曾 維 樵

(大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部, 遼寧 大連　116024)

基于軸載譜的路面結(jié)構(gòu)性能

曾 維 樵

(大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部, 遼寧 大連116024)

摘要:針對(duì)我國(guó)目前的道路設(shè)計(jì)方法中將設(shè)計(jì)年限內(nèi)的混合交通換算為一個(gè)當(dāng)量軸載作用次數(shù)用于設(shè)計(jì)的狀況,認(rèn)為采用累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)的方法并不能夠全面、準(zhǔn)確地描述交通載荷特性,而軸載譜作為一種描述交通載荷的方法,通過(guò)確定每類(lèi)車(chē)型的各種軸載在不同軸重區(qū)間的分布比例,無(wú)疑比傳統(tǒng)當(dāng)量軸載作用次數(shù)的方法能更加全面、精確地反映交通載荷特性.利用AASHTO 2002力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行基于軸載譜的路面結(jié)構(gòu)性能分析.

關(guān)鍵詞:軸載譜; 當(dāng)量軸載; 車(chē)道分布系數(shù); 疲勞開(kāi)裂; 路面性能; 路面結(jié)構(gòu)

1車(chē)道分布系數(shù)實(shí)測(cè)與分析

對(duì)于多車(chē)道道路,不同車(chē)道上的交通量分布明顯不同,而且不同車(chē)道上的車(chē)輛類(lèi)型組成也有區(qū)別,這些差別將造成各車(chē)道病害發(fā)展程度的不同,所以有必要首先確定不同車(chē)道上交通載荷特性的區(qū)別[1].本文在遼寧省三條高速公路上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交通攝像,來(lái)實(shí)測(cè)各車(chē)道的交通量車(chē)道分布系數(shù)及交通組成.實(shí)測(cè)道路斷面為沈哈高速K20～K21、京沈高速K625～626、沈大高速K101～K102,其中京哈高速為單向兩車(chē)道,京沈高速、沈大高速為單向四車(chē)道,在道路適當(dāng)?shù)奈恢冒卜艛z像機(jī),連續(xù)拍攝各車(chē)道通過(guò)的車(chē)輛,要求拍攝角度能清楚識(shí)別各個(gè)車(chē)輛的軸載組成,以準(zhǔn)確地確定車(chē)輛類(lèi)型.圖1給出了現(xiàn)場(chǎng)交通攝像的一個(gè)示例.

圖1　現(xiàn)場(chǎng)交通攝像

每個(gè)斷面交通攝像時(shí)間大約為10 h左右.攝像完成后,在室內(nèi)對(duì)攝像進(jìn)行分析,讀取每個(gè)車(chē)輛的軸載組成、所在車(chē)道等信息,統(tǒng)計(jì)各個(gè)車(chē)道上各種車(chē)型的數(shù)量,用以確定車(chē)道分布系數(shù)及車(chē)輛組成.

表1給出了各斷面不同車(chē)道上的車(chē)輛組成,其中第1車(chē)道為最內(nèi)側(cè)車(chē)道,依次外推. 由于京沈高速的最外側(cè)車(chē)道發(fā)生了嚴(yán)重的車(chē)轍,該車(chē)道上幾乎沒(méi)有車(chē)輛行駛,所以可以把京沈高速視為單向三車(chē)道道路,在以下分析時(shí)京沈高速不包括車(chē)道4的數(shù)據(jù).

表1表明,內(nèi)側(cè)車(chē)道有大量的小轎車(chē)(1類(lèi)車(chē))行駛,而該種車(chē)由于重量輕,在路面分析和設(shè)計(jì)中不予考慮.表2給出了各條高速公路的車(chē)道分布系數(shù),描述了12型及以上車(chē)輛(本課題中統(tǒng)稱(chēng)為卡車(chē),即表1中2～9類(lèi)車(chē)之和)在各個(gè)車(chē)道上的分布比例.可見(jiàn),不同車(chē)道上的卡車(chē)交通量分布明顯不同,對(duì)于兩車(chē)道道路(沈哈高速),內(nèi)側(cè)車(chē)道卡車(chē)交通量占30%左右,外側(cè)車(chē)道占70%左右.對(duì)于3車(chē)道道路,車(chē)道2和車(chē)道3的交通量分別約占42.5%和53.8%左右,而車(chē)道1不到4%.對(duì)于4車(chē)道道路(沈大高速),最大車(chē)道分布系數(shù)為44%左右(車(chē)道3),最小車(chē)道分布系數(shù)為1.9%左右(車(chē)道1),車(chē)道3的分布系數(shù)大于車(chē)道4的系數(shù).考慮到本課題中對(duì)于2、3、4車(chē)道各實(shí)測(cè)了一條道路,且交通載荷存在較大的變異性,所以在以下路面結(jié)構(gòu)性能分析中,將車(chē)道分布系數(shù)分成表3所示的各種工況分別進(jìn)行分析,并比較結(jié)果.

