摘要：路面在使用過(guò)程中，承受著(zhù)行車(chē)荷載和環(huán)境因素的雙重作用，行駛質(zhì)量會(huì )不斷降低，不同路面結構組合的行駛質(zhì)量衰變速率存在著(zhù)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(lèi)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(zhì)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(zhì)量的影響，并進(jìn)一步給 出了累計軸載作用次數（ESAL）、結構強度（L）和行駛質(zhì)量指數（ROI）的關(guān)系曲線(xiàn)圖。

　　關(guān)鍵詞：路面 結構 組合 瀝青路面 行駛質(zhì)量 影響

　　1　引言�お�

　　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(zhì)量和安全性?xún)煞矫娴膬热�。本文主要研究路面行駛質(zhì)量及其發(fā)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(chē)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(zhì)量的研究更是少之又少。目前，隨著(zhù)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(guān)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(gè)路網(wǎng)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(lèi)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(zhì)量衰變方程。具體過(guò)程如下：��

　�。�1）影響變量的確定；��

　�。�2）模型形式的選��；��

　�。�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(zhù)使用年限的增長(cháng)、荷載和自然因素的重復作用，路面行駛質(zhì)量的變化規律，模型主要用于行駛質(zhì)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(zhì)量的不同影響。��

　　在研究過(guò)程中，本文采用了以空間代時(shí)間法，即簡(jiǎn)單認為不同時(shí)期修建的，相同結構的路面具有相同的行駛質(zhì)量衰變過(guò)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(gè)：國際平整度指數（IRI）和路面行駛質(zhì)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(guān)評分。人們對RQI研究相對較多，對其發(fā)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(zhì)量的最主要的因素，在計算RQI時(shí)，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(jià)方法統一，文中采用以下方程將客觀(guān)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(chē)輪和大氣相接觸，它承受行車(chē)荷載（豎直力、水平力和沖擊力）的直接作用，同時(shí)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(zhì)有較大影響，分析表明：面層厚度對路面行駛質(zhì)量有較大影響，而不同面層類(lèi)型間的差別并不顯著(zhù)。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(lèi)。��

　　2.3.2　基層類(lèi)型

　　基層主要承受由面層傳遞下來(lái)的車(chē)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(zhì)量的必要保證。簡(jiǎn)單地說(shuō)基層有兩大類(lèi)：半剛性基層和碎礫石基層。兩種類(lèi)型基層的作用機理存在著(zhù)本質(zhì)上的差異，而同一類(lèi)基層不同材料間性能相似。因此，根據路面的基層類(lèi)型將路面分為半剛性和碎礫石兩類(lèi)。��

　　2.3.3　結構強度

　　一定的結構強度是路面具有良好行駛質(zhì)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(jìn)而延緩行駛質(zhì)量的衰變進(jìn)程；結構強度不足時(shí)，路面結構的抵抗能力降低，荷載和溫度等因素綜合作用產(chǎn)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(lái)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(lèi)。��

　　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(chē)輛車(chē)型繁多，各車(chē)到達時(shí)間不一，為方便起見(jiàn)，僅考慮交通量大小的影響，對作用時(shí)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(chē)、客車(chē)、人力畜車(chē)、拖拉機等車(chē)型分別登錄，給出了整條道路年平均日標準軸次（60KN）�？紤]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(chē)道上的分布交通量。��

　　根據設計車(chē)道交通量差異可以將交通劃分為四個(gè)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(chē)道）。

車(chē)輛輪跡橫向分布系數　表1

　　3　模型形式的選擇

　　吸收國內外先進(jìn)的建模經(jīng)驗，分析我國路面行駛質(zhì)量發(fā)展變化的實(shí)際模式，在選用了標準化方程的基礎上，確定路面行駛質(zhì)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(guò)程（性能曲線(xiàn)的形狀），根據所選取指標對行駛質(zhì)量發(fā)展的不同影響，將參數A，B規定為：��

　　式中：RQI—— 現時(shí)路面行駛質(zhì)量指數（Riding Quality Index）；

　　RQI0——新建或新近一次改建后的初始行駛質(zhì)量指數；��

　　Y——新建路面或路面新近一次改建距今的使用年數；

　　�ぁ　　　�ESAL——日當量軸載作用次數（次/日/車(chē)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RQI��0為5，有時(shí)略小于5，表明在使用初期路面行駛質(zhì)量狀況；A，B是兩個(gè)回歸參數，具有明確的物理含義。��

　　4　模型參數的標定

　　綜合各個(gè)影響因素的交叉組合，共得到200 類(lèi)路面狀態(tài)組合。同時(shí)，考慮到半剛性基層與碎礫石基層作用機理的差異，將數據分為兩大類(lèi)，每一類(lèi)均含有100組有效分析數據。在分析過(guò)程中，為保證統計分析結果的代表性，對數據量小于5或數據離散性較大的組合均不予考慮。利用TSP統計分析軟件，經(jīng)過(guò)多次合理回歸，最終得到參數A、B的各個(gè)影響系數見(jiàn)表 2.

