結(jié)構(gòu)組合對(duì)瀝青路面行駛質(zhì)量的影響

1、. 結(jié)構(gòu)組合對(duì)瀝青路面行駛質(zhì)量的影響摘要：路面在使用過(guò)程中，承受著行車(chē)荷載和環(huán)境因素的雙重作用，行駛質(zhì)量會(huì)不斷降低，不同路面結(jié)構(gòu)組合的行駛質(zhì)量衰變速率存在著差異。本文在已提出的路面使用性能標(biāo)準(zhǔn)衰變方程基礎(chǔ)上，以面層厚度、基層類(lèi)型、初始彎沉和交通量作為影響變量，根據(jù)北京地區(qū)的路況數(shù)據(jù)，利用分析標(biāo)定法，標(biāo)定出路面行駛質(zhì)量衰變方程。在此基礎(chǔ)上，比較不同路面結(jié)構(gòu)的哀變方程，定量分析了結(jié)構(gòu)組合對(duì)行駛質(zhì)量的影響，并進(jìn)一步給 出了累計(jì)軸載作用次數(shù)(ESAL)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(L)和行駛質(zhì)量指數(shù)(ROI)的關(guān)系曲線圖。 關(guān)鍵詞：路面 結(jié)構(gòu) 組合 瀝青路面 行駛質(zhì)量 影響  1引言路面使用性能有功能

2、性能和結(jié)構(gòu)性能之分，而功能性能又包含行駛質(zhì)量和安全性兩方面的內(nèi)容。本文主要研究路面行駛質(zhì)量及其發(fā)展變化規(guī)律。路面使用性能的預(yù)測(cè)是路面設(shè)計(jì)、路面管理、路面養(yǎng)護(hù)以及行車(chē)費(fèi)用評(píng)估等工作的前提和基礎(chǔ)。與路面設(shè)計(jì)方法相比，國(guó)內(nèi)外對(duì)于路面使用性能的研究顯得相對(duì)薄弱，對(duì)行駛質(zhì)量的研究更是少之又少。目前，隨著路面管理系統(tǒng)的推廣與普及，許多國(guó)家和地區(qū)依據(jù)各自的需要和不同的客觀條件，建立了不同形式的預(yù)測(cè)模型。這些模型可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)整個(gè)路網(wǎng)中路面性能變化規(guī)律，但就特定路段而言，不能分析路面結(jié)構(gòu)組合對(duì)路面使用性能的影響。在路面使用性能衰變方程1的基礎(chǔ)上，本文以面層厚度、基層類(lèi)型、交通量和路表初始彎沉等作為影響變量

3、，借助北京地區(qū)的路況數(shù)據(jù)，利用分析標(biāo)定(Analyzing Calibrating)法，建立了行駛質(zhì)量衰變方程。具體過(guò)程如下：(1)影響變量的確定；(2)模型形式的選??；(3)模型參數(shù)的標(biāo)定；(4)結(jié)構(gòu)因素的影響。2研究變量的確定2.1研究的目標(biāo)和范圍本文研究的主要目的在于探討隨著使用年限的增長(zhǎng)、荷載和自然因素的重復(fù)作用，路面行駛質(zhì)量的變化規(guī)律，模型主要用于行駛質(zhì)量趨勢(shì)的定量預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，定量分析路面結(jié)構(gòu)對(duì)行駛質(zhì)量的不同影響。在研究過(guò)程中，本文采用了以空間代時(shí)間法，即簡(jiǎn)單認(rèn)為不同時(shí)期修建的，相同結(jié)構(gòu)的路面具有相同的行駛質(zhì)量衰變過(guò)程。2.2模型指標(biāo)的選取衡量路面功能性能的指標(biāo)主要有兩個(gè)：國(guó)際

4、平整度指數(shù)(IRI)和路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)。LRI是利用平整度儀測(cè)量到的路面物理指標(biāo)(平整度)，而RQI是人們對(duì)路面功能狀況的主觀評(píng)分。人們對(duì)RQI研究相對(duì)較多，對(duì)其發(fā)展規(guī)律也較為了解。因此，為了便于與以往的研究成果相銜接，本文選用RQI作為衡量路面功能性能狀況的指標(biāo)。路面平整度是影響行駛質(zhì)量的最主要的因素，在計(jì)算RQI時(shí)，本文僅僅考慮了國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)。北京地區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅提供了IRI的數(shù)值，參照以前研究成果，并與目前流行的評(píng)價(jià)方法統(tǒng)一，文中采用以下方程將客觀量測(cè)的IRI值轉(zhuǎn)化為RQI值。RQI=5-0.34*IRI2.3影響因素分析2.3.1面層厚度面層直接同車(chē)輪和大氣相接觸

