山东建筑大学山东省济南市250100
摘要：延长沥青路面的使用寿命和减少路面病害的产生的研究一直以来都是道路工程专家们关注的热点问题。车辆在路面上行驶时，不同车道上不同车型的轮胎轨迹的横向分布是不均匀的，实际上车辆轮胎轨迹仅具有一定的宽度，车辆通过路面时只能覆盖路面的一小部分面积。从减缓路面主轮胎轨迹带破坏并提出通行覆盖率的角度，提出了轮胎轨迹横向分布和通行覆盖率对路面交通量的影响分析。
关键词：路面病害；轮胎轨迹；通行覆盖率；行车道宽度
1引言
新建公路通车一段时间之后，路面早期会出现车辙、泛油、推移、拥包等病害，这些病害不但缩短了路面的使用寿命，而且严重影响了行车的安全性以及舒适性。目前提高沥青路面使用寿命的主要措施一般是改进路面的结构设计、改善施工方法及改良沥青路面材料的组成成分[1]，以上措施虽然取得了很大的成就但是由于科研技术有限以及沥青混合料自身固有性质的约束，现有的延长沥青路面的使用寿命的措施并不能从根本上解决沥青路面的病害问题，并且到了很难突破的瓶颈期。研究发现，路面损坏最主要的外界因素是轮胎对路面的反复碾压作用所导致的疲劳破坏，路面的损坏一般首先发生在轮胎轨迹带处，在道路后续的使用期间轮胎轨迹带处的病害最为严重，为了延长路面的总体寿命和提高路面的整体利用率，就高速公路而言，从减缓路面主轮胎轨迹带破坏的角度，建立了基于轮胎轨迹路面极限破坏指标的路面使用寿命预测模型。
2沥青路面主要病害
2.1沥青路面病害分类及成因
一般来说，高速公路行车道在不同类型的车辆荷载和外界环境的频繁作用下，病害逐渐增多，路面病害分类一般可以分为：由于施工接缝、低温缩裂和基层接缝造成的与行车方向垂直的横线裂缝；由于下卧层沉降和地基承载力不足造成的与行车方向平行的纵向裂缝；由交通重荷载造成的0.1m2~10m2的矩形块状裂缝；在交通荷载重复作用下，沥青面层或稳定基层疲劳破坏产生的一系列相互交叉的龟裂；交通荷载重复的碾压同一轮迹带作用下路面结构层的永久变形或路基的塑性变形引起的路表面沿轮迹带的车辙变形；由混合料热稳定性不足造成的路表面有规则的纵向波浪；由地基沉降造成的路表面的沉陷；由冻胀作用造成的路表面的胀起；沁水和唧泥（由水和细集料在重车作用下从裂缝中缓慢渗出）；因为沥青含量过多或者沥青混合料空隙率太小造成的泛油；松散和老化（由于车辆反复作用造成的路面面层材料粘结力不足）；由龟裂、块裂、冻融循环致使路表面逐步形成的坑槽；由于车辆反复作用，在轮迹带处发生的抗滑能力很低的磨光和修补损坏[2]。
2.2沥青路面病害出现的一般规律
在整个路面的使用范围内，路面的破坏并不是均匀的，轮迹横向分布频率是指路面单位宽度上受到的作用次数与车道宽度范围内伦在总作用次数总值之比。轮迹横向分布系数是轮迹宽度范围内受到的作用次数与车道宽度范围内伦在总作用次数总值之比。轮迹横向分布系数与各种轴载的累计作用次数相乘，可以得到路面结构垂直于行车方向断面上各点收到的疲劳作用次数。在同一地区的同一段路面材料、结构和施工技术和质量相同的高速公路上，从垂直于行车方向的断面来看，路面的损坏规律可以总结为：内侧超车道和紧急停车道病害发展最慢，中间行车道病害发展速度居中，外侧重车道车辙发展速度最快；在同一车道内，轴载累计作用导致高速公路轮胎轨迹带破坏严重，路面使用寿命大幅的衰减。