表1　各斷面交通組成統(tǒng)計(jì)

表2　各斷面車(chē)道分布系數(shù)

表3　車(chē)道系數(shù)分檔典型值

表4給出了不同車(chē)道上的車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù).可以明顯看出,大客車(chē)(2類(lèi)車(chē))與貨車(chē)分別在內(nèi)測(cè)車(chē)道、外側(cè)車(chē)道上有較高的分布比例.不同車(chē)輛各種軸載的軸載譜(軸重分布系數(shù))有所不同,所以不同的車(chē)輛類(lèi)型組成將影響路面結(jié)構(gòu)的使用性能.在以下的性能分析中,對(duì)表3中所列各檔車(chē)道分布系數(shù)分別取表4中給出的車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù).根據(jù)道路設(shè)計(jì)的最不利原則,應(yīng)該根據(jù)對(duì)路面損害較大的貨車(chē)的分布比例來(lái)選取高車(chē)道系數(shù),如3車(chē)道的車(chē)道3和4車(chē)道的車(chē)道4分布為最不利車(chē)道.

表4　各車(chē)道車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù)

2AASHTO 2002路面性能模型及輸入?yún)?shù)

根據(jù)美國(guó)AASHTO 2002路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中的性能模型,本文對(duì)遼寧省高速公路典型瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析.

2.1輸入?yún)?shù)

在AASHTO 2002設(shè)計(jì)方法中,許多輸入?yún)?shù)有三個(gè)輸入水平,在不同水平下輸入的數(shù)據(jù)其質(zhì)量有所不同,各輸入水平如下.

水平1通過(guò)試驗(yàn)和測(cè)量得到的輸入數(shù)據(jù),例如通過(guò)試驗(yàn)得到的瀝青混合料的動(dòng)態(tài)回彈摸量或在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的交通量及軸重等;

水平2利用相關(guān)關(guān)系來(lái)確定所需要的輸入?yún)?shù),例如利用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系從土基的CBR值估算其回彈摸量值;

水平3利用全國(guó)和地區(qū)的典型值來(lái)確定輸入?yún)?shù),例如根據(jù)土基類(lèi)型來(lái)確定其典型的回彈摸量值,或根據(jù)卡車(chē)的類(lèi)型來(lái)確定其典型軸重或分布.

本文對(duì)表5所示的遼寧省高速公路典型瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.由于AASHTO 2002中各材料力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法和我國(guó)不同,參數(shù)典型值和我國(guó)有較大的區(qū)別,本文中各材料參數(shù)采用第三水平輸入.根據(jù)AASHTO 2002設(shè)計(jì)方法指南,各材料力學(xué)參數(shù)典型值如表5所示.

表5　路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)

瀝青混合料的力學(xué)性質(zhì)用動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)來(lái)描述.瀝青混合料是典型的黏彈性材料,其力學(xué)性質(zhì)受溫度和載荷作用時(shí)間的影響很大.對(duì)于粘彈性材料,同樣的力學(xué)性質(zhì)可以在高溫-高載荷頻率或在低溫-低載荷頻率下得到.在不同溫度和載荷作用頻率下得到的動(dòng)態(tài)模量可以根據(jù)時(shí)間-溫度等效原理,通過(guò)在水平方向平移后形成一條在參考溫度下的光滑曲線(xiàn),稱(chēng)為動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)(Master Curve).

本文利用Witczak模型來(lái)確定動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn),Witczak模型為:

其中:|E*|為動(dòng)態(tài)模量,Pa;η為瀝青黏度,105 Pa·s;f為載荷頻率,Hz;Va為空隙率,%;Vbeff為有效瀝青體積,%;ρ34為19 mm篩上的累積量;ρ38為9.5 mm篩上的累積量;ρ4為4號(hào)篩(4.75 mm)上的累積量;ρ200為200號(hào)篩(0.075 mm)的通過(guò)率.瀝青黏度η用以下公式確定:

式(2)中θR為溫度;參數(shù)A和VTS由瀝青性能等級(jí)(PG等級(jí))來(lái)確定.

