無機結合料穩定類基層瀝青路面永久變形影響因素分析

偶昌寶

（浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018）

0 引 言

車轍是高等級道路瀝青路面的主要病害之一。我國的瀝青路面，基層主要采用無機結合料穩定類，對于這類基層瀝青路面，車轍主要是瀝青混合料層永久變形產生的。

《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）經過多年的研究，提出了瀝青混合料層永久變形的計算方法。本文采用這一方法，對影響永久變形量的各因素作詳細分析，從中找出最關鍵的因素，供道路設計人員參考。

1 永久變形量計算方法

《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）依據多種瀝青混合料，在不同溫度、壓力等條件下的大量有效車轍試驗結果，建立了包含荷載作用次數、溫度、豎向壓應力、層厚和車轍試驗永久變形量等參數的瀝青混合料層永久變形預估模型，并利用國內10余條公路多年車轍數據和5個試驗路段車轍數據對該模型進行了修正和驗證。

考慮到瀝青路面不同深度處應力分布和不同瀝青混合料層抗車轍性能的差異，規定分層計算永久變形量。

首先對各瀝青混合料層進行分層：

（1）表面層，采用10～20 mm為一分層。

（2）第二層瀝青混合料層，每一分層厚度應不大于25 mm。

（3）第三層瀝青混合料層，每一分層厚度應不大于100 mm。

（4）第四層及以下瀝青混合料層，作為一個分層。

然后，根據標準條件下的車轍試驗，得到各層瀝青混合料的車轍試驗永久變形量，按式（1）和式（2）計算瀝青混合料層總的永久變形量和各分層的永久變形量。

式中：Ra為瀝青混合料層永久變形量，mm；Rai為第分層永久變形量，mm；n為分層數；Tpef為瀝青混合料層永久變形等效溫度，℃；Ne3為設計使用年限內或通車至首次針對車轍維修的期限內，設計車道上當量設計軸載累計作用次數；hi為第分層厚度，mm；h0為車轍試驗件的厚度，mm；R0i為第i分層瀝青混合料在試驗溫度為60℃，壓強為0.7 MPa，加載次數為2 520次時，車轍試驗永久變形量，mm；kRi為綜合修正系數，按式（3）～式（5）計算：

式中：zi為瀝青混合料層第i分層深度，mm，第一分層取15 mm，其他分層為路表距分層中點的深度；ha為瀝青混合料層厚度，mm，大于200 mm時，取200 mm；pi為瀝青混合料層第分層頂面豎向壓應力，MPa，根據彈性層狀體系理論進行計算。

2 永久變形量影響因素分析

以某典型的無機結合料穩定類基層瀝青路面為例進行計算，各層材料參數見表1。

表1 路面結構

Ne3取 2.62×107，Tpef取 21.1℃。各瀝青混合料層的車轍永久變形量都取4.5mm。根據式（1）和式（2），可得到該路面結構永久變形量為18.12 mm。

將基層的厚度、模量和各面層的模量增加20%和50%，永久變形量計算結果見表2。

表2 永久變形量與各因素變化關系

由表2可見，基層厚度和模量增加均會導致永久變形量增加，模量的影響更大；下面層模量增加也會導致永久變形量增加；只有中、上面層模量增加，才會讓永久變形量減少。

上述因素變化對永久變形量的影響，主要是通過對壓應力的影響來實現的。基層厚度和模量增加，都會引起面層內壓應力的增加，由式（2）可知，壓應力越大，永久變形量越大。

同樣，下面層模量增加同樣會引起面層內壓應力的增加。只有中、上面層模量的增加，才會引起面層內壓應力的減小。

但是，由表2可知，基層厚度、模量的變化，雖然對永久變形量有影響，但是影響不大，可以忽略不計。若僅僅考慮對壓應力的影響，則面層模量變化對永久變形量的影響也可忽略。有一點需要說明，面層模量增加，會使抗車轍能力增強，即使車轍試驗永久變形量減小。

若將上面層、中面層和下面層的車轍試驗永久變形量減少20%和50%，則計算結果見表3。

由表3可知，增加上面層和中面層的抗車轍能力，尤其是中面層抗車轍能力，可以顯著減少永久變形量。

3 結 語

本文按照《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）提出的方法，計算無機結合料穩定類基層瀝青路面永久變形量。計算結果表明，基層的模量、厚度以及面層模量等因素，對永久變形量的影響可以忽略不計；而中、上面層的抗車轍能力，尤其是中面層的抗車轍能力，對永久變形量具有顯著影響。

因此，為提高無機結合料穩定類基層瀝青路面的抗永久變形能力，應從提高中、上面層的抗車轍能力著手。設計中常常采用的增強基層的做法，對抗永久變形能力有害無益。