5、，它承受行車(chē)荷載(豎直力、水平力和沖擊力)的直接作用，同時(shí)還受到降雨的侵蝕和氣溫變化的不利影響，對(duì)路面的使用品質(zhì)有較大影響，分析表明：面層厚度對(duì)路面行駛質(zhì)量有較大影響，而不同面層類(lèi)型間的差別并不顯著。因此，本文僅考慮面層厚度的影響。為了分析面層的影響，根據(jù)面層厚度將其分為：0、3.3、5.5、8.8、12及12(cm)五類(lèi)。2.3.2基層類(lèi)型基層主要承受由面層傳遞下來(lái)的車(chē)輛豎向荷載，并把它擴(kuò)散到墊層或土基中，具有足夠強(qiáng)度和剛度的基層是高水平行駛質(zhì)量的必要保證。簡(jiǎn)單地說(shuō)基層有兩大類(lèi)：半剛性基層和碎礫石基層。兩種類(lèi)型基層的作用機(jī)理存在著本質(zhì)上的差異，而同一類(lèi)基層不同材料間性能相似。因此，根據(jù)路面的

6、基層類(lèi)型將路面分為半剛性和碎礫石兩類(lèi)。2.3.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是路面具有良好行駛質(zhì)量的必要保證，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠的路面可以有效地抵抗多種因素的不良影響，進(jìn)而延緩行駛質(zhì)量的衰變進(jìn)程；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的抵抗能力降低，荷載和溫度等因素綜合作用產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)路面使用性能影響加劇，RQI衰變速率加快。通常，以路面的初始彎沉來(lái)衡量結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的大小，根據(jù)路面初始彎沉值的大小，將路面強(qiáng)度劃分為：030，3045，4560，6090，90(0.01mm，標(biāo)-60)五類(lèi)。2.3.4交通荷載交通荷載是影響路面使用性能的外在決定因素，在交通荷載的重復(fù)作用下，路面的總體結(jié)構(gòu)性能減弱。路面上行駛的車(chē)輛車(chē)型繁多，各

7、車(chē)到達(dá)時(shí)間不一，為方便起見(jiàn)，僅考慮交通量大小的影響，對(duì)作用時(shí)間上的差異造成的不同影響不作考慮。北京地區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)中將貨車(chē)、客車(chē)、人力畜車(chē)、拖拉機(jī)等車(chē)型分別登錄，給出了整條道路年平均日標(biāo)準(zhǔn)軸次(60KN)。考慮輪跡橫向分布系數(shù)等因素的影響，利用表1 中參數(shù)將交通量轉(zhuǎn)化為各條車(chē)道上的分布交通量。根據(jù)設(shè)計(jì)車(chē)道交通量差異可以將交通劃分為四個(gè)等級(jí)：特輕(500)、輕(5001000)中等(10002000)和重(2000)(以標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計(jì)，次/日/車(chē)道)。車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)表1路面寬度(m)1交通量(次/日/車(chē)道)60.40*ESAL670.30*ESAL790.25*ESAL9120.225*E

8、SAL12180.275*ESAL/2180.225*ESAL/23模型形式的選擇吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的建模經(jīng)驗(yàn)，分析我國(guó)路面行駛質(zhì)量發(fā)展變化的實(shí)際模式，在選用了標(biāo)準(zhǔn)化方程的基礎(chǔ)上，確定路面行駛質(zhì)量的預(yù)測(cè)方程如下：參數(shù)A，B分別反映了路面的壽命和路面變化的過(guò)程(性能曲線的形狀)，根據(jù)所選取指標(biāo)對(duì)行駛質(zhì)量發(fā)展的不同影響，將參數(shù)A，B規(guī)定為：式中：RQI 現(xiàn)時(shí)路面行駛質(zhì)量指數(shù)(Riding Quality Index)；RQI0新建或新近一次改建后的初始行駛質(zhì)量指數(shù)；Y新建路面或路面新近一次改建距今的使用年數(shù)；ESAL日當(dāng)量軸載作用次數(shù)(次/日/車(chē)道)；MC面層厚度(cm)；L初始彎沉。A，B，a1，a

9、2，a3，a4，b1，b2，b3，b4為回歸常數(shù)。RQI評(píng)分采取5分制，即最大值為5，最小值為0。一般情況下，方程中的RQI0為5，有時(shí)略小于5，表明在使用初期路面行駛質(zhì)量狀況；A，B是兩個(gè)回歸參數(shù)，具有明確的物理含義。4模型參數(shù)的標(biāo)定綜合各個(gè)影響因素的交叉組合，共得到200類(lèi)路面狀態(tài)組合。同時(shí)，考慮到半剛性基層與碎礫石基層作用機(jī)理的差異，將數(shù)據(jù)分為兩大類(lèi)，每一類(lèi)均含有100組有效分析數(shù)據(jù)。在分析過(guò)程中，為保證統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的代表性，對(duì)數(shù)據(jù)量小于5或數(shù)據(jù)離散性較大的組合均不予考慮。利用TSP統(tǒng)計(jì)分析軟件，經(jīng)過(guò)多次合理回歸，最終得到參數(shù)A、B的各個(gè)影響系數(shù)見(jiàn)表2。A、B中各回歸參數(shù)值表2半剛性基層

