重載瀝青路面結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能分析

董澤蛟，肖桂清，龔湘兵，王 元

重載瀝青路面結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能分析

董澤蛟，肖桂清，龔湘兵，王 元

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，150090哈爾濱）

為研究結(jié)構(gòu)組合對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響，首先對(duì)所設(shè)計(jì)的7種瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量及單層車轍試驗(yàn)，得到基本材料參數(shù)及抗車轍性能；然后對(duì)7種混合料組合而成的3種路面結(jié)構(gòu)在重載條件下進(jìn)行雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)，并與單層車轍試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；最后，應(yīng)用光纖光柵智能測(cè)試技術(shù)對(duì)實(shí)際路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變測(cè)試，根據(jù)不同路面結(jié)構(gòu)三向應(yīng)變測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)實(shí)際重載瀝青路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能.結(jié)果表明，單層車轍試驗(yàn)難以準(zhǔn)確反映路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，而雙層車轍試驗(yàn)效果良好.在設(shè)計(jì)抗車轍路面時(shí)要考慮不同面層的模量組合，才能最大程度地發(fā)揮各層混合料的抗車轍性能.

瀝青路面；重載；車轍；結(jié)構(gòu)組合；結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)；光纖光柵傳感器

目前我國(guó)公路超載、重載現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致瀝青路面車轍病害，尤其是早期車轍問(wèn)題尤為突出，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失.研究者主要嘗試從材料與結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來(lái)提高瀝青路面的抗車轍性能［1］.崔文社等［2］針對(duì)路面結(jié)構(gòu)因素對(duì)車轍深度的影響進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在荷載、環(huán)境溫度等作用下引起的中面層流動(dòng)變形是路面車轍變形的主要根源，其變形可占車轍總量的60%.而有計(jì)算表明，無(wú)論是考慮軸載影響還是溫度作用，中面層均為剪應(yīng)力最大，分布最集中的區(qū)域，同時(shí)處于高溫不利狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng).因此，相對(duì)于上、下面層更易發(fā)生車轍［3-5］.當(dāng)中面層模量提高一倍時(shí)，雖然由荷載產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力變化不大，但剪應(yīng)變減少50%左右.同時(shí)中面層動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)車轍深度的影響最為顯著，二者的相關(guān)程度也最大.喬英娟等［6］指出，當(dāng)瀝青上、中面層結(jié)構(gòu)組合不協(xié)調(diào)時(shí)，上面層極易出現(xiàn)側(cè)向流動(dòng)而發(fā)生失穩(wěn)變形.謝俊偉［7］認(rèn)為瀝青混凝土是一種典型的粘彈性材料，溫度的升高會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度和模量的急劇減小，進(jìn)而導(dǎo)致抗車轍性能的降低.因此，提高中面層瀝青混合料的高溫動(dòng)態(tài)模量，優(yōu)化各面層的模量組合是提高路面整體結(jié)構(gòu)抗車轍性能的指導(dǎo)原則［8］.采取有效的評(píng)價(jià)方法是評(píng)判混合料抗車轍性能的關(guān)鍵.目前抗車轍性能的評(píng)價(jià)方法主要是基于瀝青混合料永久變形試驗(yàn)，一般分為3類［9-12］:以室內(nèi)車轍試驗(yàn)為代表的性能相關(guān)模擬試驗(yàn)方法，以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)為代表的基于力學(xué)原理的試驗(yàn)方法和以模擬真實(shí)路面結(jié)構(gòu)行為的現(xiàn)場(chǎng)足尺寸試驗(yàn).蠕變?cè)囼?yàn)是針對(duì)一種瀝青混合料來(lái)獲取蠕變參數(shù)，其指標(biāo)難以直觀量化來(lái)比較不同混合料的抗車轍性能；現(xiàn)場(chǎng)足尺寸試驗(yàn)雖能很好的模擬車輛荷載作用下實(shí)際路面的變形發(fā)展過(guò)程，但其施工和運(yùn)行成本較高，難以推廣應(yīng)用；而常規(guī)室內(nèi)車轍試驗(yàn)只是檢驗(yàn)單層瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，沒(méi)有體現(xiàn)結(jié)構(gòu)組合因素對(duì)抗車轍性能的影響.