A、B中各回歸參數值　表2��

　　5　結構組合的影響�お�

　　長(cháng)期以來(lái)，道路研究和設計人員一直試圖通過(guò)控制路面的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)而掌握使用性能的衰變規律，但有關(guān)的力學(xué)理論同路面的實(shí)際情況存在著(zhù)較大差異，力學(xué)分析與使用性能間的關(guān)系是間接的，不確定的，純粹的理論模式難以提供良好的分析工具，分析可知，參數（A、B）與路面行駛質(zhì)量的變化過(guò)程是一一對應的，這就使人們對于行駛質(zhì)量發(fā)展的定量認識成為可能。借助模型，我們可以對各種影響因素的不同作用進(jìn)行具體分析。��

　　5.1　基層類(lèi)型的影響

　　在其它條件相同或相似的情況下，半剛性基層的于薄面層路面，體RQI值總是略高于碎礫石，但兩種路面的差距不大，對現得尤為突出，采用相同初始彎沉，兩者使用壽命差距約為1.7%.即使考慮到半剛性基層具有較強的抗變形能力（文中半剛性基層采用30，碎礫石基層采用45），兩者的差距也僅為11%.但隨著(zhù)面層厚度的增加，二者差距加大，尤其在路面使用后期更為明顯。半剛性基層由于摻加了水硬性材料，剛度和強度提高，改善了基層材料的無(wú)粘結性，提高了基層的水穩定性，可以提供較高的承載能力，良好的抗疲勞性能，路面結構在使用期間保持良好的整體性。因此，半剛性基層具有較高的行駛質(zhì)量就不以為奇了，并且歷時(shí)愈久愈能顯示出承受繁重交通的能力。

　　5.2　面層厚度的影響

　　隨著(zhù)面層厚度的增加，參數A、 B均呈增強趨勢，無(wú)論對于半剛性基層還是碎礫石基層，面層厚度對RQI的衰變過(guò)程都有較大影響，面層厚度較小，參數A、B值較小，曲線(xiàn)衰變曲率較大，道路的早期損壞嚴重，RQI衰變速率也較大；隨著(zhù)面層厚度的增大，參數A、B值較大，衰變曲線(xiàn)曲率變小，RQI衰變速率變緩，路面可以在較長(cháng)時(shí)期內保持較高的服務(wù)水平；薄面層（面層厚度為4cm）與厚面層（面層厚度為12cm）的使用壽命差距達30%.薄面層板體性能差，路面的早期損壞嚴重，面層厚度的增加改善了路面的板體性能，提高了路面抗變形能力，減小了傳遞到下面結構層的應力；一定厚度的面層還是基層和土基正常工作的必要保證�？偟膩�(lái)說(shuō)，面層厚度的增加延緩早期損壞的發(fā)生和發(fā)展，進(jìn)而有效地延長(cháng)了道路的使用壽命。�おおおおおおおお�

　　5.3　結構強度的影響

　　結構強度狀況對半剛性基層的路面影響較大，薄面層（面層厚度為4cm），結構強度狀況良好（L=30）與結構強度較差（L=75）的路面使用壽命差距為 24%.面層厚度的增大使其影響更為顯著(zhù)。同時(shí)，隨著(zhù)初始彎沉L的增大，兩種基層類(lèi)型路面間性能差異減�。▽τ诿鎸雍穸容^大的路面結構，這種趨勢更為明顯），參數B值甚至會(huì )出現碎礫石基層大于半剛性基層的情況。結構強度的增加，提高了路面應力和變形性能，相同環(huán)境條件下，相同荷載所引起的破壞作用降低，路面能承受更大的累計軸載作用次數。�おおおおおおおおおお�

　　5.4　結構組合的影響��

　　根據行駛質(zhì)量模型，進(jìn)一步分析不同結構組合對行駛質(zhì)量的影響。不同結構組合路面性能表現為不同發(fā)展趨勢，面層厚、結構強度高的路面行駛質(zhì)量變化較為緩慢，薄面層低強度的路面行駛質(zhì)量衰變速率較快；比較厚面層低強度和薄面層高強度路面可以發(fā)現：厚面層路面的早期性能較好而薄面層高強度路面的后期性能較好。表明有這樣一條規律存在：面層厚度對早期行駛質(zhì)量影響較大，而結構強度決定了使用后期行駛質(zhì)量的發(fā)展狀況。��

　　5.5　功能曲線(xiàn)

　　根據方程進(jìn)一步分析可以得到累計軸載作用次數（ESAL）、結構強度（L）和行駛質(zhì)量指數（RQI）的關(guān)系曲線(xiàn)圖。�おおおおおおおおおおお�

　　6　結論�お�

　�。�1）將行駛質(zhì)量的衰變過(guò)程與簡(jiǎn)單參數A、B聯(lián)系起來(lái)，使人們對路面行駛質(zhì)量的動(dòng)態(tài)定量預測成為可能，為準確預測路面行駛質(zhì)量發(fā)展趨勢提供了強有力的理論依據。��

　�。�2）面層厚度對路面使用前期的行駛質(zhì)量有較大影響；結構強度對路面使用后期的行駛質(zhì)量影響較大。��

　�。�3）在行駛質(zhì)量的衰減過(guò)程中，結構組合起著(zhù)重要影響，不同的影響因素其作用又不盡相同，按其影響程度的差異可有以下排序：面層厚度＞初始彎沉＞基層類(lèi)型。��