對(duì)于本文所分析的路面結(jié)構(gòu),上面層瀝青瑪蹄脂碎石、中面層中粒式瀝青混合料、下面層粗粒式瀝青混合料,各參數(shù)取值如表6所示.

表6　各層瀝青混合料參數(shù)值

根據(jù)Witczak(維特查克)公式和以上各瀝青混合料的參數(shù),就可以計(jì)算得到各瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)[2],如圖2所示.動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)的橫縱坐標(biāo)分別為縮短時(shí)間和動(dòng)態(tài)模量,其中縮短時(shí)間是通過(guò)公式(3)轉(zhuǎn)換而來(lái):

式中:t為路面載荷的作用時(shí)間;a(θ)為時(shí)間-溫度位移因子.在擬合動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)的過(guò)程中,可以確定時(shí)間-溫度位移因子.各混合料的時(shí)間-溫度轉(zhuǎn)化因子如圖3所示.圖2中的動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)表征載荷作用頻率對(duì)材料模量的影響,圖3中的時(shí)間-溫度位移因子表征溫度對(duì)材料模量的影響,兩者結(jié)合就可以對(duì)瀝青混合料的模量進(jìn)行溫度和頻率的敏感性分析[3].

圖2　動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)

圖3　時(shí)間溫度位移因子

環(huán)境條件對(duì)路面結(jié)構(gòu)的使用性能有很大的影響, 環(huán)境條件通過(guò)改變路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng), 從而改變材料的性能, 進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)的性能. 另外,如果在某一時(shí)間段, 由于溫度和濕度的增加, 造成各層材料力學(xué)性能和使用性能的下降, 特別是交通較集中的時(shí)間段, 則路面結(jié)構(gòu)在這一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的破壞將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他的時(shí)間段. 所以為了客觀反映路面結(jié)構(gòu)性能衰變過(guò)程, 需要了解路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的變化情況. 本文采用了和遼寧省氣候條件比較接近的美國(guó)匹茲堡地區(qū)的相關(guān)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 數(shù)據(jù)包括了從1997—2006年的每一小時(shí)上述相關(guān)氣候數(shù)據(jù).

對(duì)于交通載荷參數(shù),AASHTO2002設(shè)計(jì)方法要求輸入車(chē)道系數(shù)、車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù)、軸數(shù)系數(shù)、軸重分布系數(shù)、交通量月調(diào)節(jié)系數(shù)、交通量小時(shí)調(diào)節(jié)系數(shù)等.通過(guò)對(duì)遼寧省動(dòng)態(tài)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)交通攝像數(shù)據(jù)的分析,已確定了完整的交通載荷參數(shù),將這些參數(shù)輸入AASHTO2002設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行分析.

2.2車(chē)轍分析模型

永久變形(車(chē)轍)是我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)主要的病害形式之一.車(chē)轍取決于路面結(jié)構(gòu)、材料、交通組成及數(shù)量,以及道路所在地區(qū)的環(huán)境.在AASHTO2002設(shè)計(jì)方法中,利用建立的車(chē)轍預(yù)測(cè)模型可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)各結(jié)構(gòu)層在使用期內(nèi)的永久性變形[4].路面結(jié)構(gòu)的總變形由下式計(jì)算[5]:

(1) 瀝青混凝土材料的永久變形.AASHTO2002設(shè)計(jì)方法中,要獲得瀝青混合料的永久變形模型需要進(jìn)行室內(nèi)重復(fù)加載試驗(yàn),在室內(nèi)重復(fù)加載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)處理并進(jìn)一步修正.通過(guò)以上步驟得到的瀝青混合料永久變形模型如下[6]:

式中:εp為累積塑性變形;εr為回彈應(yīng)變(載荷作用頻率、瀝青混凝土性質(zhì)和溫度的函數(shù));N為載荷作用的次數(shù);θ為溫度;k1表征不同深度圍壓的影響(瀝青層總體厚度和計(jì)算點(diǎn)深度的函數(shù)).k1可由下式得到:

式中:hac為瀝青層的總體厚度;d為計(jì)算點(diǎn)的深度.以上車(chē)轍模型利用路面長(zhǎng)期性能(LTPP)數(shù)據(jù)庫(kù)中88個(gè)試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)定,共有387次現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍觀測(cè)數(shù)據(jù)用于了模型的標(biāo)定.

