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路面微表处技术对高速公路车辙修复能力的分析

发表时间：2020/11/26 来源：《基层建设》2020年第22期作者：周力何畏李杉杨维

[导读] 摘要：本文旨在分析针对车辙＞10mm路段采用微表处技术进行修复后的路面车辙分析，为后续采用微表处技术应用提供参考。

        重庆渝广梁忠高速公路有限公司重庆市 400700
        摘要：本文旨在分析针对车辙＞10mm路段采用微表处技术进行修复后的路面车辙分析，为后续采用微表处技术应用提供参考。
        关键词：沥青路面；车辙；微表处施工技术
        1 微表处工程概况
        重庆某高速公路某路段RDI值偏低（85-90），拟采用微表处技术对路面车辙进行修复，该工程采用8mm厚AC-13沥青混合料摊铺在原路面。
        2 车辙成因分析及微表处技术合理性探讨
        在循环荷载作用下，路面结构会出现大量的微裂缝、微损伤、微空洞，随着循环荷载次数作用的增加，微裂缝、微损伤、微空洞逐渐扩展，最终形成宏观裂缝、空洞导致材料破坏，这种破坏称之为疲劳损伤破坏。材料破坏时循环荷载作用的次数称之为疲劳寿命。蠕变损伤里损伤通常是时间的函数，不同于蠕变损伤，损伤疲劳一般是关于循环荷载作用次数的函数。车辙的演化过程可看作因路面结构受到循环荷载作用后导致的路面各层材料受到不同程度的损伤，从而引起的结构层变形导致车辙的产生[1]。车辙产生后，因路面结构变形，循环荷载作用下的路面会发生应力集中的情况，会进一步加快路面各结构层的损伤演化。
        本文拟采用弯沉指标分析路面车辙的发展。沥青路面的路表弯沉为路面结构在标准轴载作用下轮隙中心处（图1中A点）的弹性竖向位移，表征路面结构的总体刚度。在相同车轮荷载作用下，路面的弯沉值越大，则路面抵抗垂直变形的能力越弱，反之则强。实践表明，对于回弹弯沉值大的路面，在经受较少的行车荷载重复作用后，即可能表明出某种破坏形态；而对于回弹弯沉值小的路面，达到相同的破坏状态时，路面能经受较多的行车荷载重复作用。因此，在达到相同的路面破坏状态时，回弹弯沉值大小同作用于路面的行车荷载累计作用次数或使用寿命成反比关系。
        （1）设计弯沉值
        通过对全国共31段试验路和生产路段的长期跟踪观测，我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）规定沥青路面设计弯沉值由式1计算确定。
                        （1）
        式中： ——路面设计弯沉值（0.01mm）；
         ——设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次/车道）；
         ——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；
         ——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；
         ——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0；柔性基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，介于二者之间通过线性内插确定。
        （2）路表弯沉值计算
        路表弯沉值计算图式见图1。图中A点的弯沉值按式2，将相关参数作为输入数据，应用通用软件计算得到。

        图1 路表弯沉计算图式
                        （2）

        式中： ——路表弯沉值（0.01mm）；
         ——标准车型的轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（cm）；
         ——理论弯沉系数；
         ——土基回弹模量（MPa）；
         ——各层材料回弹模量（MPa）；
         ——各结构层厚度（cm）；
         ——弯沉综合修正系数，按式（6-3）计算。
                   （3）
        通过以上公式可得到结论[2]-[7]，路面微表处技术，可视为摊铺在面层上的新“外衣”，在车辙发生严重的路段摊铺后，可有效降低应力集中的情况发生，有效的减小路面各结构层损伤及车辙的演化。
        3 微表处工程前后RDI及代表车辙数据
        在微表处工程前后对工程路段进行路面定期检测，得到工程段RDI及代表车辙如下表所示：

        4 结论
        （1）采用路面微表处技术对路面车辙进行处治后，路面代表车辙有不同程度的降低、RDI值有不同程度的提高；
        （2）代表车辙大于11mm时，路面代表车辙处治效果不佳，微表处直接进行处理效果有限，需结合铣刨路面等措施共同处理。
        参考文献：
        [1] 何畏．不同基层结构下的沥青路面损伤程度分析[J]．建筑工程技术与设计．2016（16）．
        [2] Kim，Y.R.，et al.Development of multiaxial VEPCD-FEP+[C]，Federal Highway Adiministration，2008.
        [3] Gibson，N.H.A viscorlastoplastic continuum damage model for the compressive behavior of asphalt concrete[D]，Univ.of Maryland，College Park，2006.
        [4] B.Shane Underwood，Taeyoung Yun，Y.Richard Kim.Experimental Investigations of the Viscoelastic and Damage Behaviors of Hot-Mix Asphalt in Compression[J]，Journal of Materials in Civil Engineering，2011.23：459-466.
        [5] Abu Al-Rub，R.K.，and Kim，S.M.Computational applications of a coupled plasticity-damage constitutive model for simulating plain concrete fracture.[J] engineering fracture mechanics.，2010，77（10），1577-1603.
        [6] Abu Al-Rub，R.K.，Darabi，M.K.，Little，D.N.，and Masad，E.A.A micro-damage healing model that improves prediction of fatigue life in asphalt mixes[J].international journal of engineering science.2010，48（11），966-990.
        [7] Abu Al-Rub，R.K.，Darabi，M.K.，Huang，C.W.，Masad，E.A.，and Little，D.N.Comparing finite element and constitutive modeling techniques for predicting rutting of asphalt pavements[J].INTERNATIONAL JOURNAL of PAVEMENT ENGINEERING，2012，13（4），322-338.