基于足尺沥青路面全寿命周期试验的平整度预测方法与流程

本发明涉及道路工程，特别涉及一种基于足尺沥青路面全寿命周期试验的平整度预测方法。

背景技术：

1、沥青路面全寿命周期内的服役性能预测对于路面设计和养护决策具有重要意义，是控制路面设计是否合理、养护决策是否及时的重要依据，也是保证路面长期使用性能和耐久性的重要前提。沥青路面的全寿命周期，一般是指路面建成到最后破坏的全过程，按照我国设计规范中的相关规定，对于高速公路而言，至少要达到15年的使用寿命，或者相当于5000万次的当量设计轴载累计作用次数。

2、平整度是评价沥青路面服役性能的一个关键性指标，它不仅能够表征路面的行车舒适性，而且能够从一定程度上反映现状道路由于路表破损和结构沉陷等病害所引起的竖向不平整，是服役性能的一种综合性表征指标，对于在役路面的使用状况评价和养护维修决策具有重要作用。我国在《公路沥青路面养护设计规范》中，对各等级公路在全寿命周期内基于国际平整度指数(iri)计算得到的路面行驶质量指数(rqi)给出了下限要求，主要目的就是控制沥青路面在服役过程中不产生过大的竖向不平整，以保证车辆不出现较大的颠簸，使路面具有足够的行车舒适性和较少的路面病害。一旦平整度超过某一数值而不满足要求时，应安排日常维修、养护工程或改扩建工程，恢复沥青路面技术状况，从而延长使用年限。因此，在沥青路面全寿命周期服役过程中，准确预测路面的平整度，对于及时进行养护决策、改善路面现状、保证路面的耐久性等，具有重要的现实意义。

3、目前，在沥青路面国际平整度指数(iri)的预测方面，虽然国内外研究人员开展了大量的研究工作，也形成了许多代表性的预测方法，但这些方法一般多基于沥青路面建成初期几年内(4-6年)的试验检测数据而提出，预测沥青路面短期内的服役性能尚可，但由于缺少全寿命周期内服役性能的演化数据，预测方法的外延性较差，用于预测沥青路面的长期性能是不可靠的，特别是无法准确预测沥青路面从建成到使用末期的全寿命周期服役性能演化的全过程。

4、因此，为了能够实现对沥青路面全寿命周期平整度的准确预测，必须准确获取沥青路面全寿命周期内的平整度演化行为。而且，只有在实际尺寸或足尺的道路结构上，在沥青路面实际服役的自然环境与荷载条件下，开展可覆盖沥青路面全寿命周期演化过程的平整度试验，并在此基础上建立相应的平整度预测方法，才能保证平整度预测结果的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种基于足尺沥青路面全寿命周期试验的平整度预测方法，用于预测沥青路面在全寿命周期内的平整度，为沥青路面结构设计和养护维修决策提供必要的参考和依据。

2、基于足尺沥青路面全寿命周期试验的平整度预测方法，包括如下步骤：

3、1)根据拟进行平整度预测道路的基本情况，确定该道路的公路等级、设计使用年限、交通荷载等级、符合沥青路面全寿命周期要求的设计使用年限内当量设计轴载累计作用次数，以及沥青路面结构型式及各结构层的材料类型；

4、2)在露天的自然环境中修建与拟预测道路的结构及材料完全相同的足尺路面，其中，足尺路面的宽度至少为2条车道的宽度7.5m，足尺路面长度至少为50m，足尺路面各结构层厚度与拟预测道路的各层厚度完全相同，路面材料采用正常的施工工艺进行施工；

5、3)采用实际车辆作为试验加载装置，车型为二轴以上货车，采取单向、渠化交通的荷载方式进行加载，车辆运行速度为60-80km/h，采用式(1)将加载货车各轴的轴载换算成当量设计轴载作用次数，加载货车的数量不少于4辆；