(2) 粒料材料層和土基的永久變形模型.AASHOT2002 設(shè)計(jì)方法中粒料材料層和土基的永久變形模型是基于Tseng和Lyton開(kāi)發(fā)的模型,并對(duì)該模型進(jìn)行修改和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定后得到,其形式如下[7]:

式中:δa為永久變形;N為載荷重復(fù)作用次數(shù);ε0、β、ρ為材料性質(zhì);εr為回彈應(yīng)變;εv為從響應(yīng)模型中得到的平均豎向回彈應(yīng)變;h為層厚;βGB為標(biāo)定系數(shù),對(duì)粒料材料層,βGB為1.673,對(duì)于土基βGB=1.35.

2.3疲勞開(kāi)裂分析模型

最近的許多研究表明, 疲勞裂縫也可以起始于瀝青層的頂部而向下發(fā)展(從上到下的裂縫). AASHTO 2002設(shè)計(jì)方法可以預(yù)測(cè)從下到上和從上到下兩種疲勞裂縫. 對(duì)于從上到下的裂縫, 模型計(jì)算瀝青層表面的疲勞破壞; 對(duì)于從下到上的裂縫, 模型計(jì)算瀝青層底面的疲勞破壞, 然后利用標(biāo)定數(shù)據(jù)將疲勞破壞和疲勞開(kāi)裂的數(shù)量聯(lián)系起來(lái).

疲勞破壞的計(jì)算是基于米勒法則(Miner’s Law)的:

式中:D為疲勞破壞;T為總計(jì)算區(qū)間數(shù);ni為第i區(qū)間的實(shí)際交通量;Ni為第i區(qū)間的容許交通量.

AASHTO 2002設(shè)計(jì)方法中采用疲勞開(kāi)裂的容許軸載作用次數(shù)是利用美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)(Asphalt Institute)的模型來(lái)預(yù)測(cè)的,該模型通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)定后得到以下形式:

對(duì)于從下到上的疲勞開(kāi)裂:

對(duì)于從上到下的疲勞開(kāi)裂:

式中:hac為瀝青層的總厚度.

最終用于從疲勞破壞計(jì)算疲勞裂縫數(shù)量的轉(zhuǎn)化方程為:

對(duì)于從下到上的疲勞開(kāi)裂

對(duì)于從上到下的疲勞裂縫

式中:FCtop為從上到下的疲勞開(kāi)裂數(shù)量;D為從上到下的疲勞破壞.

3不同車(chē)道病害分析

對(duì)前述遼寧省高速公路典型路面結(jié)構(gòu)(如表6所示)進(jìn)行分析.為便于比較,分析中各種工況下的單向卡車(chē)交通量為5 000輛/天,對(duì)于單向2車(chē)道、3車(chē)道、4車(chē)道道路,按照表3和表4給出的不同車(chē)道分布系數(shù)典型值和所對(duì)應(yīng)的車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù)分別進(jìn)行分析.將前述的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)、交通參數(shù)及環(huán)境參數(shù)輸入AASHTO 2002設(shè)計(jì)軟件,該軟件就可以分析永久變形、從下到上疲勞開(kāi)裂和從上到下疲勞開(kāi)裂隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程.

3.1車(chē)轍分析

圖4中給出了2車(chē)道道路各個(gè)車(chē)道上車(chē)轍隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程.可見(jiàn)不同車(chē)道上車(chē)轍發(fā)展速度有明顯的區(qū)別.當(dāng)以15 mm為失效準(zhǔn)則時(shí),外側(cè)車(chē)道(車(chē)道2)約在4.3年后達(dá)到15 mm,而內(nèi)側(cè)車(chē)道(車(chē)道1)約在11.3年后達(dá)到15 mm.這是由于外側(cè)車(chē)道交通量大,且外側(cè)車(chē)道中重型貨車(chē)分布比例較高.

圖4　不同車(chē)道車(chē)轍分析結(jié)果(2車(chē)道道路)

圖5中給出了3車(chē)道道路各個(gè)車(chē)道上車(chē)轍隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程.同樣,外側(cè)車(chē)道車(chē)轍發(fā)展速度明顯快于內(nèi)側(cè)車(chē)道,最外側(cè)車(chē)道(車(chē)道3)約在4.4年后車(chē)轍達(dá)到15 mm,中間車(chē)道(車(chē)道2)約在7.3年后達(dá)到15 mm,而最內(nèi)側(cè)車(chē)道(車(chē)道1)在15年分析期末車(chē)轍只有7.6 mm.

