城市道路沥青路面车辙变形现场调查及数值模拟

摘要

随着我国城市化进程不断加快，城市道路建设亦获得持续发展。同时，城市交通量急剧增长，超载和重载等问题日益严重。这导致城市道路沥青路面发生车辙等早期损害，严重威胁道路行车安全及运营质量。因此，研究城市道路沥青路面车辙问题具有重要意义。
　　 以杭州市主干道为例，本文调研了城市道路车辙病害分布规律，初步探讨了沥青路面车辙病害成因机制。借助ABAQUS有限元软件，建立了沥青路面三维有限元模型。采用显式积分算法模拟交通荷载作用下沥青路面长期性状，分析了沥青路面动力响应特性、车辙演化机制和抗车辙技术等问题。总结研究成果可获得以下主要结论：
　　 (1)调研路段车辙多发生于交叉口及其附近位置，而且多伴随其他病害出现。车辙深度通常小于25mm，分布规律服从正态分布。分析认为：车辙演化分为压密、侧向流动和结构破坏三个阶段；车辆、温度、集料和沥青等是车辙形成的重要影响因素。
　　 (2)行车速度、轴载、面层和基层模量以及路基压实度对沥青路面动力响应存在较大影响。行车速度越小轴载越大，沥青路面残余应变越大；而面层或基层模量和路基压实度越大，沥青路面残余应变越小。
　　 (3)数值模拟表明：循环荷载作用下，轮迹带前刮及后部承受拉应力作用，而轮迹带承受压缩及剪切作用。残余应力长期作用产生残余变形累积，形成了所谓的车辙。与现场调查结果相比，车辙变形发展规律较为一致。非线性拟合有限元模拟结果，获得车辙预测经验公式。当荷载作用N>106次，沥青路面将产生明显车辙病害。
　　 (4)沥青路面加筋具有较好的抗车辙效果。因为加筋可以减小轮迹带水平和竖向残余变形，加筋位置越接近路面表面，抗车辙效果越显著。提高中面层模量可利于沥青路面抗车辙。3种沥青路面计算结果表明：与半刚性基层和组合基层沥青路面相比，全厚式沥青路面具有较好抗车辙能力。