高等級(jí)城市道路車轍早期病害成因分析及處理措施探討

摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)采用路面檢測(cè)與調(diào)查等手段，從交通量荷載、氣候自然環(huán)境、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制、原材料等多方面對(duì)高等級(jí)城市道路瀝青路面出現(xiàn)的早期車轍病害原因進(jìn)行全面分析，并對(duì)近兩年車轍病害治理采用的方案及效果進(jìn)行總結(jié)、評(píng)價(jià)，提出了瀝青混凝土路面車轍養(yǎng)護(hù)處理技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞:城市道路;瀝青混凝土路面;車轍病害;處理措施

中圖分類號(hào):U418.6+8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)11-0111-02

1工程概況

湖南一高等級(jí)城市市政道路，總長(zhǎng)10.8km，雙向6車道，通車以來(lái)由于交通量增長(zhǎng)迅猛，大大超過(guò)了預(yù)期增長(zhǎng)速度，且重車比例較大，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，致使道路路面的車道多段形成了嚴(yán)重車轍，車轍最大深度已達(dá)6cm，嚴(yán)重影響行車安全，因此，必須采取必要的處治措施，防止病害的發(fā)展。

2高等級(jí)城市道路車轍病害調(diào)查分析

通過(guò)檢測(cè)中心對(duì)道路路面進(jìn)行平整度及車轍檢測(cè)，整理檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，1號(hào)車道的車轍深度基本小于1.5cm。2、3號(hào)車道車轍發(fā)展較快，其中車轍深度大于1.5cm的單車道長(zhǎng)度為6km，占總數(shù)的55%;車轍深度大于3cm的單車道長(zhǎng)度為1.2km;占總數(shù)的11%，車轍最大深度已達(dá)6cm，而3號(hào)車道的車轍深度和長(zhǎng)度明顯大于2號(hào)車道。為了解該道路車轍發(fā)展速度，于6月對(duì)該道路路又進(jìn)行了一次車轍檢測(cè)，兩次檢測(cè)的對(duì)比數(shù)據(jù)見表1和表2。

經(jīng)過(guò)從2007年冬季到2008年夏季八個(gè)月的行車作用，該路段車轍發(fā)展速度很快，3號(hào)車道的車轍深度平均值增加了4mm左右，2號(hào)車道增加了3mm左右。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，原來(lái)車轍深度較大路段(大于30mm)車轍的發(fā)展變化并不大，而車轍深度較小路段(小于10mm)車轍發(fā)展較快，變化較大。

3高等級(jí)城市道路路面早期車轍病害原因分析

車轍是城市道路路面病害的最主要形式，對(duì)行車安全影響最大，而影響車轍產(chǎn)生的因素是多方面的，一是外部因素，主要是交通量、荷載大小、車速、溫度等;二是內(nèi)部因素，主要是結(jié)構(gòu)、厚度、材料及混合料性能等。

3.1交通量的迅猛增加特別是超載是產(chǎn)生車轍的主要外因

3.1.1交通量基本情況

該段城市道路的交通量增長(zhǎng)較快，達(dá)到20%左右，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)比例，而且重車比例較大，超過(guò)60%。

3.1.2超載車輛對(duì)路面使用質(zhì)量影響的分析

發(fā)現(xiàn)很多運(yùn)輸業(yè)主將新車買回后，通過(guò)更換彈簧鋼板、加固大梁、加高車廂、變換厚輪胎增加剎車水箱等途徑進(jìn)行加固改裝。改裝后，核定載重為5t的貨車，往往實(shí)載20多噸，有的甚至達(dá)到30多噸，統(tǒng)計(jì)表明大、中型貨車的超載重量是標(biāo)準(zhǔn)載重量的50%～200%。

在我國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)方法中，采用多層彈性層狀理論公式進(jìn)行計(jì)算，并以BZZ-100為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載，各種車輛的軸載采用下式進(jìn)行軸載換算:

N=∑C1·C2·nl·(P1/P)4.35(1)

公式中除P1(被換算車型的各級(jí)軸載)以外均為定數(shù)，P1的變化是隨車輛所拉貨物的重量而變化的。

由于載貨汽車的超載情況日趨嚴(yán)重，造成P1增大，假定當(dāng)車輛超載50%、100%、200%時(shí)公式(1)仍然適用，進(jìn)行當(dāng)量軸次換算時(shí)，當(dāng)車輛超載50%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大約3倍，當(dāng)車輛超載一倍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大6~7倍，當(dāng)車輛超載兩倍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大23～25倍，可見車輛的超載對(duì)折算后標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)量影響很大。

