎熱冬冷區，在寧宿徐高速盱眙南段高速公路7月份夏天的實測路面溫度場數據如圖5。

圖5　夏季瀝青路面不同位置處溫度隨時間變化圖

由圖5可以看出，夏天時路表的最高氣溫可以超過60 ℃，故考慮夏天時的路面狀況作為最不利季節的因素作為參考。取日平均氣溫約45 ℃作為夏天每天的日平均氣溫，再次基礎上結合上文的計算內容，給出溫度修正系數β的建議值，約為1.73。

5結論

本文利用彈性層狀體系計算程序，對半剛性基層瀝青路面高溫修正系數進行計算分析，在大量計算數據的基礎上，通過對比分析，得出以下結論：

(1)相同的軸載在不同的溫度時對路面造成的損害也不相同，故有必要引進一個高溫修正系數β，在彎沉等效的前提下，使得高溫時軸載為P′時與正常溫度時軸載P對路面形成的彎沉相同。

(3)利用apbi計算程序，在彎沉等效的前提下，計算不同厚度瀝青面層得半剛性基層瀝青路面在不同溫度時的高溫修正系數β，并分析β與面層厚度變化的敏感關系。由數據分析可得，高溫修正系數隨溫度升高而增大，與瀝青面層厚度變化的敏感性隨溫度升高而減弱。結合江蘇地區夏季具體溫度狀況，給出建議的高溫修正系數值為1.73。

參考文獻：

[1]鄧學鈞，黃 衛，黃曉明．路面結構計算和設計電算方法[M]．南京：東南大學出版社，1997．

[2]鄧學鈞, 黃曉明. 路面設計原理與方法[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001.

[3]王妍薇. 豫東地區瀝青路面軸載換算的季節修正[J].公路與汽運,2009,(5).

[4]馬濤，黃曉明. 半剛性基層瀝青路面軸數系數研究[J].公路交通科技，2006,23(8).

Research on temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base

ZHU Zhi-yuan

(Transportation College of Southeast University, Jingjiang,jiangsu 210096, China)

Abstract:Based on the layer-elastic theory, apbi software is used to calculate the temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base. While the influence of temperature on the modulus of the pavement has been taken into consideration, using the deflection value to compare different axle-load exchange outcome under different temperature. The recommended temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base in Jiangsu province is about 1.73.

Keywords:axle-load exchange; deflection; temperature correction coefficient

中圖分類號：U416.223

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0029-03

作者簡介：朱志遠，男，助理工程師。

收稿日期：2016-02-11