高速公路沥青路面车辙发展规律及影响因素分析*

2021-06-28张征宇刘林林

交通科技 2021年3期

张征宇刘林林卢勇

(1.常熟市交通工程管理处苏州 215500； 2.苏交科集团股份有限公司南京 211112；3.新型道路材料国家工程实验室南京 211112)

车辙病害是江苏省高速公路沥青路面的典型病害之一，车辙深度一直以来是沥青路面研究的重点。针对沥青路面的高温稳定性，全世界范围内已经开展了全面、深入的研究，现有的研究成果能够较全面地分析车辙成因，提供一些有效的改进措施。但车辙依旧是高速公路沥青路面的典型病害，由此可见，车辙并不是能完全杜绝的一类路面病害，尤其在特定的气候环境和交通条件下，车辙总是不可避免，但可以基于车辙影响因素的研究，掌握车辙的成因，从而提供沥青路面车辙病害的改善措施。

车辙发展的过程也是沥青路面损伤的过程，随着使用年限的增长，沥青路面抗车辙变形能力在逐步减弱，按照沥青路面高温蠕变发展的三阶段可知：第三阶段永久变形发展很快，属于失稳破坏。因此，第二阶段和第三阶段的临界点也是车辙失稳破坏的临界点，为了避免产生过大车辙病害，需采取必要的措施尽量延长达到该临界点的时间，解决该技术问题的关键是要掌握沥青路面使用过程中车辙发展规律。因此，为了深入掌握不同交通等级路面车辙深度的发展规律，分别选择沪宁高速、淮盐高速、沿江高速、新扬高速、连徐高速等重载交通路段，开展车辙深度的时空演变规律研究，分析主要影响因素并建立车辙深度预测模型。

1 车辙深度随时间的发展规律

分别选择淮盐高速(路段D7)、沿江高速(路段D9)、新扬高速(路段D13和D16)、连徐高速(路段D14)、沪宁高速(路段D5和D6)，绘制车辙深度随通车时间的变化图，见图1。其中，D9、D13、D16和D14为重交通，D5和D6为特重交通，D7为中等交通(对比路段)。

图1 车辙深度随时间发展规律

由图1可知，随着通车时间的增长，路面车辙深度逐渐增大，并表现出初期增长迅速，之后逐渐趋于平稳发展的规律，基本符合车辙形成的前2个阶段，即初期压密阶段和中期混合料流变阶段，目前，尚不存在第三阶段，即后期剪切破坏阶段。由于交通等级的不同，车辙形成的阶段特征存在一定的差异性。

由上述可知，车辙在初期压密的第一阶段，车辙深度增长相对较快，而后逐渐进入了缓慢稳定增长的混合料流变第二阶段，因此，本文提出对于第一阶段采用对数函数进行回归，对第二阶段采用logistics函数进行回归，建立车辙深度两阶段模型，见式(1)、式(2)。

y(x)=alnx+b(t≥t0)

(1)

(2)

式中：根据相关研究结论，中、重、特重3种交通等级条件下的路面车辙深度进入第二阶段的时间分别取7年、5年和3年，由此计算的结果见表1。

表1 不同交通等级的车辙深度预测模型

为了验证上述车辙深度预测模型，采用其他不同交通等级路段的车辙深度数据，计算了每年的车辙深度预测值，并与实测值进行对比，结果见图2。

图2 不同交通等级的车辙深度预测值与实测值对比

由图2可见，所建立的两阶段模型车辙深度预测值与实际值之间的残差维持在2 mm以内，相关性达到了0.9左右，具有较高的预测精度，所建立的模型可靠，可选择该模型对高速公路沥青路面进行车辙深度预估，为后期养护决策方案提供参考依据。

2 车辙深度随空间的分布规律

分别针对不同高速公路断面进行取芯，通过测量不同层位的厚度，计算车辙贡献率和变形度指标，通过变形度指标可以评价不同结构层变形率与该结构层厚度比例之间的关系，当Hi=1时，表示该结构层变形率与该结构层厚度占总厚度的比例相同，即结构层的变形率与厚度比例是一致的，当Hi>1时，表示该结构层变形率大于该结构层厚度占总厚度的比例，变形较为严重，而当Hi<1时，表示该结构层变形率小于该层厚度占总厚度的比例，变形较轻[2-3]。