張雪強(qiáng)

（貴州高速公路開發(fā)總公司，貴州 凱里556000）

1 概述

目前世界各國的公路特別是高速公路的設(shè)計(jì)理念日臻完善，發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)對(duì)公路的依賴已經(jīng)達(dá)到頂峰，各國也都力圖研究出新的更加可靠的評(píng)價(jià)方法并建立更好的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。由于利用野外長期路面觀測的方法來評(píng)價(jià)現(xiàn)有路面不具有普遍的適用性，數(shù)據(jù)采集不僅受時(shí)間的限制，而且受交通量和荷載大小的限制，操作周期較長，因此，加速加載試驗(yàn)作為一種嘗試，受到世界許多國家的青睞并逐漸發(fā)揮出了它的效用。

通過利用各種加速加載試驗(yàn)設(shè)備，可以對(duì)路面結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)進(jìn)行采集，包括各結(jié)構(gòu)層內(nèi)不同深度的車轍、形變、彎沉、層內(nèi)水平應(yīng)變和垂直壓應(yīng)力以及在荷載和環(huán)境因素影響下的各種破壞現(xiàn)象的描述等，進(jìn)而對(duì)路面的早期破壞機(jī)理進(jìn)行研究，對(duì)材料的路用性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，對(duì)瀝青路面車轍及其發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究，最后綜合各個(gè)參數(shù)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2 加速加載試驗(yàn)定義與設(shè)備

2.1 加速加載試驗(yàn)的基本概念及分類

加速加載試驗(yàn)的定義是：選用可控制的法定或超過法定的實(shí)際輪載，對(duì)實(shí)際使用中的、野外試驗(yàn)段或試驗(yàn)室里的路面結(jié)構(gòu)以及按比例縮小的低承載能力的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加速加載，通過重復(fù)荷載的連續(xù)作用以及模擬環(huán)境（水、溫度）的影響，在較短的時(shí)間內(nèi)使得路面結(jié)構(gòu)加速損壞，以模擬其在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的破壞規(guī)律，從而建立荷載和環(huán)境因素與路面結(jié)構(gòu)性能和功能性能變化的關(guān)系，為路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法、理論研究和施工工藝的改進(jìn)提供依據(jù)。

就加速加載試驗(yàn)設(shè)備來說，可分為野外足尺加速加載設(shè)備（ALF）、重載車輛仿真器（HVS）、移動(dòng)荷載仿真器（MLS）和小型荷載仿真器（MMLS3）；就加速加載試驗(yàn)的試驗(yàn)路段的形狀來說，可以分為環(huán)道試驗(yàn)和直道試驗(yàn)。

2.2 加速加載試驗(yàn)典型設(shè)備使用現(xiàn)狀

無論何種加速加載試驗(yàn)設(shè)備，雖然其類型和技術(shù)參數(shù)不同，但其工作的基本原理、試驗(yàn)功能和試驗(yàn)?zāi)康亩际窍嗨频?，下面介紹幾種典型的加速加載試驗(yàn)設(shè)備。

2.2.1HVS重載車輛模擬器

南非研制開發(fā)的重載車輛模擬試驗(yàn)車和相關(guān)技術(shù)能在3個(gè)月內(nèi)對(duì)公路路段的測試，預(yù)測出該條公路20年內(nèi)的使用性能。通過試驗(yàn)，可以測量出荷載等級(jí)的變化對(duì)永久變形、剪切破壞和開裂等路面響應(yīng)參數(shù)的影響，為路基路面設(shè)計(jì)提出具體的技術(shù)指標(biāo)。該項(xiàng)技術(shù)已在南非、美國的加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州、美國寒冷地區(qū)實(shí)驗(yàn)室、瑞典和芬蘭交通部門得到系統(tǒng)的應(yīng)用。

試驗(yàn)的目的就是調(diào)查使用HVS試驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測道路的長期路用性能的可行性，并且為將來的設(shè)計(jì)資料的收集和APT與實(shí)際路面行為進(jìn)行對(duì)比提供理論依據(jù)。另外，要把進(jìn)行HVS試驗(yàn)的路段的路用性能結(jié)果與經(jīng)過多年荷載壓力下的路面的實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過客觀分析以后來決定HVS試驗(yàn)段與在真實(shí)交通狀況和環(huán)境條件下的路段損壞是否具有相同的發(fā)展規(guī)律。

2.2.2ALF足尺加速加載設(shè)備

ALF的特點(diǎn)是單向加載，因渠化交通一般多為單向行駛，所加荷載能自動(dòng)模擬實(shí)際交通荷載的橫向分布，可選的橫向移動(dòng)模型分布包括標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布、窄分布和矩形分布，其中常用的為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布和窄分布。ALF是一個(gè)機(jī)動(dòng)可運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，以便于在實(shí)際公路或特殊修筑的試驗(yàn)路上使用。其詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表1：

表1 ALF設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.2.3 MLS移動(dòng)荷載仿真器

南非斯坦布利什大學(xué)交通技術(shù)研究所所長Fred Hugo院士與美國得克薩斯州交通廳聯(lián)合開發(fā)了MLS移動(dòng)荷載仿真器。該試驗(yàn)車與1995年開始投入使用，已經(jīng)完成了大量研究項(xiàng)目、報(bào)告和論文。該試驗(yàn)的目的是得出荷載破壞的方程式，確定路面的剩余壽命及對(duì)修補(bǔ)的方法的指導(dǎo)，還有路面新材料的路用性能鑒定等。

