基于交通軸載的長路齡路面抗裂性能分析

摘要 公路瀝青路面在車輛軸載持續作用下，其抗裂性能顯著下降，極易產生路面裂縫等病害，影響道路使用性能，縮短服役年限。為探究車輛軸載對瀝青路面材料抗裂性能的影響，保證瀝青路面施工質量，文章以某現役高速公路為依托，采用鉆芯法提取瀝青路面芯樣，通過SCB試驗獲取路面上、中、下面層中溫和低溫條件下的斷裂能，并借助JMP系統對斷裂能與交通軸載次數ESAL實施擬合。結果顯示：當交通軸載次數ESAL逐漸增加時，上、下面層中低溫抗裂性能呈現下降趨勢，相較于低溫條件下，其中溫抗裂能力下降幅度更大。

關鍵詞 公路工程項目；瀝青路面；累計軸載；回歸分析

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0133-03

0 引言

近年來，隨著經濟水平的不斷提升，公路交通量、載重量持續增大，加劇了公路路面的破壞，路用性能顯著降低，影響行車安全性、穩定性，縮短道路使用年

限[1-3]。為此，該文依托某高速公路項目實例，通過鉆芯取樣及SCB試驗，系統分析了交通軸載對瀝青路面抗裂性能的影響，對提升公路瀝青路面使用性能，保證行車安全，具有重要意義。

1 既有路面材料抗裂性能分析

1.1 路面取芯

某現役公路項目設計使用年限為20年，截至目前該公路服役年限已達27年之久，遠遠超過設計使用期限，瀝青路面產生大量裂縫、坑槽、擁包等質量病害，路用性能顯著下降，雖運營期間進行了大、中修處理，但效果并不理想[4]。為獲得該公路瀝青路面各結構層技術參數，確定采取鉆芯法進行取樣。

1.2 芯樣材料參數

結合該公路項目設計、施工及養護信息，獲得鉆芯路段瀝青路面基本構造示意，如圖1所示。

為更加深入了解瀝青路面各結構層技術狀況，通過表干法試驗測定路面上、中、下面層相關技術指標，具體檢測結果見表1所示。

1.3 不切縫SCB試驗

試驗原理：SCB試驗早期主要針對巖土體力學性能實施檢測[5]，隨著技術的逐步完善，其應用范圍越來越廣，并在瀝青摻合料低溫性能檢測方面得到了廣泛運用。研究顯示：與梁式構件相比，半圓構件分割時造成的破壞不大，并且平行構件變異性極小，因此針對變異性大的試件，通過SCB試驗進行檢測較為可行。該文主要針對中、低溫條件下車輛軸載作用對瀝青路面抗裂性能的影響展開分析，芯樣規格為φ150.0 mm，上、中、下面層厚依次為4.0 cm、5.0 cm和5.0 cm，對稱分割并不切縫[6]。中、低溫測試溫度分別控制在15℃和-10℃，通過試驗檢測獲得車輛軸載－位移變化規律曲線，并求出芯樣斷裂能Gf，據此對瀝青路面材料抗裂能力實施評估，斷裂能表達式為：

（1）

式中：Gf——斷裂能（J/m2）；Wf——斷裂功（J）；Alig——SCB破裂面積（mm2）。

Alig=b×（d-ND） （2）

式中：b——芯樣厚（mm）；d——芯樣半徑（mm）；ND——切縫長（mm）。

中、低溫SCB試驗檢測數據見下表2、表3所示。

2 交通軸載與材料抗裂性能影響分析

現階段，公路路面設計時常根據累計當量軸載數選擇路面材料，所以該文采用累積當量軸載數ESAL對交通荷載實施評估。根據該公路項目實際情況，并結合相關部門提供的統計信息，經數值換算獲取該公路項目累計軸載數量ESAL。

為準確獲得瀝青路面中、低溫抗裂能力與累計軸載數量ESAL相關性，借助JMP系統對斷裂能與交通軸載次數ESAL實施單項擬合分析[7]。

2.1 中溫SCB試驗結果

通過中溫SCB試驗得到交通軸載作用下瀝青路面中溫抗裂性能變化規律，并通過JMP系統依次對各結構層斷裂能與ESAL相關性實施擬合分析，擬合結果見下圖2～4及表4～6所示。

根據以上圖表可知：上、中、下面層擬合得到的p值依次為0.012 89、0.768 41和0.032 61，相較于上、下面層，中面層擬合P值較大，遠遠高于標準值0.05，說明交通軸載數量ESAL與中面層中溫抗裂性能相關性不大，而上、下面層中溫抗裂性能與ESAL相關性較大，并且ESAL越大，上、下面層中溫抗裂能力下降幅度越大。上、下面層中溫斷裂能擬合表達式分別為Gf（J/m2）

=6 318.850 8-1.846 031 7×ESAL（萬次）和Gf（J/m2）

=6 345.775 7-1.005 027 6×ESAL（萬次）。

2.2 低溫SCB試驗結果

通過低溫SCB試驗得到交通軸載作用下瀝青路面低溫抗裂性能變化規律，通過JMP系統依次對各結構層斷裂能與ESAL相關性實施擬合分析[8]，詳細結果如下：

（1）上、中、下面層擬合得到的p值依次為0.020 5、

0.267 8和0.010 3，相較于上、下面層，中面層擬合P值較大，遠遠高于標準值0.05，說明交通軸載數量ESAL與中面層低溫抗裂性能相關性不大，而上、下面層中溫抗裂性能與ESAL相關性較大。

（2）ESAL越大，上、下面層低溫抗裂能力下降幅度越大。上、下面層低溫斷裂能擬合表達式分別為Gf

（J/m2）=1 992.091 3-0.432 116 3×ESAL（萬次）和Gf

（J/m2）=2 074.366 8-0.482 887 5×ESAL（萬次）。

2.3 中低溫結果比較

通過以上分析可知，交通軸載數量ESAL對該公路項目中面層中、低溫抗裂能力影響較小，對上、下面層影響較大，并且ESAL越大，上、下面層低溫抗裂能力下降幅度越大。

同時，相較于低溫環境下上、下面層回歸算式斜率，中溫環境下的回歸算式斜率更大，充分說明該公路項目瀝青上、下面層中溫抗裂性能與ESAL相關性更大，即ESAL越大，上、下面層中溫抗裂能力下降幅度更大[9-10]。

3 結語

綜上所述，該文章結合某現役高速公路項目案例，通過鉆芯取樣及SCB試驗，對交通軸載作用下瀝青路面上、中、下面層中、低溫抗裂性能實施分析，并借助JMP系統對斷裂能與交通軸載次數ESAL相關性實施擬合，得出如下結論：

（1）交通軸載數量ESAL與中面層中、低溫抗裂性能相關性較小，與上、下面層中、低溫抗裂性能相關性較大，并且ESAL越大，上、下面層中溫抗裂能力下降幅度越大。

（2）相較于低溫環境下上、下面層回歸算式斜率，中溫環境下的回歸算式斜率更大，充分說明該公路項目瀝青上、下面層中溫抗裂性能與ESAL相關性更大，即ESAL越大，上、下面層中溫抗裂能力下降幅度更大。

參考文獻

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收稿日期：2024-12-14

作者簡介：郭小華（1987—），男，本科，工程師，主要從事高速公路管理工作。