车辆在高速公路上某一条行车道上行驶时，轮胎轨迹总是在横断面的中心线附近一定的范围内左右摆动，由于轮胎轨迹的宽度远远小于行车道的宽度，所以总轴载的通行次数既不会集中在横断面的某一个固定的位置，也不可能平均分配到行车道的每个点上，而是按一定的规律分布在行车道的横断面上[3]。为了研究不同车型在行车道上的轮迹分布规律，选取了破坏最严重的行车道作为研究对象，图1为单向行驶时一个车道内的轮迹横向分布频率折线，其中的条带宽度为25cm。
图1在同一车道内轴载次数横向分布频率折线图
从图中我们可以看出，车辆在渠化良好的高速公路上行驶时，在同一车道内，车辆轮胎轨迹的分布存在一定的规律：车轮轨迹主要集中在左右各一条约50cm宽的路面上，即27%的车道宽度承受57%的车辆碾压荷载，路面损坏程度与车辆轮迹横向分布呈良好的正相关关系，在同一车道中，轮胎轨迹带处的病害最为严重。由于在行车道内车辆行驶轮胎轨迹集中位置主要受制于车道标线位置对交通流的约束和引导，鉴于路面损坏最严重的地方主要在行车道的轮迹带处，我们就可以通过车道线摆移的方法来引导车辆行驶轮迹重新分布，从而提高路面的有效利用率[4]，达到延缓路面疲劳破坏的目的。
3通行覆盖率
3.1通行覆盖率的提出
根据车辆在路面上行驶时其轮胎轨迹在一定的宽度内呈正态分布的关系，提出一个确定车辆轴载在路面上的覆盖次数的计算方法。车辆轴载在路面上任意一点处通过一次称之为一次覆盖，因此，某个轴载每次通过路面上某一点即对该点施加了一次覆盖[5]。面结构设计时可以采用通行覆盖率来确定覆盖次数，任意位置的通行覆盖率即为总通行次数与车道横断面上该位置处轴载通行次数之比。
3.2通行覆盖率的计算
车道横断面上的每一点被汽车轮胎压过的次数呈普通正态分布（图2），其竖坐标为轮迹分布概率密度，横坐标为车道横断面坐标（m）。图中分布的中央点被压过的次数最多，其余位置受压次数随着与中心的距离的增加而减少，总体呈正态分布的关系。
图2通行覆盖率计算
图2中轮胎轨迹概率密度函数曲线与横坐标轴所包围的面积A，若将A视为车辆运行的总通过次数，其值为1，而有效轮胎宽度Wt条带所在位置的概率密度为fx，则通过的次数值可近似地视为fxWt，因此，轴载在车道横断面上任意位置的通行覆盖率P即为代表总通行次数的面积与代表单轴单轮轴载在该位置通行次数面积fxWt之比。轴载通行覆盖率在车道横断面上取值最小的位置，即fx取值最大的位置，为轴载作用次数最多的位置，如果假定轴载在路面任意位置的力学响应相同，则此位置亦为路面最危险位置。轮迹按服从正态分布考虑，路面交通量计算更加准确，采用通行覆盖率的路面交通量分析方法为路面交通量分析提供了新的思路。
4结论
本文经分析总结出高速公路路面损坏的基本类型和一般规律，渠化交通道路车辆轮胎轨迹分布和路面病害严重程度呈现良好的正相关关系，通过引入通行覆盖率，考虑了以往被忽略的有效轮胎宽度，轮迹正态分布曲线的参数等对轴载作用次数的影响。轮迹按服从正态分布考虑，路面交通量计算更加准确，采用通行覆盖率的路面交通量分析方法为路面交通量分析提供了新的思路。
参考文献：
[1]JTGD50—2006，公路沥青路面设计规范[S].
[2]钱霞，张久鹏，黄晓明，闫其来.沥青混凝土路面车辙病害调查及机理分析[J].交通标准化，2007，（1）.
[3]张熙颖，董伟智.考虑轮迹横向分布影响的路面设计初探[J].山西建筑，2006，（24）.
[4]中华人民共和国交通部.JTGB01-2003，公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2003.
[5]姚炳卿机场道面通行覆盖率的计算原理门机场工程，2008（4）：2-12