有關(guān)該試驗(yàn)車的技術(shù)參數(shù)見圖1和表2:

圖1 MLS試驗(yàn)設(shè)備簡圖

表2 MLS設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.2.4 MMLS3小型移動(dòng)荷載仿真器

南非研究人員在開發(fā)了具有與MLS性能相似的小型移動(dòng)荷載仿真器MMLS3。它是一個(gè)1/3比例的模擬器，特點(diǎn)是體積小、重量輕、便于移動(dòng)，即可在實(shí)驗(yàn)室，又可在實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用，主要用于測試公路路面結(jié)構(gòu)上部120mm的部分，也能測試公路上經(jīng)受水、低溫、高溫作用的情況[2]。有關(guān)該設(shè)備的具體技術(shù)參數(shù)見表3：

表3 MMLS3設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3 加速加載試驗(yàn)的研究成果

加速加載試驗(yàn)的目的是評(píng)價(jià)、驗(yàn)證和提高道路鋪面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并使路面破壞模式標(biāo)準(zhǔn)化，以延長其使用壽命。試驗(yàn)的對(duì)象是典型路面結(jié)構(gòu)和典型材料，為了使其具有可比性，試驗(yàn)路一般都要用常規(guī)的施工機(jī)械按標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝修建，以保證試驗(yàn)路與實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)相同或接近。

通過對(duì)比和驗(yàn)證各種試驗(yàn)設(shè)備的使用情況，得出如下結(jié)論：

（1）交通荷載的作用沒有改變路面剪應(yīng)力的變化特性，這一結(jié)論在加速加載試驗(yàn)中也成立，在累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載達(dá)到一定程度后，路面產(chǎn)生車轍和微小裂縫，當(dāng)水從裂縫滲入后更加劇了路面的損壞。

（2）半剛性基層瀝青路面的早期破壞始于瀝青面層，其破壞機(jī)理是，隨著路表荷載的不斷作用下，在瀝青面層與半剛性基層界面間產(chǎn)生磨蝕作用，如果界面保持干燥，磨蝕導(dǎo)致界面產(chǎn)生細(xì)小的粉塵，一旦雨水浸入就會(huì)在路面表面形成唧漿，最終導(dǎo)致瀝青面層被架空進(jìn)而發(fā)生破壞。

（3）不同交通量的行車道和超車道所測數(shù)據(jù)有所偏差，但兩種車道在真實(shí)荷載和環(huán)境因素下與加速加載試驗(yàn)同等荷載作用下的偏差相似，說明了加速加載試驗(yàn)可以很好的模擬長期路用性能。而且在真實(shí)情況下的路面與加速加載試驗(yàn)下的路面的車轍深度相似，平均車轍深度大致相等，再次證明了APT試驗(yàn)預(yù)測LTPP長期路用性能的可行性。

（4）根據(jù)對(duì)半剛性基層和柔性基層瀝青路面的加速加載試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)得到了新建瀝青路面的車轍和加載次數(shù)的關(guān)系式：RD=aNb

式中：RD為車轍深度，N為加載次數(shù)，a、b 為系數(shù)。

該式表明，新建瀝青路面的初期車轍增加較快，再進(jìn)一步加載，車轍不會(huì)增加很快。試驗(yàn)表明，材料設(shè)計(jì)是影響車轍深度的最主要的因素。另外，路面各結(jié)構(gòu)層層間粘結(jié)的越好，路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度越高，抗車轍的能力也強(qiáng)，因此，在瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)注意優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和提高層間粘結(jié)程度。

（5）試驗(yàn)形成的輪跡帶比實(shí)際交通荷載下的真實(shí)路面輪跡帶要集中，因此由于荷載的集中性，可能產(chǎn)生更大的破壞性。

發(fā)展前景

加速加載試驗(yàn)表明，采用加速加載試驗(yàn)方法獲取資料確實(shí)要比在實(shí)際交通荷載作用下進(jìn)行資料積累快，數(shù)據(jù)采集能夠在短時(shí)間內(nèi)完成，因此可以說加速加載試驗(yàn)為公路科學(xué)研究的深入和發(fā)展提供了一種非常有效的手段。但是試驗(yàn)結(jié)果具有一定的特殊性，可比性差，很難將加速加載試驗(yàn)結(jié)果做定量的分析，今后工作的重點(diǎn)將放在路面對(duì)荷載反映的相關(guān)性、路面材料的變異性、路面環(huán)境因素模擬的真實(shí)性、動(dòng)載參數(shù)研究和長期路用性能研究上。通過規(guī)范試驗(yàn)條件和試驗(yàn)過程，以使加速加載試驗(yàn)結(jié)果具有普遍性和可比性。

[1]孟書濤，魏道新.足尺加速加載設(shè)備（ALF）的應(yīng)用情況[D].中國公路學(xué)會(huì)高速公路建設(shè)與發(fā)展學(xué)術(shù)會(huì)論文集[A]，1998，11:180-185.

[2]王于晨，鄭南翔等.南非路面加速加載試驗(yàn)（APT）MLS和HVS系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用[D].第五屆交通領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[A].西安：長安大學(xué)，2005,06:314-317.

[3]LubindaF.Walubita，F(xiàn)red Hugo，Amy Epps：Performance of Rehabilitated Lightweight Aggregate Asphalt Concrete Pavements under Wet and Heated Model Mobile Load Simulator Trafficking, Texas Department Transportation[Z].2005，05：13-20，54-64.