10、碎礫石箕層ABABa1a2a3a4b1b2b3b4a1a2a3a4b1b2b3b430.0660.239-0.238-0.1190.5040.150-0.164-0.05022.3800.216-0.211-0.0870.3460.230-0.134-0.037 5結(jié)構(gòu)組合的影響長(zhǎng)期以來(lái)，道路研究和設(shè)計(jì)人員一直試圖通過(guò)控制路面的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)而掌握使用性能的衰變規(guī)律，但有關(guān)的力學(xué)理論同路面的實(shí)際情況存在著較大差異，力學(xué)分析與使用性能間的關(guān)系是間接的，不確定的，純粹的理論模式難以提供良好的分析工具，分析可知，參數(shù)(A、B)與路面行駛質(zhì)量的變化過(guò)程是一一對(duì)應(yīng)的，這就使人們對(duì)于行駛質(zhì)量發(fā)展的定量認(rèn)識(shí)成為

11、可能。借助模型，我們可以對(duì)各種影響因素的不同作用進(jìn)行具體分析。5.1基層類(lèi)型的影響在其它條件相同或相似的情況下，半剛性基層的于薄面層路面，體RQI值總是略高于碎礫石，但兩種路面的差距不大，對(duì)現(xiàn)得尤為突出，采用相同初始彎沉，兩者使用壽命差距約為1.7%。即使考慮到半剛性基層具有較強(qiáng)的抗變形能力(文中半剛性基層采用30，碎礫石基層采用45)，兩者的差距也僅為11%。但隨著面層厚度的增加，二者差距加大，尤其在路面使用后期更為明顯。半剛性基層由于摻加了水硬性材料，剛度和強(qiáng)度提高，改善了基層材料的無(wú)粘結(jié)性，提高了基層的水穩(wěn)定性，可以提供較高的承載能力，良好的抗疲勞性能，路面結(jié)構(gòu)在使用期間保持良好的整體性

12、。因此，半剛性基層具有較高的行駛質(zhì)量就不以為奇了，并且歷時(shí)愈久愈能顯示出承受繁重交通的能力。5.2面層厚度的影響隨著面層厚度的增加，參數(shù)A、 B均呈增強(qiáng)趨勢(shì)，無(wú)論對(duì)于半剛性基層還是碎礫石基層，面層厚度對(duì)RQI的衰變過(guò)程都有較大影響，面層厚度較小，參數(shù)A、B值較小，曲線衰變曲率較大，道路的早期損壞嚴(yán)重，RQI衰變速率也較大；隨著面層厚度的增大，參數(shù)A、B值較大，衰變曲線曲率變小，RQI衰變速率變緩，路面可以在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持較高的服務(wù)水平；薄面層(面層厚度為4cm)與厚面層(面層厚度為12cm)的使用壽命差距達(dá)30%。薄面層板體性能差，路面的早期損壞嚴(yán)重，面層厚度的增加改善了路面的板體性能，提高了

13、路面抗變形能力，減小了傳遞到下面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力；一定厚度的面層還是基層和土基正常工作的必要保證。總的來(lái)說(shuō)，面層厚度的增加延緩早期損壞的發(fā)生和發(fā)展，進(jìn)而有效地延長(zhǎng)了道路的使用壽命。5.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度狀況對(duì)半剛性基層的路面影響較大，薄面層(面層厚度為4cm)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度狀況良好(L=30)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差(L=75)的路面使用壽命差距為24%。面層厚度的增大使其影響更為顯著。同時(shí)，隨著初始彎沉L的增大，兩種基層類(lèi)型路面間性能差異減小(對(duì)于面層厚度較大的路面結(jié)構(gòu)，這種趨勢(shì)更為明顯)，參數(shù)B值甚至?xí)霈F(xiàn)碎礫石基層大于半剛性基層的情況。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加，提高了路面應(yīng)力和變形性能，相同環(huán)境條件下，相同荷載所引起的破壞作用降低，路面能承受更大的累計(jì)軸載作用次數(shù)。5.4結(jié)構(gòu)組合的影響根據(jù)行駛質(zhì)量模型，進(jìn)一步分析不同結(jié)構(gòu)組合對(duì)行駛質(zhì)量的影響。不同結(jié)構(gòu)組合路面性能表現(xiàn)為不同發(fā)展趨勢(shì)，面層厚、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的路面行駛質(zhì)量變化較為緩慢，薄面層低強(qiáng)度的路面行駛質(zhì)量衰變速率較快；比較厚面層低強(qiáng)度和薄面層高強(qiáng)度路面可以發(fā)現(xiàn)：厚面層路面的早期性能較好而薄面層高強(qiáng)度路面的后期性能較好。表明有這樣一條規(guī)律存在：面層厚度對(duì)早期行駛質(zhì)量影響較大，而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度決定了使用后期行駛質(zhì)量的發(fā)展?fàn)顩r。5.5功能曲線根據(jù)方程進(jìn)一步分析可以得到累計(jì)軸載作用次數(shù)(ESAL)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(L)和行駛