基于流动度的高速公路路面残余抗永久变形性能研究

　　高速公路养护改造设计中，最核心的一环便是对原路面的残余使用性能进行一个科学、合理、可靠的评价，包括原路面的承载能力、车辙情况、低温缩裂程度、反射开裂程度等方面。本文选取X、Q、D、J四条运营高速公路的路面实体芯样，从基于流动度的残余永久抗变形性能的相关性方面进行了着重研究。

　　1 试验方案

　　流动度反映的是混合料抵抗剪切作用下的不可恢复塑性变形，流动度越大，混合料高温稳定性越好。通过试验，同时考虑到实际运营过程中路面结构内部存在内应力，混合料是在既有应力场内发生整体协同变形，而芯样流动度试验中施加围压将更能符合实际路面的受力条件，因此芯样流动度试验应选择在有围压作用下、偏应力0.7MPa来开展。

　　2基于流动度的高速公路路面芯样残余抗永久变形性能示例

　　2.1 X高速

　　流动度测试结果显示，车辙严重段落所对应的两个芯样的纵坐标轴的截距远远高于未发生车辙的段落处芯样结果（3倍以上），但剪切流动速率稍低，也即意味着初始压密变形量决定了整个路段的车辙会大于非车辙段，这与路面实际运营情况是完全相对应的。此外，从累积塑性应变数据来看，发生流动时非车辙处芯样的应变要小于车辙处。

　　剪切流动试验结束后芯样的变形情况显示，在测试前芯样高度一致的前提下，经剪切荷载作用后，易发生车辙段落的芯样塑性变形大于车辙较小段落，且前者所对应芯样在经过多次荷载作用后，发生了明显的侧向流动情况。

　　计算车辙路段铣刨重铺养护工程的阀值如下：

　　残余比=（）-1=（）-1=36.2%

　　2.2 Q高速

　　2.2.1 常规路段

　　根据Q高速常规路段芯样的测试结果，按照残余比的定义，计算车辙路段铣刨重铺养护工程的阀值如下：

　　残余比=（）-1=52.1%

　　2.2.2 不同厚度、不同材料的罩面层对路面结构抗剪强度的影响

　　从流动度测试试验数据可以看出：

　　(1)对比未切割前3个桩号处的原样芯样可以得知，表面层厚度越厚，路面结构整体抗剪强度越高，抗剪切变形能力越强。

　　(2)对比试验结果可以得出，在同样路面结构中加铺同等厚度的罩面层时，AC-10的补强效果要好于SAC-10。这一结论与动态模量评价结果相吻合，也再次证明了芯样AMPT试验能较好的评价罩面层混合料的力学性能。

　　2.3 D高速

　　该高速流动度测试结果显示，车辙严重段落所对应的芯样的初始压密变形远远高于未发生车辙的段落处芯样结果（10倍以上），但剪切流动速率稍低，而车辙段落芯样的塑性变形远大于非车辙段落，也即意味着初始压密变形量决定了整个路段的车辙会大于非车辙段。

　　剪切流动试验结束后芯样的变形情况可以看出，在测试前芯样高度一致的前提下，经剪切荷载作用后，易发生车辙段落的芯样塑性变形大于车辙较小段落，且发生流动的部位主要位于中、下面层，说明中、下面层存在着较高的车辙流动风险。

　　计算车辙路段铣刨重铺养护工程的阀值如下：

　　残余比=（）-1=19.4%

　　2.4 J高速

　　两个试件位于同一个断面，但是二者的区别在于取芯位置的不同。K184+800-1芯样位于路面开裂处，芯样表面层混合料带有裂纹； K184+800-2芯样位于路肩处，芯样完整不存在任何损伤。对比二者的结果可以发现，在剪切应力作用下，路面裂纹的存在将加速混合料整体的性能衰减。

　　从路面芯样重复剪切试验后情况可以发现，在路面存在裂缝的情况下，混合料的力学性能整体降低，经受重复剪切荷载作用后，表面层裂缝会大面积扩展至中下面层，裂缝的影响迅速向路面结构深处发展，这也正是目前路面裂缝发展较深的原因所在。因此，表面裂纹存在的情况下继续服役，是目前J高速路面所存在的最大隐患。

　　2.5 C高速

　　重复荷载剪切测试结果和回归结果明确显示，纵向开裂段落所对应的两个芯样的初始压密变形高于路况较好的段落处芯样结果，且剪切流动速率也较高，也即意味着在剪切应力作用下，路面发生不可恢复的塑性应变比较大。

　　从纵向开裂路段芯样的裂缝状况可以看出，裂缝发展方向与水平面大约呈45°角度。说明该路段纵向裂缝是由于混合料自身在剪切应力作用下发生断裂的缘故。综合室内试验结果和路段裂缝形态，可以判定，该路段纵向开裂属于荷载型开裂类型。

　　计算开裂路段养护工程的阀值如下：

　　残余比=（）-1=41.3%

　　3结论

　　3.1通过比较分析，确定了基于AMPT的实体芯样流动度测试条件，即有围压、偏应力0.7MPa。

　　3.2多条高速芯样的流动度测试结论均一致，剪切流动速率和纵坐标截距共同决定了路面芯样的抵抗剪切变形能力,二者呈正比例关系。

　　3.3 根据多条高速公路芯样试验结果提出了残余比，并计算残余比小于45.1%时，路面面临着抗车辙残余强度不够的风险。

　　3.4将各条高速的残余比进行平均，作为路面整体承载强度残余比的阀值，即37.3%。当路面芯样流动度参数所计算的残余比低于约1/3时，路面残余抗车辙强度不够，需考虑对路面进行相应的补强。（苏丽娜）

　　（审核专家 王一臣）