公路瀝青路面彎沉值在耐久性評價中的應用

王輝、焦寶莉

（山東東泰工程咨詢有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

進入21世紀，我國高速公路建設規模逐漸擴大，在給運輸和日常出行帶來更多便利的同時，也使得公路運營過程中路面病害問題日益凸顯，高速公路瀝青路面的耐久性問題逐漸引起人們的重視（圖1為路面耐久性不足導致的病害）。目前對于瀝青路面耐久性評價的方法有很多，但尚未形成統一的評價標準，評價方法缺乏系統性和針對性。瀝青路面彎沉值一定程度上反映了瀝青路面的結構強度與剛度，并且測量過程簡單無損，測量數據質量高，可用于評價瀝青路面的耐久性評價。但瀝青路面耐久性與彎沉值的關系尚不明確，因此，對瀝青路面彎沉值常用測定方法進行統計分析，研究瀝青路面彎沉值與路面耐久性的關系，提出相應的耐久性評價方法，這在注重節能減排和可持續發展的今天具有積極意義。

圖1 路面耐久性不足導致的病害

1 瀝青路面彎沉值測試方法

瀝青路面的彎沉值是指路面在荷載作用下的豎向變形，在一定程度上反映了路面結構的承載能力。實際工程中，通常對路面最大彎沉值和彎沉盆曲率半徑進行測定。其中路面最大彎沉值可以用來評價由豎向變形造成的路面結構破壞；路面彎沉盆曲率半徑可以用來評價結構層破壞引起的路面破壞。目前，常用的瀝青路面彎沉測定主要有以下幾種方法。

一是貝克曼梁法。貝克曼梁法是指利用杠桿原理制成的彎沉儀對瀝青路面彎沉值進行測定的一種方法（見圖2）。貝克曼梁法作為最基本的路面彎沉檢驗手段，在我國應用十分廣泛。但貝克曼梁法在測定過程中采用后退法測量，需要駕駛員具備較好的駕駛技術。另外，貝克曼梁法作為人工測定方法，其工作量大、測定效率低、測定數據精確度較差，且采用此方法測得的彎沉值是靜態彎沉值，僅代表靜止狀態下路面的彎沉特性，不能反映瀝青路面在車輛運行作用下的承載力特性。

圖2 貝克曼梁法測定基層彎沉值

二是自動彎沉儀法。自動彎沉儀的測量原理與貝克曼梁法相同，只是將貝克曼梁法中的百分表換成位移傳感器。采用自動彎沉儀進行路面彎沉值的測量大大降低了測量人員的工作量，提高了測量效率，由于測量過程中車輛行駛速度較慢，測得的彎沉值近似于靜態彎沉值。

三是落錘式彎沉儀法。落錘式彎沉儀 (FWD) 法是指利用標準重量的重錘對瀝青路面施加沖擊荷載，使瀝青路面在沖擊荷載的作用下產生變形，通過傳感器對沖擊荷載形成的彎沉盆各部位的變形進行采集的一種瀝青路面彎沉測量方法。

落錘式彎沉儀（見圖3）的動態加載可以很好地對車輛動態行駛過程進行模擬，測得的彎沉值為動態彎沉值，更加切合實際；測試結果還可以換算為回彈彎沉值來評價瀝青路面的承載能力，也可以用于瀝青路面結構空洞的檢測。但是此彎沉測定方法只能對瀝青路面某一點的彎沉值進行測量，數據較為離散，只能反映某一點的路面彎沉特性。

圖3 落錘式彎沉儀

四是穩態動力彎沉儀法。穩態動力彎沉儀法是指對瀝青路面施加外部荷載后，利用振動發生設備按照一定的頻率對路面施加正弦荷載，通過布置于路面的傳感器對瀝青路面因荷載產生的彎沉量進行采集的一種路面彎沉值測量方法。采用穩態動力彎沉儀對瀝青路面的彎沉值進行測量，數據精度高、測量速度快、不需要設置參考點，每一次測量可以得出多個彎沉值。但是為防止測量過程中設備在動荷載的作用下跳離路面，需要對路面施加較大的靜載，這一過程改變了路面的力學性能。另外，與車輛實際荷載相比，施加的動荷載偏小，無法準確模擬路面在車輛荷載作用下的彎沉變形。

五是滾輪式彎沉儀法。滾輪式彎沉儀（RWD）法是指在輪式結構上安裝高精度激光掃描裝置，在行駛過程中對瀝青路面產生的彎沉變形進行連續掃描測量，通過數據分析軟件計算瀝青路面彎沉值以及彎沉盆相關數據。滾輪式彎沉儀可以對瀝青路面實際受力狀態下的變形進行測量，而且其測量速度高于落錘式彎沉儀法，對于道路行車影響較小。

2 瀝青路面耐久性與彎沉值的關系

2.1 瀝青路面耐久性評價方法

瀝青路面耐久性評價是公路養護運營中的重要環節。耐久性評價是指通過瀝青路面各項性能指標或者綜合性指標對其實際路用性能進行評價，為公路運營養護決策提供依據，有利于提高公路運營水平、減少道路養護成本。當前瀝青路面耐久性評價方法有很多，通常從瀝青路面的水穩定性、高溫穩定性等方面入手。