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證具有更強(qiáng)的說(shuō)服力.光纖光柵智能測(cè)試技術(shù)成為道路領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的新興手段.清華大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均對(duì)光纖Bragg光柵傳感器的應(yīng)用作了深入研究［13］.文獻(xiàn)［14-16］對(duì)光纖光柵傳感器與瀝青路面材料協(xié)調(diào)變形問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，表明傳感器的植入對(duì)應(yīng)變場(chǎng)的影響可以通過(guò)修正加以消除；并且采用其進(jìn)行了大量的三向應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工作，在此基礎(chǔ)上利用實(shí)測(cè)信息和材料參數(shù)測(cè)試結(jié)果給出了瀝青路面永久變形計(jì)算方法.

本文主要就抗車轍的結(jié)構(gòu)因素及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行探討，將結(jié)構(gòu)組合因素與常規(guī)車轍試驗(yàn)方法相結(jié)合，采用雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)［17-19］來(lái)評(píng)價(jià)不同路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，并基于實(shí)體工程光纖光柵傳感器三向應(yīng)變的實(shí)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行重載瀝青路面不同結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能比較和評(píng)價(jià).

1 材料及路面結(jié)構(gòu)

1.1 依托工程結(jié)構(gòu)與材料

本文針對(duì)依托工程——黑龍江省依七（依蘭—七臺(tái)河）高速公路重載情況，在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，以試驗(yàn)路的形式增加兩種對(duì)比路面結(jié)構(gòu)，分析重載情況下合理的瀝青路面結(jié)構(gòu)形式.研究中所用材料皆為工程建設(shè)的實(shí)際用料.依托工程的設(shè)計(jì)方案為常規(guī)的連續(xù)密級(jí)配AC-16、AC-20和AC-25 3種瀝青混合料，定義為結(jié)構(gòu)A，如表1所示.在依托工程級(jí)配規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整混合料的級(jí)配，得到偏粗級(jí)配的瀝青混合料，作為兩種試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)的材料，這里在原級(jí)配前加K以示區(qū)別，如表1所示.兩種試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分別定義為結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C（見(jiàn)表1）.同時(shí)，為增加對(duì)比路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，在KAC-16和KAC-20中添加0.3%的KTL（墾特萊）抗車轍劑，用“+”表示.

表1 3種瀝青路面結(jié)構(gòu)

從表2可以看出，級(jí)配調(diào)整略微提高了粗集料的比例.以中面層為例，除0.075、26.5 mm外，KAC-20只在9.5、4.75 mm篩的通過(guò)率略大于AC-20，其他篩孔均略小.

3種結(jié)構(gòu)中，上、中面層混合料采用SBS改性瀝青，下面層采用AH-90基質(zhì)瀝青.我國(guó)規(guī)范并未對(duì)下面層的動(dòng)穩(wěn)定度提出要求，所以一般不需摻加抗車轍劑及使用改性瀝青.文中所用材料的基本性質(zhì)及瀝青混合料最佳油量下的物理指標(biāo)均滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求，這里不加贅述.

表2 7種瀝青混合料不同篩孔下通過(guò)的百分率

1.2 動(dòng)態(tài)模量及單層車轍試驗(yàn)

為方便后文分析不同結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能，參照美國(guó)ASTM D-3497試驗(yàn)方法和公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)規(guī)程）進(jìn)行上述7種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)與常規(guī)單層車轍試驗(yàn).本文只分析高溫、重載情況下瀝青路面的抗車轍性能，圖1給出了各混合料在高溫（54.4℃）時(shí)動(dòng)態(tài)模量隨加載頻率的變化曲線，表3為各混合料的動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果.