6、

7、式中：ni——加载货车第i个轴的当量设计轴载作用次数；

8、c1——轴组系数，前后轴间距大于3m时分别按单个轴计算，当轴间距小于3m时，双联轴取2.1，三联轴取3.2；

9、c2——轮组系数，双轮组取1，单轮组取4.5；

10、pi——加载货车第i个轴的轴重，单位为kn；

11、4)在足尺路面所处的露天自然环境中设置气象站或温度传感器，对大气温度进行连续观测，观测频率为每5-15分钟观测1次。

12、5)在足尺路面上利用试验加载装置开展长期加载试验。

13、6)每完成约1-120万当量设计轴载累计作用次数时，采用车载式颠簸累积仪对足尺路面的平整度进行1次检测，获得国际平整度指数(iri)，

14、7)收集步骤6)中每完成约1-120万当量设计轴载累计作用次数时，通过气象站或温度传感器观测的所有大气温度数据，求这些数据的平均值作为大气温度的代表值；

15、8)当完成符合沥青路面全寿命周期要求的当量设计轴载累计作用次数时，暂时停止加载；

16、9)汇总整理足尺路面在全寿命周期加载试验过程中的全部国际平整度指数(iri)检测数据、当量设计轴载累计作用次数和大气温度代表值；

17、10)按照式(2)建立步骤9)中三种数据之间的相关关系，通过拟合确定回归系数，并进行误差分析，平均相对误差应不大于10％；

18、

19、式中：y——国际平整度指数(iri)，单位为mm/km；

20、x1——以10为底的当量设计轴载累计作用次数的对数；

21、x2——大气温度代表值，单位为℃；

22、k1、k2、k3、k4、k5、k6——回归系数；

23、11)利用式(2)对拟预测的道路进行国际平整度指数(iri)预测，在式(2)中代入拟预测道路建成通车后，实际所承受的当量设计轴载累计作用次数和大气温度代表值，即可获得国际平整度指数(iri)预测结果。

24、所述预测方法，还包括精度评价步骤，所述精度评价步骤包括：

25、a1)继续对足尺路面开展加载试验，完成新增200-1000万的当量设计轴载累计作用次数时，可停止加载。根据步骤6)、步骤7)的方法，获得每完成约15-60万当量设计轴载累计作用次数时的国际平整度指数(iri)检测数据和大气温度代表值，

26、a2)利用步骤11)中的数据对式(2)的精度进行评价，计算实测值与计算值之间的平均相对误差，保证平均相对误差控制在10％以内，否则应对式(2)进行修正或重新构造，直至满足相对误差要求时为止。

27、所述试验加载装置为采用四轴、五轴或六轴拖挂车。

28、所述试验加载装置通过在货车车斗内增加配重块的方式提高货车轴载至设计轴载的1.5-2倍。

29、每次检测时进行5次以上的平行试验，并取5次国际平整度指数(iri)的平均值作为断面的平整度。

30、所述步骤6)每完成约15-60万当量设计轴载累计作用次数时，采用车载式颠簸累积仪对足尺路面的平整度进行1次检测，获得国际平整度指数(iri)。

31、所述足尺路面宽为9m，从左至右采用标线分别划分为：宽1m的左路肩、宽3.75m的超车道、宽3.75m的行车道、宽1m的右路肩，行车道作为试验加载车道，超车道作为试验对比车道；足尺路面长度为60m。

32、本发明与目前的平整度预测方法相比，是在沥青路面全寿命周期平整度试验结果基础上所建立的，具有下述优点和创造性。

33、(1)能够实现全寿命周期的服役性能观测，试验过程中的当量设计轴载累计作用次数能够达到几千万次以上，相当于十几年的服役年限，与现有方法基于几年试验数据相比，是一种数量级上的提升。

34、(2)试验过程中使用的车辆荷载为实际路面中会使用到的车辆，其车型就是实际车型，并未进行简化处理，车辆荷载的作用模式为单向、渠化形式，与实际路面完全一致，车辆荷载的速度也能够达到实际路面上重载货车的车速。

35、(3)所处的试验环境为实际的自然环境，一年四季不断交替变化，并非是现有方法中在某些特定试验温度或者一年中高温季节下的试验环境，其所承受的自然环境能够较好的模拟自然环境变化对服役性能所产生的影响。

36、(4)由于实际试验过程中，荷载与环境是同时作用的，荷载在不断增加、环境在交替变化，能够最真实的模拟荷载与环境的同步耦合作用。

37、由此可见，本发明与拟预测道路的结构、材料、荷载作用方式、自然环境等条件完全相同，能够获得可完整覆盖沥青路面全寿命周期的平整度长期演化数据，在这个基础上开展的平整度预测，能够大大提高性能预测的精度和可靠性，从而保证路面设计的精准与可信度。