在瀝青路面水穩定性分析方面，實際工程常采用馬歇爾浸水試驗對不同因素下的相關指標進行測定，并通過正交分析法對測得的數據進行分析。采用該方法進行路面耐久性評價時需要現場采樣，試驗周期較長；且試驗過程中僅對采樣點處的相關指標進行測定，數據的代表性較差。

在瀝青路面高溫穩定性研究方面，實際工程常通過車轍預估模型對瀝青路面車轍深度、有效作用次數等指標進行計算，并以上述指標為依據進行路面耐久性評價。該方法能夠根據相關資料對瀝青的耐久性進行預測，但其結果受模型參數取值的影響較大。

2.2 瀝青路面彎沉值與其他耐久性評價方法

瀝青路面彎沉值反映了路面的承載能力，其數值大小受到路基強度、道路基層模量、道路面層模量等因素的影響。道路基層與面層的強度是評價道路路用性能的重要指標，在一定程度上可以用來評價瀝青路面耐久性；與其他評價方法相比，路面彎沉值的測量還具有過程簡單、數據質量高、無損檢測等優點。因此，探究實際工程中瀝青路面彎沉值隨時間的變化規律，對于減少公路運營養護成本，提高公路運營水平具有積極意義。

3 工程實例研究

3.1 工程概況

基于山東省部分高速公路實際運營情況進行了研究，該省高速公路車流量較大，在長期車輛荷載的作用下，瀝青路面出現了不同程度的病害。為研究瀝青路面彎沉值與耐久性關系，為瀝青路面長期路用性能評價提供方法，對該省部分高速公路定檢中瀝青路面彎沉值及其運營年限等信息進行了收集調查，得到表1中的數據。

表1 瀝青路面彎沉值檢測表

3.2 瀝青路面彎沉值數據分析

瀝青路面彎沉值既能夠反映該段道路各個結構層的整體強度，還能一定程度上反映該段路面的剛度。將各高速公路不同時期路面彎沉值進行分析，得到路面彎沉值隨運營年限的變化圖（見圖4）。

圖4 路面彎沉值隨運營年限變化圖

由圖4可知，在高速通車運營1年后，在車輛荷載的反復作用下，瀝青路面各結構層密實度增加，此時瀝青路面受到外界環境的影響也較小，彎沉值相對穩定。隨著運營時間的增長，瀝青路面在降水、日照、溫度等外界因素的作用下逐漸產生老化現象，瀝青的黏結能力降低，降水逐漸滲入路面結構內部，該階段瀝青路面彎沉值持續增加，對于大孔隙瀝青路面，因其受到外界降水等因素的影響較大，其彎沉值變化更為明顯，說明其耐久性低于普通密實級配瀝青混凝土路面。公路運營2～5年期間，瀝青路面彎沉值隨時間變化曲線斜率較大，這表明在外界環境因素以及車輛荷載的作用下，瀝青路面逐漸產生了一定的病害，導致該階段路面彎沉值變化較大。當公路運營時間超過5年后，瀝青路面進入大修期，此階段路面彎沉值的增加趨勢趨于穩定。

3.3 彎沉值在瀝青路面耐久性評價中的應用

根據上述研究可知，瀝青路面的彎沉值能夠一定程度上反映瀝青路面的路用性能。在道路運營期間，應定時對路面彎沉值進行測量，對比不同時期的瀝青路面彎沉值的變化，當路面彎沉值出現增高趨勢時，說明在外界因素的影響下瀝青路面路用性能及耐久性有所下降，應采取相關手段對路面進行處理；若瀝青路面的彎沉值與上一階段相比沒有明顯變化，則可以適當推遲路面養護或大中修的期限。

4 結論

我國前期建造的高速公路已進入大修期，瀝青路面的耐久性問題逐漸引起了人們的重視。目前對于瀝青路面耐久性的評價方法很多，但是對于瀝青路面彎沉值與耐久性的關系研究較為欠缺。本文對瀝青路面彎沉值常用的彎沉值測定方法及其優缺點進行了分析，并結合實際工程對瀝青路面彎沉值在耐久性評價中的應用展開研究，主要得出以下結論。

一是工程中通常從瀝青路面的水穩定性、高溫穩定性等方面入手對路面耐久性進行評價，但上述方法存在試驗周期較長、數據代表性較差、結果可靠性較低等缺點。

二是瀝青路面彎沉值大小受到路基強度、道路基層模量、道路面層模量等因素的影響，在一定程度上可以反映瀝青路面的承載能力。因此，隨著運營時間的變化，瀝青路面彎沉值也會發生變化，可以將彎沉值作為瀝青路面耐久性的評價指標。

三是瀝青路面建成初期，其路面結構處于強度上升階段，路面彎沉值與道路建成期相比變化不大。隨著運營時間增長，路面彎沉值會持續增長，對于不同類型路面結構，其彎沉值增長的速度不同，大孔隙結構路面相對于密實級配結構路面彎沉值增長更快。隨著瀝青路面大中修的進行，瀝青路面彎沉值變化趨于平穩。

四是道路運營過程中，按時對瀝青路面彎沉值進行測量：當路面彎沉值與上一階段相比存在上升趨勢時，應及時進行道路的養護與維修；若瀝青路面彎沉值與上一階段相比變化不大，可以適當推遲路面養護維修時間。