圖1 7種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量

從圖1可以看出，在高溫條件下，KAC-16+、KAC-20+相比于AC-16、AC-20動(dòng)態(tài)模量均有提高，且中面層混合料提高幅度較大.而下面層KAC-25在低頻加載時(shí)動(dòng)態(tài)模量高于AC-25，高頻加載時(shí)低于后者，說(shuō)明其在低速或高溫條件下較后者高溫穩(wěn)定性好.原因是KAC-25粗集料比例略大，瀝青含量較低，在低速或高溫情況下瀝青粘結(jié)作用影響較小，集料嵌擠作用影響較大，模量略高；而當(dāng)高速或低溫時(shí)，瀝青的粘結(jié)作用影響較顯著，集料嵌擠作用影響較小，其模量略低于AC-25.但兩者的模量均低于ATB-25.總體來(lái)看，結(jié)構(gòu)C的3種混合料的動(dòng)態(tài)模量均高于結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)A的動(dòng)態(tài)模量.

表3 7種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

從表3中可以看出，高溫動(dòng)態(tài)模量較大的KAC-16+、KAC-20+較AC-16、AC-20動(dòng)穩(wěn)定度大幅提高，分別為后者兩倍左右.這里可以看出，KAC-25與AC-25基本相當(dāng)，ATB-25明顯高于其他兩種混合料，這與前述動(dòng)態(tài)模量結(jié)果反映規(guī)律基本一致.

2 重載雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組合

本文采用雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)以比較不同結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能.將表1中3種路面結(jié)構(gòu)組合分為兩組，分別為上、中面層組合及中、下面層組合，如表4和表5所示.

表4 上、中面層結(jié)構(gòu)組合

表5 中、下面層結(jié)構(gòu)組合

2.2 試件成型及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)中采用特制的雙層結(jié)構(gòu)車轍模具，其長(zhǎng)和寬與常規(guī)車轍模具相同（均為300 mm），高度為180 mm，不同組合的高度通過(guò)選擇不同的側(cè)擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示.采用分層輪碾成型方法進(jìn)行多層混合料成型，輪碾次數(shù)根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，上面層為12次往返碾壓.由于中、下面層厚度較大，碾壓次數(shù)需另行確定，碾壓標(biāo)準(zhǔn)為車轍試件達(dá)到馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密實(shí)度的100%±1%.本研究中面層采用16次往返碾壓，下面層采用19次往返碾壓.試驗(yàn)條件采用試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的60℃.為考慮重載條件，參照依托工程現(xiàn)場(chǎng)車輛荷載的實(shí)測(cè)結(jié)果，采用1.1 MPa荷載水平.每組結(jié)構(gòu)進(jìn)行3次平行試驗(yàn).

圖2 雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)?zāi)＞?/p>

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)采用動(dòng)穩(wěn)定度（DS）及車轍試件的變形量來(lái)評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能.圖3和圖4分別給出了上、中面層結(jié)構(gòu)組合的動(dòng)穩(wěn)定度及試件變形量的柱狀圖.可以看出，在1.1 MPa的荷載下，結(jié)構(gòu)B、C的動(dòng)穩(wěn)定度明顯高于結(jié)構(gòu)A，較后者提高52%，說(shuō)明前者上、中面層結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能優(yōu)于后者.而從試件的變形量來(lái)看（如圖4所示），前者相對(duì)于后者，45、60 min變形量分別降低39.1%及39.0%，兩者的抗永久變形能力得到大幅改善.

圖3 上、中面層結(jié)構(gòu)組合動(dòng)穩(wěn)定度

圖4 上、中面層結(jié)構(gòu)組合變形量

中、下面層結(jié)構(gòu)組合的動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果如圖5所示.可以看出，結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C的結(jié)構(gòu)組合動(dòng)穩(wěn)定度較大，相比于結(jié)構(gòu)A的5 268次／mm，分別提高68%和106%.總體而言，采用ATB-25的結(jié)構(gòu)C抗車轍性能略強(qiáng)于以KAC-25為下面層的結(jié)構(gòu)B.結(jié)合圖1（c）分析原因，可以看出，ATB-25較KAC-25高溫條件下動(dòng)態(tài)模量大，且與中面層混合料相近，中、下面層之間模量沒(méi)有出現(xiàn)間斷變化.說(shuō)明模量沒(méi)有較大間斷性變化的路面設(shè)計(jì)，即優(yōu)化面層模量組合可以在一定程度上了提高整體路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能.

