結構組合對瀝青路面行駛質量的影響
發布時間：2010-01-14 共2頁
摘要：路面在使用過程中，承受著行車荷載和環境因素的雙重作用，行駛質量會不斷降低，不同路面結構組合的行駛質量衰變速率存在著差異。本文在已提出的路面使用性能標準衰變方程基礎上，以面層厚度、基層類型、初始彎沉和交通量作為影響變量，根據北京地區的路況數據，利用分析標定法，標定出路面行駛質量衰變方程。在此基礎上，比較不同路面結構的哀變方程，定量分析了結構組合對行駛質量的影響，并進一步給 出了累計軸載作用次數（ESAL）、結構強度（L）和行駛質量指數（ROI）的關系曲線圖。
關鍵詞：路面 結構 組合 瀝青路面 行駛質量 影響
1 引言
路面使用性能有功能性能和結構性能之分，而功能性能又包含行駛質量和安全性兩方面的內容。本文主要研究路面行駛質量及其發展變化規律。
路面使用性能的預測是路面設計、路面管理、路面養護以及行車費用評估等工作的前提和基礎。與路面設計方法相比，國內外對于路面使用性能的研究顯得相對薄弱，對行駛質量的研究更是少之又少。目前，隨著路面管理系統的推廣與普及，許多國家和地區依據各自的需要和不同的客觀條件，建立了不同形式的預測模型。這些模型可以比較準確地預測整個路網中路面性能變化規律，但就特定路段而言，不能分析路面結構組合對路面使用性能的影響。
在路面使用性能衰變方程［1］的基礎上，本文以面層厚度、基層類型、交通量和路表初始彎沉等作為影響變量，借助北京地區的路況數據，利用分析標定（Analyzing Calibrating）法，建立了行駛質量衰變方程。具體過程如下：
（1）影響變量的確定；
（2）模型形式的選取；
（3）模型參數的標定；
（4）結構因素的影響。
2 研究變量的確定
2.1 研究的目標和范圍
本文研究的主要目的在于探討隨著使用年限的增長、荷載和自然因素的重復作用，路面行駛質量的變化規律，模型主要用于行駛質量趨勢的定量預測。在此基礎上，定量分析路面結構對行駛質量的不同影響。
在研究過程中，本文采用了以空間代時間法，即簡單認為不同時期修建的，相同結構的路面具有相同的行駛質量衰變過程。
2.2 模型指標的選取
衡量路面功能性能的指標主要有兩個：國際平整度指數（IRI）和路面行駛質量指數（RQI）。LRI是利用平整度儀測量到的路面物理指標（平整度），而 RQI是人們對路面功能狀況的主觀評分。人們對RQI研究相對較多，對其發展規律也較為了解。因此，為了便于與以往的研究成果相銜接，本文選用RQI作為衡量路面功能性能狀況的指標。
路面平整度是影響行駛質量的最主要的因素，在計算RQI時，本文僅僅考慮了國際平整度指數（IRI）。北京地區的數據庫僅僅提供了IRI的數值，參照以前研究成果，并與目前流行的評價方法統一，文中采用以下方程將客觀量測的IRI值轉化為RQI值。
RQI=5-0.34*IRI
2.3 影響因素分析
2.3.1 面層厚度
面層直接同車輪和大氣相接觸，它承受行車荷載（豎直力、水平力和沖擊力）的直接作用，同時還受到降雨的侵蝕和氣溫變化的不利影響，對路面的使用品質有較大影響，分析表明：面層厚度對路面行駛質量有較大影響，而不同面層類型間的差別并不顯著。因此，本文僅考慮面層厚度的影響。為了分析面層的影響，根據面層厚度將其分為：0、3.3、5.5、8.8、12及＞12（cm）五類。
2.3.2 基層類型
基層主要承受由面層傳遞下來的車輛豎向荷載，并把它擴散到墊層或土基中，具有足夠強度和剛度的基層是高水平行駛質量的必要保證。簡單地說基層有兩大類：半剛性基層和碎礫石基層。兩種類型基層的作用機理存在著本質上的差異，而同一類基層不同材料間性能相似。因此，根據路面的基層類型將路面分為半剛性和碎礫石兩類。
2.3.3 結構強度
一定的結構強度是路面具有良好行駛質量的必要保證，結構強度足夠的路面可以有效地抵抗多種因素的不良影響，進而延緩行駛質量的衰變進程；結構強度不足時，路面結構的抵抗能力降低，荷載和溫度等因素綜合作用產生的應力對路面使用性能影響加劇，RQI衰變速率加快。
通常，以路面的初始彎沉來衡量結構強度的大小，根據路面初始彎沉值的大小，將路面強度劃分為：0～30，30～45，45～60，60～90，＞90（0.01mm，標-60）五類。
2.3.4 交通荷載
交通荷載是影響路面使用性能的外在決定因素，在交通荷載的重復作用下，路面的總體結構性能減弱。路面上行駛的車輛車型繁多，各車到達時間不一，為方便起見，僅考慮交通量大小的影響，對作用時間上的差異造成的不同影響不作考慮。
北京地區的數據庫中將貨車、客車、人力畜車、拖拉機等車型分別登錄，給出了整條道路年平均日標準軸次（60KN）。考慮輪跡橫向分布系數等因素的影響，利用表1 中參數將交通量轉化為各條車道上的分布交通量。
根據設計車道交通量差異可以將交通劃分為四個等級：特輕（≤500）、輕（500～1000）中等（1000～2000）和重（≥2000）（以標準軸載作用次數計，次/日/車道）。
車輛輪跡橫向分布系數 表1
| 路面寬度（m） | 交通量（次/日/車道） |
| ≤6 | 0.40*ESAL |
| 6～7 | 0.30*ESAL |
| 7～9 | 0.25*ESAL |
| 9～12 | 0.225*ESAL |
| 12～18 | 0.275*ESAL/2 |
| ≥18 | 0.225*ESAL/2 |
3 模型形式的選擇
吸收國內外先進的建模經驗，分析我國路面行駛質量發展變化的實際模式，在選用了標準化方程的基礎上，確定路面行駛質量的預測方程如下：
參數A，B分別反映了路面的壽命和路面變化的過程（性能曲線的形狀），根據所選取指標對行駛質量發展的不同影響，將參數A，B規定為：
式中：RQI—— 現時路面行駛質量指數（Riding Quality Index）；
RQI0——新建或新近一次改建后的初始行駛質量指數；
Y——新建路面或路面新近一次改建距今的使用年數；
ESAL——日當量軸載作用次數（次/日/車道）；
MC——面層厚度（cm）；
L——初始彎沉。A，B，a1，a2，a3，a4，b1，b2，b3，b4為回歸常數。RQI評分采取5分制，即最大值為5，最小值為0.一般情況下，方程中的RQI0為5，有時略小于5，表明在使用初期路面行駛質量狀況；A，B是兩個回歸參數，具有明確的物理含義。
