高速公路沥青路面车辙病害原因分析及处治措施探讨

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文结合工程实例，在路面检测与调查的基础上，从交通量荷载、气候自然环境、路面结构设计、施工质量控制、原材料等多方面对高速公路沥青路面出现的早期车辙病害原因进行全面分析；并针对性提出了沥青混凝土路面车辙养护处理技术方案。
　　关键词：高速公路；沥青混凝土路面；车辙病害；处理措施
　　1 工程概况
　　湖南北部某绕城高速公路某段，长10.8km，双向6车道，通车以来由于交通量增长迅猛，大大超过了预期增长速度，且重车比例较大，超载现象严重，致使公路路面的车道多段形成了严重车辙，车辙最大深度已达6cm，严重影响行车安全，因此，必须采取必要的处治措施，防止病害的发展。
　　2高速公路车辙病害调查分析
　　通过检测中心对公路路面进行平整度及车辙检测，整理检测数据表明，1号车道的车辙深度基本小于1．5cm。2、3号车道车辙发展较快，其中车辙深度大于1.5cm的单车道长度为16km，占总数的53％；车辙深度大于3cm的单车道长度为3.2m；占总数的10％，车辙最大深度已达6cm，而3号车道的车辙深度和长度明显大于2号车道。为了解该公路车辙发展速度，于6月对该公路路又进行了一次车辙检测，两次检测的对比数据见表1和表2。
　　表l车辙路段长度变化一览表
　　
　　
　　经过从2007年冬季到2008年夏季八个月的行车作用,该路段车辙发展速度很快，3号车道的车辙深度平均值增加了4mm左右，2号车道增加了3mm左右。
　　统计结果表明，原来车辙深度较大路段（大于30mm）车辙的发展变化并不大，而车辙深度较小路段（小于10mm）车辙发展较快，变化较大。
　　3高速公路路面早期车辙病害原因分析
　　车辙是高速公路路面病害的最主要形式，对行车安全影响最大，而影响车辙产生的因素是多方面的，一是外部因素，主要是交通量、荷载大小、车速、温度等；二是内部因素，主要是结构、厚度、材料及混合料性能等。
　　3．1交通量的迅猛增加特别是超载是产生车辙的主要外因
　　3．1．1交通量基本情况
　　该段高速公路的交通量增长较快，达到20％左右，这远远超过了设计时的预计增长比例，而且重车比例较大，超过60％。
　　3．1．2超载车辆对路面使用质量影响的分析
　　发现很多运输业主将新车买回后，通过更换弹簧钢板、加固大梁、加高车厢、变换厚轮胎增加刹车水箱等途径进行加固改装。改装后，核定载重为5t的货车，往往实载20多吨，有的甚至达到30多吨，统计表明大、中型货车的超载重量是标准载重量的50％～200％。
　　在我国的沥青路面设计方法中，采用多层弹性层状理论公式进行计算，并以BZZ-100为设计标准轴载，各种车辆的轴载采用下式进行轴载换算：
　　N=∑Cl•C2•nl•(P1／P)4..35（1）
　　公式中除P1（被换算车型的各级轴载）以外均为定数，P1的变化是随车辆所拉货物的重量而变化的。
　　由于载货汽车的超载情况日趋严重，造成P1增大，假定当车辆超载50％、100％、200％时公式（1）仍然适用，进行当量轴次换算时，当车辆超载50％时，标准轴的数量增大约3倍，当车辆超载一倍时，标准轴的数量增大6~7倍，当车辆超载两倍时，标准轴的数量增大23～25倍，可见车辆的超载对折算后标准轴数量影响很大。
　　在路面设计中，交通量调查资料，没有考虑到超载问题，使得设计中得不到准确的轴载，造成设计年限内累计标准轴载与事实不符的情况；另一方面现行《公路沥青路面设计规范》规定，交通量换算公式仅适用于轴载小于130kN的各种车型的轴载换算，事实上黄河车超载50％，公式（1）将不再适用。这就使设计者在考虑超载时，只能以超载50％为限，这样，从一开始就降低了标准轴的数量，使得设计时取用的允许弯沉值偏大，基层、底基层的层底验算拉应力偏小，造成路面整体刚度不足，导致路面提前破坏。
