基于MEPDG的柔性基层沥青路面车辙预估模型地方修正系数研究

作者:刘伟;林志伟; 刊名:公路交通科技 上传者:王万翔

【摘要】为了研究确定AASHTO 2002力学经验设计方法(Mechanistic Empirical Pavement Design Guide,MEPDG)车辙预估模型的地方修正系数,依托沪宁高速公路扩建工程柔性基层沥青路面路段进行车辙预测和预测模型修正.对交通轴载谱、气候输入参数进行了实际统计分析,对沥青混合料的动态回弹模量进行实测,均按照水平1输入,其他道路结构参数采用水平2或水平3输入,并进行了车辙预测.对沪宁高速公路无锡段2007年~2013年的车辙检测数据进行统计分析.利用沪宁方向柔性基层路面实测车辙,采用规划求解方法对MEPDG车辙预估模型进行了修正,得到了地区修正系数和修正后的车辙预估模型,并采用宁沪方向有效实测车辙数据对修正后的预估模型进行了验证.结果表明得到的预测数据与实测数据之间的拟合性较高.

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0引言AASHTOMEPDG为典型的力学-经验设计方法,其设计指标主要有:车辙永久变形、疲劳开裂、温度开裂、平整度指数。对于车辙变形,AASHTOMEPDG提出了相应的预测模型,可以分析不同阶段路面车辙的发展情况。力学-经验法预估模型综合了力学法和经验法的优势,同时经过了大量数据的校正,因此,AASHTOMEPDG所提出的路面性能预估模型比较全面,且其计算过程中所考虑到因素更为综合和客观,更能真实反映路面实际情况,准确性较高[1-6]。但由于其模型的校正主要是依托美国LTPP试验路段的实测数据,美国的气候条件、交通荷载组成等与我国也有较大的差异,因此该模型具有地域的局限性[7-9]。虽然AASHTOMEPDG所提出的路面性能预估模型的结论不能直接指导我国沥青路面的新建和养护,但提出模型的思路和方法值得研究借鉴。基于此,文中主要基于AASHTOMEPDG中的车辙预估模型,同时依据沪宁高速公路扩建工程柔性基层沥青路面路段的车辙持续观测数据,对车辙预估模型进行修正,得到更适用于我国使用条件的地方修正系数。1MEPDG车辙预估模型[10-16]AASHTOMEPDG设计方法中的车辙预估模型是基于累积损伤原理,分别计算每个“亚层”在每个“亚季节”内产生的累积变形。在计算中,考虑了不同结构层的材料类型,分别进行计算,路面结构的总变形由式(1)计算:RD=ni=1iphi,(1)式中,RD为路面车辙总变形;n为亚层数;ip为第i亚层的塑性应变;hi为第i亚层的厚度。沥青混凝土层的车辙变形预估模型为:pr=r1k110-3.4488T1.5606r2N0.4791r3,(2)k1=(C1+C2d)0.328196d,(3)C1=-0.1039h2ac+2.4868hac-17.342,(4)C2=0.0172h2ac-1.7331hac+27.428,(5)式中,p为N次荷载作用下的累积塑性变形;r为回弹应变,它是沥青混凝土性质、温度和荷载作用频率的函数;N为荷载作用次数;T为温度;r1,r2,r3为地方修正系数;hac为沥青层总厚度;d为到计算点的深度。2MEPDG输入参数处理在AASHTOMEPDG设计方法中,输入参数有3个输入水平:水平1:通过实测得到输入参数;水平2:利用相关关系来确定所需要的输入参数;水平3:利用全国和地区的典型值来确定输入参数。文中对于交通轴载谱和气候输入参数均进行了实际统计分析,按照水平1输入。沥青混合料的动态回弹模量根据试验结果,采用水平1进行输入,其他道路结构参数采用水平2或水平3输入进行计算。2.1交通荷载输入参数交通荷载利用沪宁高速的计重收费数据进行统计分析。按照美国联邦公路局的车辆分类系统,在该分类系统中,所有车辆共分为13种类型。在该分类系统中,由于1,2,3类车重量轻,对路面的破坏可以忽略不计,所以MEPDG中只考虑从第4类至第13类车辆,并将之统一称为卡车。交通荷载输入参数包括:卡车月调节系数、车辆类型分布系数、卡车小时分布系数、轴数系数、轴载分布系数。2.2气候输入参数气候输入参数是通过收集苏锡地区2002年至2003年大气温度、降雨量、风速、日照百分比和相对湿度的每小时数据,并从水文地质报告中得到了季节地下水位的情况,利用增强集成环境模型(EICM)预测路面结构和土基中以下和环境有关的变量:温度、回弹模量调节系数、孔隙水压力、含水量、冰冻深度、排水性能等。2.3道路结构参数(1)沥青混合料的动态模量沥青混合料的动态模量和动态模量主曲线由试验来实测确定,试验方法为AASHTOT320。(2)非胶结材料和土基的材料参

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