圖5 中、下面層結(jié)構(gòu)組合動(dòng)穩(wěn)定度

圖6 中、下面層結(jié)構(gòu)組合變形量

另外，3組結(jié)構(gòu)組合的變形量如圖6所示，可以看出，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，結(jié)構(gòu)B的45、60 min變形量較結(jié)構(gòu)A分別降低30%和31%.結(jié)構(gòu)C的變形量與結(jié)構(gòu)B的接近，所不同的是前者的45 min變形量略大，后期變形緩慢，60 min變形量相當(dāng)，與動(dòng)穩(wěn)定度反映規(guī)律一致.究其原因在于結(jié)構(gòu)C的中、下面層模量相差不大，變形分布相對(duì)較均勻.而結(jié)構(gòu)B的下面層模量較低，當(dāng)施加荷載后，更易發(fā)生變形.施加在結(jié)構(gòu)B上的輪載經(jīng)過(guò)中面層分散后，下面層的承載面積增加，應(yīng)力減小，導(dǎo)致變形相對(duì)較慢.而在輪載持續(xù)作用后，下面層被進(jìn)一步壓實(shí)，變形轉(zhuǎn)為主要由中面層承擔(dān)，在試驗(yàn)?zāi)┢趦烧咦冃瘟肯喈?dāng).上述試驗(yàn)結(jié)果也可以從國(guó)外柔性基層的大面積使用得到佐證，國(guó)外很多重載及高等級(jí)公路均為柔性基層，抗車轍效果良好，對(duì)我國(guó)抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)形式的選取具有一定的參考意義.

2.4 結(jié)構(gòu)組合因素的影響分析

為比較不同混合料及其結(jié)構(gòu)組合的抗車轍性能，這里進(jìn)一步分析上述試驗(yàn)結(jié)果，如圖7、8所示.其中，B-A代表結(jié)構(gòu)B相比于結(jié)構(gòu)A相應(yīng)面層材料及其組合的動(dòng)穩(wěn)定度變化幅度，以百分率計(jì)；同理，C-B是結(jié)構(gòu)C相比于結(jié)構(gòu)B的相應(yīng)面層材料及其組合的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)變化幅度.

圖7 上、中面層結(jié)構(gòu)組合動(dòng)穩(wěn)定度變化幅度

圖8 中、下面層結(jié)構(gòu)組合動(dòng)穩(wěn)定度變化幅度

從圖7可以看出，結(jié)構(gòu)B的上、中面層混合料動(dòng)穩(wěn)定度相比于結(jié)構(gòu)A分別提高142%和110%，而其結(jié)構(gòu)組合的動(dòng)穩(wěn)定度只比后者提高52%，說(shuō)明傳統(tǒng)的單層車轍試驗(yàn)難以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)組合因素對(duì)整體路面結(jié)構(gòu)抗車轍性能的影響.由于實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能不會(huì)相差很大，結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)的結(jié)果更有可信度.

同樣從圖8也可以看出相似規(guī)律，結(jié)構(gòu)B的中、下面層相比于結(jié)構(gòu)A而言，動(dòng)穩(wěn)定度分別提高110%和降低3%，而其結(jié)構(gòu)組合的動(dòng)穩(wěn)定度比后者提高68%.結(jié)構(gòu)C的中、下面層相比于結(jié)構(gòu)B分別提高0%和82%，而其結(jié)構(gòu)組合較后者提高23%.結(jié)合圖7，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)組合的動(dòng)穩(wěn)定度提高程度與中面層材料相關(guān)性較大.結(jié)合前述各層混合料高溫動(dòng)態(tài)模量結(jié)果，說(shuō)明中面層的抗車轍性能對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較大.

綜上所述，傳統(tǒng)單層車轍試驗(yàn)難以計(jì)入結(jié)構(gòu)因素的影響，結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)的評(píng)價(jià)效果較好.加強(qiáng)中面層的材料設(shè)計(jì)和提高其抗車轍性能，同時(shí)優(yōu)化面層結(jié)構(gòu)組合，保證各面層模量沒(méi)有較大的間斷變化，是提高瀝青路面整體抗車轍性能的有效措施.