圖5　不同車(chē)道車(chē)轍分析結(jié)果(3車(chē)道道路)

圖6中給出了4車(chē)道道路車(chē)轍分析結(jié)果.可見(jiàn)外側(cè)的兩個(gè)車(chē)道(車(chē)道3、4)約在5.2年后車(chē)轍達(dá)到15 mm,而車(chē)道2在15年末達(dá)到14 mm,車(chē)道1在15年末車(chē)轍只有5.5 mm. 和3車(chē)道道路分析結(jié)果相比,4車(chē)道道路中第2車(chē)道的車(chē)轍發(fā)展速度遠(yuǎn)低于3車(chē)道道路的第2車(chē)道,這是因?yàn)?車(chē)道道路中交通量主要分布在3、4車(chē)道上,車(chē)道2承擔(dān)的交通量較小,并且車(chē)道2上重型貨車(chē)分布比例較小.對(duì)于3車(chē)道道路,第2車(chē)道上承擔(dān)的交通量以及重型貨車(chē)比例都較大,所以其車(chē)轍發(fā)展相對(duì)較快.

圖6　不同車(chē)道車(chē)轍分析結(jié)果(4車(chē)道道路)

圖7給出了2車(chē)道、3車(chē)道、4車(chē)道道路最外側(cè)車(chē)道車(chē)轍隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程.可見(jiàn),2車(chē)道、3車(chē)道道路的最外側(cè)車(chē)道車(chē)轍沒(méi)有明顯區(qū)別,而4車(chē)道道路的車(chē)轍則稍小.雖然2車(chē)道、3車(chē)道道路最外側(cè)車(chē)道的車(chē)道分布系數(shù)分別為70%和55%,但是由于2車(chē)道道路的外側(cè)車(chē)道中客車(chē)和12型貨車(chē)(2軸6輪)比例較高,而3車(chē)道道路的外側(cè)車(chē)道中重型貨車(chē)比例較高,所以造成這兩類(lèi)道路外側(cè)車(chē)道的車(chē)轍相近.對(duì)于4車(chē)道道路,其外側(cè)車(chē)道的車(chē)道分布系數(shù)為45%,而車(chē)輛類(lèi)型分布系數(shù)和3車(chē)道道路接近,所以其車(chē)轍比其他兩類(lèi)道路少一些.

圖7　最外側(cè)車(chē)道車(chē)轍分析結(jié)果

表7給出了不同年份2車(chē)道道路上各車(chē)道的車(chē)轍,同時(shí)給出了內(nèi)側(cè)車(chē)道(車(chē)道1)與外側(cè)車(chē)道(車(chē)道2)的比值.可見(jiàn),在不同年份,內(nèi)側(cè)車(chē)道的車(chē)轍大約是外側(cè)車(chē)道的72%. 表8給出了3車(chē)道道路的分析結(jié)果,車(chē)道2和車(chē)道1的車(chē)轍分別是外側(cè)車(chē)道(車(chē)道3)的82%和33%左右.表9給出了4車(chē)道道路的分析結(jié)果,車(chē)道2和車(chē)道1的車(chē)轍分別是外側(cè)車(chē)道(車(chē)道3、4)的64%和25%左右.

表7　不同車(chē)道車(chē)轍及比值(2車(chē)道)

表8　不同車(chē)道車(chē)轍及比值(3車(chē)道)

表9　不同車(chē)道車(chē)轍及比值(4車(chē)道)

3.2疲勞開(kāi)裂分析

各工況下分析結(jié)果表明,對(duì)于遼寧省典型的高速公路路面結(jié)構(gòu),當(dāng)半剛性基層完好時(shí),各種工況下路面結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生從下到上疲勞開(kāi)裂.這是因?yàn)榘雱傂曰鶎映休d能力強(qiáng),對(duì)于上面的瀝青層能提供很好的支撐作用,可以有效降低瀝青層底的拉應(yīng)變,所以不易發(fā)生從下到上疲勞開(kāi)裂.

圖8～圖10中給出了各類(lèi)道路不同車(chē)道上從上到下疲勞開(kāi)裂的發(fā)展過(guò)程.可見(jiàn),不同車(chē)道上從上到下疲勞開(kāi)裂的相對(duì)發(fā)展速度和車(chē)轍類(lèi)似,最外側(cè)車(chē)道發(fā)展較快,而內(nèi)側(cè)車(chē)道發(fā)展較慢.對(duì)于3、 4車(chē)道道路, 最內(nèi)側(cè)車(chē)道上幾乎沒(méi)有從上到下疲勞開(kāi)裂.各種工況下從上到下疲勞開(kāi)裂在15年末均小于6 m/km,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于AASHTO 2002設(shè)計(jì)指南中建議的380 m/km的失效準(zhǔn)則.所以對(duì)于遼寧省高速公路典型路面結(jié)構(gòu),疲勞開(kāi)裂不是主要的病害形式.