　　高等级公路l号车道以小型车为主，2号车道以中型车和车速较快的大型车为主，3号车道以车速较慢的大型车为主。由于渠化交通造成了城市市政公路的车辙病害主要集中在2、3号车道。
　　3．2路面原设计及施工分析
　　本主线路面面层结构自上而下为：4cm沥青混凝土抗滑层AK-13I型、5cm中粒式沥青混凝土AC-20I型、7cm粗粒式沥青混凝土AC-30I型。基层结构采用水泥稳定砂砾或水泥稳定碎石。由于基层为半刚性基层，整体强度较好，没有发生基层以下的永久性变形，车辙的产生主要是路面面层产生的流动性车辙。
　　3．3车辙横断面各结构层变形检测与分析
　　本次检测选取7个轻重不同的车辙病害进行了切割挖坑检测，轮迹处的路面厚度的检测结果见表3。
　　表3路面结构层厚度的检测结果
　　
　　
　　从数据统计分析看：底面层大都变形较小，厚度变化平均值为5.3mm，表面层厚度变化平均值为3.4mm，中面层的变形多数都比较严重，厚度变化范围为4~15mm，平均值为8.8mm。
　　从挖验及芯样，下面层呈完好状态，横向流动变形不明显，上面层呈压密状态，变形不明显，而中面层结构整体性较差，有些已松散，横向流动变形较大，是产生车辙的主要层次。桥面沥青混凝土铺装层车辙变形基本不大，分析其原因是由于沥青混凝土压密变形。
　　3．5原材料及施工质量控制方面分析
　　3．5．1各层沥青混合料油石比结果与分析(见表4)
　　表4各层沥青混合料油石比结果(％)
　　
　　
　　由检测结果可以看出：路面底面层油石比大部分在3.9~4.4之间，基本与施工最佳油石比3.9~4.5接近，这个结果与底面层变形较小的结果相吻合；中、上面层油石比结果偏大，都比施工要求的油石比4.50～4.80偏大。
　　上、中、下面层沥青均采用壳牌90#沥青，没有进行改性，针人度较大，软化点较低（一般为45～50℃），高温稳定性相对较差，使混合料易产生流动变形。另外，根据调查，近些年来本地区气温明显偏高，夏季路表温度可达到60～68℃。因此持续的高温造成路面软化，加上交通量大，超载车辆多，加速了沥青面层的车辙病害发展。
　　3．5．2沥青混合料各层筛分结果与分析
　　对本公路有明显车辙病害路段的沥青混合料进行了取样，做抽提筛分试验。车辙深度较大的断面，中、上面层混合料中4.75mm筛孔通过百分率普遍在中值偏上，而且9.5mm~13.2mm粗骨料的含量明显不足。沥青混合料中4.75mm以上碎石含量的多少对混合料的内摩擦角及强度有显著影响，碎石含量越高，内摩擦角及强度就越高。因此，中、上面层粗集料含量不足，造成了路面整体抗车辙能力的降低。
　　3．5．3原材料质量分析
　　从挖验路段和钻芯取样的情况来看，沥青混合料比较密实，呈悬浮结构，沥青未发生老化现象，车辙严重并且产生拥包、坑槽的路段，在钻芯取样时芯样在中面层处断裂，不能取出完整的芯样。表面层沥青混和料的粗集料采用玄武岩，中、下面层沥青混和料的粗集料采用石灰岩均来自本地，粗集料质量控制较好，但混和料所用的细集料和填料是采用本地的石灰石生产的石屑和矿粉，质量较差，因此部分路段的中、下面层混和料中石料与沥青胶浆粘结力较差，出现了剥离现象。从部分车辙较重的边车道（多为上坡段）的切割断面可以明显看出，表面层的厚度基本没有变化，只是随着车辙变成了“w”形，中面层在轮迹位置被明显压薄，而两边出现了明显的侧向推移，下面层变形不大，表现为结构被压密。