3 光纖光柵傳感器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變測(cè)試

由于室內(nèi)試驗(yàn)的環(huán)境等外在條件與實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的相差較大，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果能否評(píng)價(jià)實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證.本研究中采用光纖光柵測(cè)試技術(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三向應(yīng)變測(cè)試，通過(guò)三向應(yīng)變的測(cè)試結(jié)果來(lái)分析實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能.

瀝青混合料是一種典型的黏彈性材料，其在高溫及荷載作用下產(chǎn)生的粘滯流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致路面形成不可恢復(fù)的殘余變形，逐漸積累即導(dǎo)致車轍病害.文獻(xiàn)［16］基于光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)討論了采用豎向應(yīng)變計(jì)算瀝青路面永久變形的方法，發(fā)現(xiàn)永久變形與單次應(yīng)變響應(yīng)的殘余變形成正比，說(shuō)明采用車輛荷載作用下的應(yīng)變間接表征瀝青路面的抗車轍性能是合理的.

3.1 傳感器布設(shè)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

考慮室內(nèi)雙層車轍試驗(yàn)的結(jié)論及路面結(jié)構(gòu)抗車轍性能分析的需要，將豎向應(yīng)變傳感器布設(shè)于中面層中部監(jiān)測(cè)豎向應(yīng)變，橫向和縱向應(yīng)變傳感器布設(shè)于下面層底部體現(xiàn)下面層的作用，溫度傳感器布設(shè)于相應(yīng)層位底部用于溫度修正.圖9給出了現(xiàn)場(chǎng)光纖光柵應(yīng)變傳感器的布設(shè)方案.由于施工原因，結(jié)構(gòu)A的3個(gè)方向的應(yīng)變傳感器整體遭到破壞，現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C的三向應(yīng)變傳感器的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析.

圖9 現(xiàn)場(chǎng)傳感器布設(shè)方案

測(cè)試中選用一雙軸貨車作為標(biāo)準(zhǔn)載荷，前后軸重分別為2.4、10.6 t.測(cè)試前，在傳感器的埋設(shè)點(diǎn)處做好標(biāo)記，以便于盡量控制車輛荷載作用于傳感器上方.測(cè)試車輛以相同速度（實(shí)際操作過(guò)程中略有差異）分別駛過(guò)結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C，采用光纖光柵解調(diào)儀解調(diào)光信號(hào)，利用測(cè)試數(shù)據(jù)繪制三向應(yīng)變的時(shí)程曲線.

3.2 數(shù)據(jù)處理

測(cè)試中采集的信息是光纖光柵傳感器的波長(zhǎng)變化值，結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C的橫向、縱向和豎向應(yīng)變計(jì)算公式為

式中:ε為縱向、橫向或豎向應(yīng)變值；λ0為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)記錄的初始波長(zhǎng)；λ1為傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)波長(zhǎng)；αT為傳感器隨結(jié)構(gòu)標(biāo)定的溫度靈敏度系數(shù)；αε為傳感器的應(yīng)變靈敏度系數(shù)；ΔT為相對(duì)標(biāo)定溫度的溫度變化．

圖10給出了現(xiàn)場(chǎng)三向應(yīng)變實(shí)測(cè)的典型時(shí)程曲線.可以看出，車輛加載過(guò)程中縱向應(yīng)變出現(xiàn)拉、壓應(yīng)變交替變化，而橫向應(yīng)變以拉應(yīng)變?yōu)橹?，豎向應(yīng)變以壓應(yīng)變?yōu)橹鳎c以往研究規(guī)律相符.同時(shí)，車輛荷載后軸引起的應(yīng)變明顯大于前軸，結(jié)構(gòu)B的應(yīng)變幅值總體上大于結(jié)構(gòu)C.需要注意的是，從圖中也可以看出車輛經(jīng)過(guò)兩種結(jié)構(gòu)時(shí)車速?zèng)]有達(dá)到完全一致，這與現(xiàn)場(chǎng)操作中難以精確控制有關(guān).