圖8　不同車(chē)道從上到下疲勞開(kāi)裂分析結(jié)果

圖9　不同車(chē)道從上到下疲勞開(kāi)裂分析結(jié)果

圖10　不同車(chē)道從上到下疲勞開(kāi)裂分析結(jié)果

由以上分析可知,由于多車(chē)道道路內(nèi)側(cè)和外側(cè)車(chē)道在交通量及車(chē)輛類(lèi)型組成上存在差別,造成內(nèi)、外側(cè)車(chē)道的病害發(fā)展速度有明顯不同,所以在道路養(yǎng)護(hù)、維修工程中,可根據(jù)情況考慮分期分車(chē)道設(shè)計(jì)方案.比如,在第一次維修時(shí),可只處理外側(cè)車(chē)道的病害,而對(duì)內(nèi)側(cè)車(chē)道不予處理,并保持內(nèi)側(cè)車(chē)道開(kāi)放交通.第二次維修時(shí),再對(duì)內(nèi)、外側(cè)車(chē)道同時(shí)處理,這樣可以大大節(jié)省維修費(fèi)用,并減少封閉交通對(duì)公眾的影響.

4結(jié)論

對(duì)沈哈、沈大及京沈高速公路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交通攝像,通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的整理分析,確定了遼寧省2車(chē)道、3車(chē)道、4車(chē)道高速公路車(chē)道分布系數(shù)的典型值,可供路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)使用;利用AASHTO 2002瀝青路面設(shè)計(jì)方法,根據(jù)遼寧省典型的軸載譜參數(shù)和車(chē)道分布系數(shù),對(duì)遼寧省高速公路典型路面結(jié)構(gòu)的使用性能進(jìn)行了分析.表明對(duì)于遼寧省高速公路典型路面結(jié)構(gòu)及交通載荷狀況,當(dāng)半剛性基層完好時(shí),基本上不會(huì)發(fā)生從下到上疲勞開(kāi)裂,可能會(huì)發(fā)生少量的從上到下疲勞開(kāi)裂,交通載荷引起的主要病害形式是車(chē)轍;對(duì)于單向多車(chē)道道路,由于各車(chē)道上交通量及交通組成不同,不同車(chē)道的車(chē)轍發(fā)展速度有很大的區(qū)別,外側(cè)車(chē)道承受重載貨車(chē)的比例較高,產(chǎn)生的車(chē)轍遠(yuǎn)大于內(nèi)側(cè)車(chē)道.對(duì)于2車(chē)道道路,不同年份內(nèi)側(cè)車(chē)道與外側(cè)車(chē)道車(chē)轍的比值為72%左右,對(duì)于3、4車(chē)道道路,該比值只有30%左右.由于內(nèi)、外車(chē)道病害發(fā)展速度的不同,所以應(yīng)根據(jù)具體情況考慮分期分車(chē)道的維修方案.

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【責(zé)任編輯: 祝穎】

Pavement Performance Based on Axle Load Spectrum

ZengWeiqiao

(Faculty of Infrastructure Engineeing, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

Abstract:According to the status that, the mixed traffic is converted to an equivalent number of axle loads in Chinese current road design method, it considers that the approach of using the cumulative equivalent axle loads is not able to fully and accurately describe the traffic load characteristics. The axle load spectrum is a way to describe the traffic load, by determining the ratio of the distribution of axle load at different intervals of the various axes of each type of vehicle, and is undoubtedly more comprehensive and accurate than the traditional equivalent axle load method in reflecting the traffic load characteristics. The performance of pavement structure is analyzed based on axle load spectra using AASHTO 2002 mechanics-empirical method.

Key words:axle load spectrum; equivalent axle load; lane distribution factor; fatigue cracking; pavement performance; pavement structure

中圖分類(lèi)號(hào):TB 34

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):2095-5456(2015)06-0495-08

作者簡(jiǎn)介:曾維樵(1989-),男,福建寧德人,大連理工大學(xué)碩士研究生.

收稿日期:2015-05-05