铺砂参数对路面构造深度的影响分析

王贵斌

（上海建工股份有限公司,上海市 200032）

0 引言

路面表面的构造深度（TD）又称纹理深度，是表征路面粗糙度的重要指标，它与路表抗滑性能、排水、噪声等都有一定关系。我国将构造深度定义为“将细砂铺在路面上，计算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的体积与覆盖体积之比，从而求得构造深度”，并选用0.15～0.3 mm的标准砂，砂的体积采用25 mL。对于砂的粒径和体积，日本铺装试验法便览7-7规定，对粗糙的路面用0.15～0.3 mm的砂50 mL，对于致密的路面用0.075～0.15 mm的砂10 mL，从理论上讲，该规定比较合理[1]。此外，轮胎规格不同，车辆轮胎着地宽度也不尽相同，一般情况下小型轿车排量在0.8～1.5之间，相应的它的轮胎规格适用为155/65R 13～175/70R 14这个范围内，即轮胎宽度为155～175 mm；大型轿车排量在1.6～6.0之间，轮胎规格相应的在185/60R 14～245/50R 18这个范围内，亦即轮胎宽度为185～245 mm[2]。另一方面，目前针对路面表面抗滑性能衰减规律研究的众多试验方法中，加速加载磨耗试验是应用最为广泛的一种，但受限于室内空间和仪器设备的大小，试验轮磨耗轮迹带宽度一般在200 mm以下[3-5]。众所周知，路面表面抗滑性能衰减损失在行车轮迹带尤为显著，而通常铺砂法铺砂直径在200 mm以上，受限于轮迹带的宽度，砂摊平后难免会有部分分布于轮迹带外侧，致使构造深度测定结果误差的增大[6]。这种情况下，仍然采用《公路路基路面现场测试规程》（JTG E40-2008）中“圆形”这种铺砂方法并不是十分科学、合理。

式中：TD——路面表面构造深度，mm；

V——砂的体积，25 mL；

D——摊平砂的平均直径，mm。

由式（1）可知，构造深度计算值是铺砂量与铺砂面积的比值，因此将砂摊平为其他类型的规则形状，通过测边量高计算铺砂面积，同样可以求得构造深度TD。考虑到众多几何形状中面积计算的难易程度不同，本文提出“长方形”铺砂形状这种测定方法，分析了铺砂宽度、铺砂量以及路表局部均匀性对构造深度的影响，并与规程中标准测定条件下铺砂法测试结果进行比较[7,8]。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料及配合比

本试验所选用原材料均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）中相应要求。本文选取3种不同构造深度的路面结构类型：露石水泥混凝土、AC-13沥青混合料、刻槽水泥混凝土。由于矿料级配与路表纹理构造息息相关，进而对路表构造深度产生直接影响，因此本文将AC-13沥青混合料矿料级配与水泥混凝土配合比分别设计如表1、表2所示。

1.2 试验方法

露石水泥混凝土、AC-13沥青混合料、刻槽水泥混凝土3种路面结构类型均成型400×400×50（单位：mm3）试件，其中刻槽水泥混凝土刻槽参数为槽宽3 mm、槽深3 mm、槽间距10 mm。铺砂宽度选取3个水平：10 cm、15 cm、20 cm；铺砂量选取 4个水平：20 mL、25 mL、30 mL、35 mL；路表局部均匀性选取2个水平：无车辙、车辙试验后。针对每一个影响因素，分别测试不同水平条件下长方形铺砂形状时的构造深度，并与标准测定条件下圆形铺砂形状构造深度测试结果进行比较。

表1 AC-13沥青混合料矿料级配

表2 水泥混凝土配合比

2 试验结果与分析

2.1 铺砂宽度对构造深度的影响分析

本文选取10 cm、15 cm、20 cm三个铺砂宽度进行3种路面结构构造深度测试，分析铺砂宽度对构造深度的影响。不同铺砂宽度下构造深度测试结果见表3及图1～图3所示。