圖10 兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)變時(shí)程曲線

3.3 傳感器數(shù)據(jù)對(duì)比分析

圖11給出了結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C在測(cè)試車輛后軸作用下的三向應(yīng)變幅值.從中可以看出，結(jié)構(gòu)C的縱向和橫向應(yīng)變明顯小于結(jié)構(gòu)B，而兩者的豎向應(yīng)變大致相當(dāng).分析原因，水平向傳感器埋設(shè)在下面層底，豎向傳感器埋設(shè)在中面層層間，見(jiàn)圖9，兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別僅為下面層不同，這從另一方面也說(shuō)明了測(cè)試結(jié)果的合理性.結(jié)果表明，雖然中面層為主要的抗車轍層，但在路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能上，下面層的作用不可忽略.從兩者的對(duì)比可以看出，結(jié)構(gòu)C的縱向、橫向及豎向應(yīng)變較結(jié)構(gòu)B分別降低43.8%、57.9%和2.8%，說(shuō)明前者的抗變形能力優(yōu)于后者，這與前述室內(nèi)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)結(jié)果反映的規(guī)律一致.

圖11 兩種結(jié)構(gòu)三向應(yīng)變

4 結(jié) 論

1）通過(guò)對(duì)比分析雙層結(jié)構(gòu)車轍試驗(yàn)與傳統(tǒng)車轍試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后者難以計(jì)入結(jié)構(gòu)組合因素的影響，而前者能更好地模擬實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能.在進(jìn)行路面抗車轍性能檢驗(yàn)時(shí)不應(yīng)以單一結(jié)構(gòu)層合格為標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)采用結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行檢驗(yàn).因?yàn)榍罢卟⒉荒芡耆珱Q定整體路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，其中，中面層動(dòng)穩(wěn)定度提高程度與結(jié)構(gòu)組合后相近，即中面層的影響最大.

2）試驗(yàn)結(jié)果證明，動(dòng)態(tài)模量與動(dòng)穩(wěn)定度呈正相關(guān)，提高瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量有助于改善其高溫抗車轍性能.從結(jié)構(gòu)組合因素影響分析，加強(qiáng)中面層的材料設(shè)計(jì)和提高其抗車轍性能，同時(shí)優(yōu)化面層結(jié)構(gòu)組合，保證各面層模量沒(méi)有較大的間斷變化，是提高瀝青路面整體抗車轍性能的有效措施.

3）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，獲得車輛荷載作用下的典型三向應(yīng)變時(shí)程圖.以三向應(yīng)變結(jié)果間接分析路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，發(fā)現(xiàn)不同路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能不同，所設(shè)計(jì)的3種結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)C的整體抗車轍性能最優(yōu)，驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

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（編輯 魏希柱）

Rutting resistance analysis of structure combinations for asphalt pavement subjected to heavy loads

DONG Zejiao，XIAO Guiqing，GONG Xiangbing，WANG Yuan
（School of Transportation Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，150090 Harbin，China）

To study the effect of structure combinations on rutting resistance，firstly，dynamic modulus tests and single-layered wheel tracking tests were carried out to get basic parameters and anti-rutting resistance of seven asphalt mixtures designed.Secondly，double-layered structural wheel tracking tests subjected to heavy loads were conducted for three pavement structure combinations made up of asphalt mixtures utilized，and then compared the results with the single-layered ones.Finally，three-directional strain of pavement was got on site utilizing fiber Bragg grating（FBG）intelligent test technology，and the rutting resistance of actual asphalt pavement was evaluated through these results.Results show that rutting resistance of pavement structures cannot be reflected by single-layered wheel tracking test accurately，while the double-layered does. Additionally，modulus combinations with different layers must be taken into account in order to maximize the rutting resistance of asphalt mixtures.

asphalt pavement；heavy loads；rutting；structure combination；structural wheel tracking test；fiber Bragg grating sensor

U416

A

0367-6234（2014）06-0072-07

2013-07-20.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51278159，51008099）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目（HIT.NSRIF. 2009103）.

董澤蛟（1979—），男，教授，博士生導(dǎo)師.

董澤蛟，hitdzj＠hit.edu.cn.