[00155994]基于交通组成特性的干线公路沥青路面大修设计研究

　　成果简介

　　本课题研究以干线公路沥青路面为对象，涉及三个方面，干线公路沥青路面交通参数及组成特性研究、沥青路面大修决策及结构设计方案研究、沥青路面大修材料研究。具体研究内容为：

　　（1）以交通调查为基础，开展交通组成及轴载特性研究；

　　（2）采用理论和试验相结合的方法，研究适应重轴载的弯沉和拉应力等效轴载换算公式；

　　（3）通过轴数系数与主要影响因素的关系研究，提出双轴系数和三轴系数的建议值；

　　（4）针对不同季节和不同温度条件下，相同轴载作用对路面疲劳损伤不同的现实，研究以弯沉、拉应力为指标的轴载换算季节修正和温度修正；

　　（5）通过干线公路典型路段沥青路面病害调查，分析干线公路沥青路面的病害特点和大修路面的病害特点；

　　（6）以灰色聚类理论为基础，研究适宜陕西省干线公路沥青路面大修工程的结构承载力评价系统；

　　（7）针对目前养护管理层次的不同，分别研究项目级和路网级两个层次的路面大修适宜时机；

　　（8）根据干线公路沥青路面大修结构设计原则，系统研究沥青路面大修设计方案和大修路面结构；

　　（9）针对路面大修特点，分别研究半刚性基层材料、沥青稳定碎石混合料和水泥冷再生混合料。

　　课题组历时3 年的潜心研究，达到了预期的研究目标，主要在以下几个方面取得了创新性的成果：

　　（1）通过理论分析，结合试验工程研究，建立了系统完善的轴载换算体系。首先根据等效原理，建立了适应重轴载的换算公式，其中轴载换算指数n 是轴载P 的函数，建立的轴载换算公式适应了现代交通轴载的特点，而且充分考虑了路面结构与材料的性质。以轴距对轴数系数的影响分析为基础，建立了轴数系数关于轴距的回归方程，提出了轴数系数（双轴系数和三轴系数）的建议值。 由于不同季节和不同温度条件下，相同的轴载作用对路面疲劳损伤影响的不同，提出了轴载换算季节修正和温度修正的概念，提出了弯沉等效和拉应力等效轴载换算季节修正系数的建议值、弯沉等效和拉应力等效轴载换算温度修正系数的计算方法。

　　（2）对陕西省干线公路的代表性路段的交通组成以及轴载的广泛调查，得到了陕西省干线公路车型谱和轴载谱。通过货车分布系数、车辆类型分布系数、交通量月分布系数、交通量小时分布系数等来反映车型谱；以分车型的轴载分布系数、分轴型的轴载分布系数、轴载年分布系数、轴载月分布系数等反映轴载谱。在此基础上，分析了车型谱和轴载谱参数的规律与特性，车型谱参数的规律与特性。

　　（3）以陕西省干线公路沥青路面病害、交通组成特性等方面的分析为基础，研究提出了干线公路沥青路面大修结构设计原则，结合各地区的自然气候条件、交通状况和筑路材料等，按陕北、关中和陕南三个地区分别推荐了二级干线公路大修路面结构；同时推荐了三级干线公路大修路面结构，并附以应用说明。

　　（4）交通量和当量轴次是两个不同的概念，采用交通量增长率来估算累计当量轴次会产生很大的误差。首次提出了当量轴次增长率的概念，理论结合实际，系统分析了当量轴次增长率与交通量增长率的关系。另外，当左右方向轻、重车比例有差异时，会形起车道当量轴次严重的分配不均，为此根据车轮轮迹横向分布规律的调查，重新定义了车道系数，提出了车道系数建议值。从而使累计当量轴次的估算更加合理。

　　（5）通过广泛的调查，结合陕西省干线公路沥青路面结构状态和病害类型，分析了病害特点和病害成因，重点分析了干线公路沥青路面大修路面的病害特点和影响大修路面病害形成因素，并将大修沥青路面病害归纳为新生病害、隐形病害和已知病害三类。

　　（6）通过沥青路面使用性能评价系统分析，结合陕西省干线公路沥青路面主要病害特点，应用灰色理论建立了基于三角白化权函数的沥青路面结构承载力综合聚类评价模型。根据路面结构强度、路面裂缝率、车辙深度和路面修补率等 4个指标，可客观反映评价路段的路面结构承载力在路网中所处的状态。

　　（7）通过目前养护管理层次的分析，针对项目级和路网级两个养护管理层次，开展路面大修适宜时机研究，以路面强度指数为主要指标，而裂缝率、修补率和车辙深度则为辅助指标，提出了项目级的路面大修适宜时机；对于路网级，按照"急需者先行"的原则，以熵为指标判断沥青路面结构承载力状况，并以此来安排路面大修先后次序。

　　（8）一个大修设计方案受经济性、使用寿命、预期效果、交通量及交通组成特性、当地气候特点、施工条件等因素的影响，研究了确定大修设计方案的方法，根据影响程度的大小，采用对比分析方法确定了各评价指标的权重，分别为：25%、28%、9%、16%、16%、6%。然后依据评价指标对备选方案的优劣程度和权重综合得分值，并以此确定为最佳大修方案（综合得分值越大，方案越优）。

　　（9）以理论分析为基础，研究了铣刨前原路面路表弯沉与铣刨后原路面当量模量的变化规律分析，建立了两者之间的回归关系。同时研究了原路面路表弯沉对铣刨厚度的影响，确定了基于原路面路表弯沉的铣刨设计标准，为大修设计方案的制定提供依据。

　　（10）分析了水泥稳定旧沥青路面材料的再生机理，分析了沥青和半刚性基层材料对水泥稳定再生材料强度的影响。试验结果表明，随着沥青混合料比例的增大，材料的强度降低；旧集料与水泥水化产物间存在薄弱界面，对强度有不利影响，但有利于抑制反射裂缝和荷载裂缝的产生和发展，也有利于行车舒适；与其它半刚性基层材料相比，水泥冷再生混合料具有良好的抗冲刷性能。

　　成果特点

　　（1）提出了陕西省干线公路沥青路面轴载谱、轴型谱；

　　（2）提出了交通组成特性对沥青路面结构和性能的影响规律、建立了完善的轴载换算体系；

　　（3）建立了沥青路面结构承载力综合聚类评价模型；

　　（4）提出了基于交通组成特性的沥青路面大修时机；

　　（5）提出基于交通组成特性的沥青路面大修设计方案，推荐了沥青路面大修路面结构；

　　（6）每年减少10%～20%的路面病害的发生。 本课题研究成果已在G210 黄陵段（21.3km）、S304 韩城至薛峰段（15.6km）、S210留坝段（17km）沥青路面大修工程中得到了应用，效果良好。具备了推广应用的条件。

　　应用前景

　　本课题研究成果的广泛应用，有利于公路建设的发展和沥青路面维修技术的提高，必将产生巨大的经济效益和良好的社会效益。