表3 不同铺砂宽度下构造深度测试结果（单位：mm）

图1 露石水泥混凝土构造深度与铺砂宽度关系图示

图2 AC-13沥青混合料构造深度与铺砂宽度关系图示

图3 刻槽水泥混凝土构造深度与铺砂宽度关系图示

由图1～图3可以看出，与构造深度标准值相比，不同铺砂宽度下构造深度测试值均具有较好的相关性，但不同路面结构类型又表现出不同的规律性。由图1可知，随着铺砂宽度的增加，露石水泥混凝土构造深度测试值逐渐增大，与构造深度标准值差值也愈来愈大。由图2～图3可知，随着铺砂宽度的增加，AC-13沥青混凝土与刻槽水泥混凝土构造深度测试值呈现逐步下降的趋势，二者相比，刻槽水泥混凝土变化更加平缓，与构造深度标准值之差也更趋于稳定。这与“长方形”构造深度试验方法所得铺砂形状有关，在众多铺砂形状中，“长而窄”是一种不利情况，长宽比越大，手动铺砂时操作误差越易发生，铺砂形状越趋向于不规则化，这样铺砂面积计算值也就越不准确。因此铺砂形状越接近“正方形”，铺砂形状尺寸测定误差就越小，试验所得构造深度越准确，规程中采用圆形铺砂形状出于同样的考虑。相同铺砂量下，铺砂形状与路表纹理深度，亦即与不同路面结构类型下构造深度值的大小直接相关。露石水泥混凝土路面构造深度较大，铺砂宽度为10 cm时，形状较接近正方形，故构造深度实测值较接近标准值；AC-13沥青混凝土路面构造深度较小，在20 cm铺砂宽度下，构造深度实测值具有更好的精确度，构造深度更小的刻槽水泥混凝土路面构造深度实测值具有相同的规律性。

2.2 铺砂量对构造深度的影响分析

本文选取 20 mL、25 mL、30 mL、35 mL四个铺砂量进行3种路面结构构造深度测试，分析铺砂量对构造深度的影响。不同铺砂量下构造深度测试结果见表4及图4～图6所示。

表4 不同铺砂量下构造深度测试结果（单位：mm）

图4 露石水泥混凝土构造深度与铺砂量关系图示

图5 AC-13沥青混合料构造深度与铺砂量关系图示

图6 刻槽水泥混凝土构造深度与铺砂量关系图示

由图4～图6可知，与2.1小节试验结果相近，不同路面结构类型条件下构造深度随铺砂量同样表现出不同的规律。由图4可以看出，随着铺砂量的增大，露石水泥混凝土路面构造深度实测值逐渐减小，这与露石水泥混凝土路面较大的纹理深度有关。路表纹理深度越大，填充空隙所需砂量越多，如果铺砂量较少，“长而窄”形状的出现造成构造深度实测值较大的误差。由图5、图6可以看出，随着铺砂量的变化，AC-13沥青混凝土路面和刻槽水泥混凝土路面构造深度实测值也随之改变，但与图4所示不同，后者构造深度实测值均出现“波峰、波谷”值，这是因为在铺砂量为25 mL和30 mL时，AC-13沥青混凝土路面与刻槽水泥混凝土路面铺砂形状更接近于正方形，故构造深度实测值出现极值。极值之后，增加铺砂量反而对构造深度测定带来不利影响，增大了测定误差。

2.3 路面表面局部均匀性对构造深度的影响分析

路面表面局部均匀性是指测试局部范围内纹理构造的均匀性，新建路面局部均匀性较好，但运营一段时间后车辙的产生势必会影响路表纹理构造的均匀性。本文选取无车辙和车辙试验后两个路表局部均匀性变化量，针对AC-13沥青混合料进行构造深度测试，分析路表局部均匀性对构造深度的影响。不同局部均匀性条件下构造深度测试结果见表5所示。

表5 不同路表局部均匀性下构造深度测试结果

为了保证试验准确性，本试验保留1组对照试验，铺砂形状为圆形，但铺砂量与长方形法保持一致，均取15 mL。铺砂宽度选为5 cm，是为了保证铺砂全部分布在车辙试验轮迹带范围内。

由表5可知，无论圆形或者长方形铺砂形状，车辙的产生均会造成路表构造深度的减小。车辙试验进行前，圆形和长方形条件下，AC-13沥青混凝土路面构造深度分别为1.32和1.28，车辙试验后构造深度均表现出减小的趋势，且后者要小于前者。这是因为圆形铺砂形状下，由于铺砂直径过大，有部分试验用砂摊铺在未磨耗的车辙轮迹带外侧，而长方形铺砂形状条件下，5 cm的铺砂宽度保证试验用砂完全分布于车辙轮迹带，故长方形铺砂形状下构造深度实测值要小于圆形铺砂形状下实测值。

3 结论

（1）路面结构表面纹理不同，铺砂宽度对其影响也不尽然相同。基于本文研究，笔者认为在相同铺砂量条件下，构造深度较大者适宜较小的铺砂宽度，反之亦然。

（2）铺砂量对构造深度测定的影响尤为突出，构造深度越大，所需铺砂量越多，但铺砂量超过极值后，增加试验用砂量反而增大测定误差。

（3）由于车辆荷载磨耗作用，路表纹理表现出局部不均匀性，构造深度优化测定方法具有更佳的适用性。

[1]JTG E40—2008，交通部公路科学研究院.公路路基路面现场测试规程[S].

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