关于沥青路面剩余寿命的研究方法

（重庆交通大学，重庆 400074）

从目前沥青路面的使用情况来看，车辙、推移、拥包等永久变形已成为高等级沥青路面的主要损坏形式．永久变形不仅影响行车速度和安全，更严重降低了路面的使用寿命，同时，其维修养护也较其他路面病害形式困难．由于结构层设计不合理、设计不适用以及材料设计参数有误的原因，使得沥青路面在使用寿命的早期即出现较大的永久性变形，影响了路面的使用．因此，本文以此为研究目标，提出研究永久性变形的形成机理以及在出现一定的永久性变形后路面的剩余寿命的方法．

1 主要研究方法

1.1 重复荷载作用下沥青混合料永久变形试验研究

以流变学模型理论为基础，建立重复荷载作用下沥青混合料的粘弹性本构模型，提出能反映沥青混合料高温抗变形特性的试验方案及试验条件（室内小型试验及试槽试验），研究不同温度、偏应力下沥青混合料重复荷载作用的永久变形规律，并对沥青混合料力学模型进行参数最小二乘拟合和样条插值，以实现不同试验条件下永久变形规律的预测．

1.2 道路结构永久性变形模型的建立

以道路结构的不平整度为永久性变形的具体表现形式，在分析路面不平度测定方法和评价指标的基础上，研究路面不平度时间域与空间域、幅值域与频率域的转化关系；基于路面不平度的测量原理和描述方法，建立路面不平度测量仿真模型，计算路面不平度指标与路面状态参数（波长和幅值）的定量关系；并结合实测路段不平度数据，对路面不平度模型进行分析及求算．

1.3 不平整路面车辆动荷载研究

针对路面不平度引起的车辆振动，选择国内高速公路上常见的二轴车，建立其四自由度和七自由度车辆—路面动力学模型，研究车辆对路面的动荷载及动荷载评价指标，仿真计算不平整路面引起的车辆动荷载和动载系数，并分析路面状态参数（波长和幅值）、速度、载重、胎压等因素对动荷载及动载系数的影响．

1.4 合理的沥青路面典型结构研究

路面结构设计过程中，往往首先根据行车荷载计算设计弯沉值，然后假设各结构层的厚度及抗压回弹模量值，再计算设计层的厚度．虽然要求进行结构层组合设计，但往往为人们所忽略．这也是很多道路竣工验收时弯沉值符合要求，但很快出现永久性变形的原因．因此，在总结前面成果的同时，提出了结构层组合设计的参数值及具体方法．

1.5 考虑动荷载作用的沥青路面永久变形预估方法

在对已有的永久变形预估方法分析评述基础上，研究提出基于叠加原理的考虑温度条件的沥青路面永久变形预估模型；结合路面温度实测数据，分析沥青路面全年温度分布情况；并利用路面结构有限元模型在各代表温度下对沥青路面结构进行应力分析，计算荷载作用范围内沥青面层各单元层的大、小主应力，最终建立沥青路面永久变形预估流程，为沥青路面永久变形方面的相关研究及沥青路面的设计提供参考．

1.6 沥青路面剩余使用寿命预估研究

在分析沥青路面使用性能及寿命外在及内在影响因素的基础上，根据前述研究成果，从能反映路面使用性能的平整度指标入手，对路面使用性能衰变规律进行研究，构建新的基于平整度的沥青路面剩余寿命预估方法．结合高速公路实际路段实测数据进行实例计算，考虑动荷载、材料本身及路面环境的综合作用，对预估流程中各参数进行确定，使之能对沥青路面使用性能衰变规律及使用寿命进行较为准确的预估，为路面管理的科学决策提供依据．

2 技术路线

技术路线分为两部分：一是理论分析，二是实验研究．本文属于理论分析．对实验研究，主要包括室内小型试验及试槽试验．目的在于通过试验观测沥青路面在荷载作用下的永久性变形发展情况．理论分析部分的技术路线如下图所示．

图1 研究项目技术路线图

3 关键技术

3.1 路面不平整度模型的建立

以路面实测平整度结果为依据，分析建立路面不平整度模型．

3.2 不平整路面上的行车动荷载分析计算

建立数学模型分析研究路面不平整度与汽车动荷载之间的关系，分析计算路面的不平整度（沿路面纵向高低程度）引起的行驶车辆的附加动荷载．

3.3 动荷载作用下路面平整度变化研究

研究分析在不平整路面上行驶的汽车动荷载对路面的作用（动荷载作用下路面产生永久变形而引起路面不平整度的增加）及其与路面使用性能及品质衰减之间的关系．

3.4 以永久性变形状况为标准的路面剩余寿命预估方法的提出

随着路面使用年限的增加，路面会出现永久性变形，根据永久性变形的状况，分析路面结构的剩余寿命，为养护部门提供依据．

4 结 论

4.1 经济效益

本文成果的应用预计将产生巨大的经济效益．成果直接用于指导合理及时制定沥青路面的养护维修方案，这将发挥沥青路面的使用功效，通过及时养护维修，避免破坏后再进行大修，可减少沥青路面的维修费用，因此本项目预计有明显的经济效益．

4.2 社会效益

本文成果的应用将会正确认识沥青路面的使用性能，通过合理及时进行养护维修而减少维修养护费用，提高路面的安全性，减少安全事故，节约运输成本；本项目成果对于正确了解行车动荷载的作用及沥青路面在动荷载作用下的反应有重要意义，对沥青路面以动荷载进行路面设计有重要的理论意义．因此本项目预计具有良好的社会效益．

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