瀝青路面車轍預估問題的探討

摘 要:我國公路建設已經進入高速公路發展階段，隨著交通量，車輛軸載的不斷增加，交通渠化程度的提高，車轍問題日益嚴重。本文詳細闡述了瀝青路面車轍預估方法，并對現有車轍預估方法進行了平價，為解決瀝青路面車轍預估問題積累了新的技術資料。

關鍵詞:瀝青路面車轍預估公路

中圖分類號:U416.217文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0043-01

隨著交通量、車輛軸載的不斷增加，交通渠化程度的提高，瀝青路面的車轍問題日益嚴重，瀝青路面的車轍已經成為各國普遍關注和重視的問題。車轍不但與路面材料有關，也與路面結構有關。因此，有必要對瀝青路面車轍預估問題進行探討，以為瀝青路面設計時從結構和材料兩個方面解決車轍提供參考。

1 瀝青路面車轍預估方法

瀝青路面的車轍預估方法大致可以分為經驗法、半經驗-半理論法和理論法。

(1)經驗法。經驗法以統計理論和試驗路觀測資料為基礎，結合室內試驗通過回歸的方法來得出預估車轍的經驗公式，有代表性的模型是對數回歸法和冪函數回歸法。代表方法有:比利時根據試驗結果提出用瀝青面層彈性應變(εt)及交通量(N)確定的面層永久變形應變＝；美國對全厚式瀝青路面車轍(RD)采用彎沉(d)及交通量(N)為變量:等。經驗法有很大局限性，難以推廣應用。

(2)半經驗半理論法。該法以彈(粘彈)性體系理論為基礎，通過實際路面加載情況來計算車轍。代表方法有:①Jacob Uzan理論-統計法，該方法就是通過限制路基表面彈性應變的大小來控制路面的車轍。Jacob Uzan法的車轍預估模型為:

式中:為瀝青路面面層車轍；為路面彎沉系數；為路面彎沉；為軸載反復作用次數；為材料性能和路面尺寸參數。該方法只提供了—種限制車轍的途徑，對其上路面各結構層尤其是面層的變形情況考慮得太少，無法預估路面結構表面在不同時期的車轍深度。②美國聯邦公路局和MIT的VESYS車轍預估模型:該方法以粘彈性理論為基礎，假設荷載反復作用次數N與N+1之間，瀝青層的粘彈性變形有足夠的恢復時間，而且每次荷載作用下瀝青層的彎沉不變，但永久變形的增加量隨荷載作用次數的增加而減小，其模型為:

式中:為重復荷載作用下在結構層i的頂部及底部產生的彎沉；βi及αi為結構層i的永久變形特征參數；N為標準軸載作用軸次。該方法僅能計算三層體系的結構，對于多層體系沒有提出解決辦法，而且采用AASHO試驗路驗證表明該方法的車轍預估值與實測值相比過小。

(3)理論法。近年來，以粘彈性理論為基礎的車轍計算方法逐漸成為理論計算的主流和發展趨勢，如美國的SHELL法，其車轍預估公式:

式中:為瀝青路面面層的車轍深度；為動態修正系數；為第層內的平均壓應力；為第層混合料的粘滯勁度；為第層的厚度。該方法由于理論法通常需要基于流變模型，大量蠕變試驗，輪跡試驗和一系列假設，因此預估出車轍的誤差較大，同時實際應用也比較繁鎖。

2現有車轍預估方法的評價

目前對于車轍預估的研究多數只考慮瀝青面層本身的永久變形，而對于基層和土基的變形考慮相對過少。對于半剛性基層。這種考慮相對合理，因為瀝青面層產生的永久變形占車轍總量的90％以上。但對于柔性基層而言，這種預估車轍的方法是不夠恰當的。經驗法和半經驗半理論法雖然在特殊條件下可靠度較高，但由于其較強的地域局限性以及實驗過程中材料參數確定的復雜性，應用范圍受到限制，從而不能得到推廣。因此由經驗向理論過渡是車轍預估中的一種趨勢。預估方法中的彈性層狀體系理論雖然已經得到了相對廣泛的應用，但并不能合理地反映出瀝青混合料的材料—荷載特性。與之相比，粘彈性理論對瀝青混合料材料特性的描述更為準確，而且隨著計算機的迅速應用更為其提供了廣闊的發展空間。雖然理論法現階段仍然存在著材料特性參數確定的難度、計算步驟復雜，從而導致預估精度不理想等問題，沒有得到廣泛應用。但理論法與其他方法相比，模型本身更為合理，不存在通用性的問題。一般而言，只要力學模型構建合理，理論法是最有發展前途的預估方法。隨著在車轍預估模型中粘彈塑性理論和流變模型等力學模型的引入，以及有限元分析工具的運用，國內外對車轍預估的研究正向通用、高精度的方向發展。同時靜力狀態下的有限元分析在車轍預估的可靠性上還有所爭議，因此，目前迫切需要從動力學的原理上，結合瀝青材料的本構關系，利用有限元的理論對瀝青路面的車轍進行預估和分析。

3結語

車轍是重復行車工作荷載作用下的路面不可恢復應變的累積變形及行車荷載作用下的壓密推擠變形，是瀝青路面最普遍的一種損壞形式。車轍這一路面過量的變形影響了路面的平整度；使得輪跡處瀝青層厚度減薄，削弱了面層及路面結構的整體強度，從而易于誘發其他病害；使雨天路表排水不暢形成積水，降低了路面的抗滑能力，影響了高速行車的安全性；車輛在超車或更換車道時由于路面變形過大使方向失控，車輛操縱的穩定性受到了很大的影響。目前，瀝青路面車轍預估模型較多，但都存在不足和缺陷。國內車轍的研究主要是集中在有限元的方法上，并且主要還是基于靜力狀態下粘彈性的有限元研究和計算，而靜力的狀態并不能夠代表瀝青路面實際受力情況。因為瀝青路面車轍是隨著路面上重復交通動荷的不斷作用下，瀝青混合料發生壓密、推擠，正是由于這種壓密和剪切變形的綜合作用導致了輪跡帶處縱向沉陷伴隨兩側隆起的發展，從而逐漸形成了車轍。因此有必要對現有靜力狀態下的有限元進行改進，可以通過動力學的原理結合有限元的粘彈性本構關系的分析計算方法來對瀝青路面的車轍深度進行預估。這樣兩方面的結合對車轍進行計算既能將瀝青路面的實際受力情況在研究過程中進行真實的呈現，同時還可提高瀝青路面車轍預估計算計算精度。因此，應從多學科交叉結合的角度出發，努力開拓新思路、新想法，建立更科學更合理的車轍預估模型，以為解決瀝青路面的車轍預估和路面結構設計提供有力的支持。

參考文獻

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