　　4高速公路车辙病害原因的主要结论

　　通过对以上公路沥青混凝土路面车辙产生的原因分析可知：
　　1）本高速公路基层强度整体强度较高，发生在沥青面层以下各结构层永久变形引起的结构性车辙基本没有,车辙主要还是由于沥青面层的失稳变形引起的。沥青路面各结构层都存在不同程度的变形，以中、上面层变形为主，尤其以中面层变形最为严重，主要表现为压密性车辙和失稳性车辙。
　　2）交通量增长快、超载车辆多，渠化交通严重，加上高温天气，路面抗剪强度不能满足渠化交通下的重载车辆荷载要求，这些是本公路路面出现早期车辙病害的主要外在因素。
　　3）施工质量控制较差，中、上面层粗集料的筛孔通过量靠近或超出级配范围的上限，实际级配偏细，4.75mm以上的碎石含量少，同时，中、上面层的沥青含量偏高，实际油石比大多高于设计最佳油石比。而且，采用壳牌90#沥青，没有使用改性沥青，高温稳定性较差。由于混合料的油石比过高和级配不合理等原因，导致路面混合料稳定性差，沥青混合料容易产生流动变形，这是本公路路面出现早期车辙病害的内因。
　　4）原材料质量控制方面，由于部分原材料的质量控制不严格，含泥量偏高，导致沥青胶浆与石料的粘结力降低，混合料容易产生结构失稳，形成流动变形。
　　通过对车辙的跟踪检测和实际发生的车辙分析，沥青混凝土路面车辙病害的发展比较快，尤其夏季高温季节增长更快。由于一开始路面结构强度还在，车辙产生时间较长，但是一旦产生，达到15mm左右，车辙发展速度就会加快（我国规定车辙养护技术标准为15mm）。车辙如果治理不及时，车辆为了行驶安全，沿车辙行驶，加上重载、超载车辆作用，在高温天气下，车辙会加速发展，必须及时进行处理，防止病害的扩展。
　　5沥青混凝土路面车辙的维修养护处理
　　本高速公路路段的2、3号车道形成了严重的车辙病害，为改善行车条件，确保行车安全，2008年4月至11月分两期对病害路面进行了维修，车辙具体处理措施如下：
　　1）对2、3号车道的路面车辙进行铣刨维修，维修宽度为7.95m，车辙深度小于3cm的路段，将原路面铣刨4.5cm，洒布改性乳化沥青粘层油，然后重新铺筑4.5cmSMA表面层；
　　2）车辙深度大于3cm的路段，将原路面铣刨9cm，洒布改性乳化沥青粘层油，然后重新铺筑5cm中粒式沥青混凝土和4cmSMA表面层。路面表面层采用SMA-16I型，中面层采用改性沥青中粒式沥青混凝土AC-20I型结构，所有沥青混合料均采用SBS改性沥青。
　　从路面维修效果来看，在维修过程中，部分维修过的路段又出现了车辙加深、坑槽和拥包等病害，分析路面破损原因发现，维修时处理了一层，个别路段处理了两层，但是通过对破损路段的挖验，发现这些路段的中下面层质量较差，加上路面铣刨对原路面的扰动（整体性较差的路段，铣刨机的扰动可破坏原路面的整体性），以及铣刨后形成的路槽遇雨水等因素的影响，导致维修后的路段再次出现病害。
　　吸取了部分路段维修失败的教训后，加强了病害情况的调查，增加了很多维修工程量，对于下面层已经松散的路段，将原中、下面层也铣刨掉，再从新分层摊铺沥青混凝土面层，对破损严重的桥面，将桥面水泥铺装也进行了彻底的翻修，取得了良好的效果，通过一段时间的使用，未见有沥青路面有新的车辙、坑槽等其它病害的发生。
　　6结语
　　综上所述，在高等级公路中，由于超载超重车辆造成沥青混凝土路面车辙等病害常有发生，只有加强对沥青混凝土路面车辙等病害产生的原因进行深入的分析并及时进行有效的维修处理措施，才能及时防止公路路面病害的发展，增长公路使用寿命和行车安全。
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-598101.htm