在路面設(shè)計(jì)中，交通量調(diào)查資料，沒(méi)有考慮到超載問(wèn)題，使得設(shè)計(jì)中得不到準(zhǔn)確的軸載，造成設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載與事實(shí)不符的情況;另一方面現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，交通量換算公式僅適用于軸載小于130kN的各種車型的軸載換算，事實(shí)上黃河車超載50%，公式(1)將不再適用。這就使設(shè)計(jì)者在考慮超載時(shí)，只能以超載50%為限，這樣，從一開始就降低了標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量，使得設(shè)計(jì)時(shí)取用的允許彎沉值偏大，基層、底基層的層底驗(yàn)算拉應(yīng)力偏小，造成路面整體剛度不足，導(dǎo)致路面提前破壞。

高等級(jí)道路l號(hào)車道以小型車為主，2號(hào)車道以中型車和車速較快的大型車為主，3號(hào)車道以車速較慢的大型車為主。由于渠化交通造成了城市市政道路的車轍病害主要集中在2、3號(hào)車道。

3.2路面原設(shè)計(jì)及施工分析

本主線路面面層結(jié)構(gòu)自上而下為:4cm瀝青混凝土抗滑層AK-13I型、5cm中粒式瀝青混凝土AC-20I型、7cm粗粒式瀝青混凝土AC-30I型?；鶎咏Y(jié)構(gòu)采用水泥穩(wěn)定砂礫或水泥穩(wěn)定碎石。由于基層為半剛性基層，整體強(qiáng)度較好，沒(méi)有發(fā)生基層以下的永久性變形，車轍的產(chǎn)生主要是路面面層產(chǎn)生的流動(dòng)性車轍。

3.3車轍橫斷面各結(jié)構(gòu)層變形檢測(cè)與分析

本次檢測(cè)選取7個(gè)輕重不同的車轍病害進(jìn)行了切割挖坑檢測(cè)，輪跡處的路面厚度的檢測(cè)結(jié)果見表3。

從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析看:底面層大都變形較小，厚度變化平均值為5.3mm，表面層厚度變化平均值為3.4mm，中面層的變形多數(shù)都比較嚴(yán)重，厚度變化范圍為4~15mm，平均值為8.8mm。

從挖驗(yàn)及芯樣，下面層呈完好狀態(tài)，橫向流動(dòng)變形不明顯，上面層呈壓密狀態(tài)，變形不明顯，而中面層結(jié)構(gòu)整體性較差，有些已松散，橫向流動(dòng)變形較大，是產(chǎn)生車轍的主要層次。橋面瀝青混凝土鋪裝層車轍變形基本不大，分析其原因是由于瀝青混凝土壓密變形。

3.5原材料及施工質(zhì)量控制方面分析

3.5.1各層瀝青混合料油石比結(jié)果與分析(見表4)

由檢測(cè)結(jié)果可以看出:路面底面層油石比大部分在3.9~4.4之間，基本與施工最佳油石比3.9~4.5接近，這個(gè)結(jié)果與底面層變形較小的結(jié)果相吻合;中、上面層油石比結(jié)果偏大，都比施工要求的油石比4.50～4.80偏大。

上、中、下面層瀝青均采用殼牌90#瀝青，沒(méi)有進(jìn)行改性，針人度較大，軟化點(diǎn)較低(一般為45～50℃)，高溫穩(wěn)定性相對(duì)較差，使混合料易產(chǎn)生流動(dòng)變形。另外，根據(jù)調(diào)查，近些年來(lái)本地區(qū)氣溫明顯偏高，夏季路表溫度可達(dá)到60～68℃。因此持續(xù)的高溫造成路面軟化，加上交通量大，超載車輛多，加速了瀝青面層的車轍病害發(fā)展。

3.5.2瀝青混合料各層篩分結(jié)果與分析

對(duì)本道路有明顯車轍病害路段的瀝青混合料進(jìn)行了取樣，做抽提篩分試驗(yàn)。車轍深度較大的斷面，中、上面層混合料中4.75mm篩孔通過(guò)百分率普遍在中值偏上，而且9.5mm~13.2mm粗骨料的含量明顯不足。瀝青混合料中4.75mm以上碎石含量的多少對(duì)混合料的內(nèi)摩擦角及強(qiáng)度有顯著影響，碎石含量越高，內(nèi)摩擦角及強(qiáng)度就越高。因此，中、上面層粗集料含量不足，造成了路面整體抗車轍能力的降低。

3.5.3原材料質(zhì)量分析

從挖驗(yàn)路段和鉆芯取樣的情況來(lái)看，瀝青混合料比較密實(shí)，呈懸浮結(jié)構(gòu)，瀝青未發(fā)生老化現(xiàn)象，車轍嚴(yán)重并且產(chǎn)生擁包、坑槽的路段，在鉆芯取樣時(shí)芯樣在中面層處斷裂，不能取出完整的芯樣。表面層瀝青混和料的粗集料采用玄武巖，中、下面層瀝青混和料的粗集料采用石灰?guī)r均來(lái)自本地，粗集料質(zhì)量控制較好，但混和料所用的細(xì)集料和填料是采用本地的石灰石生產(chǎn)的石屑和礦粉，質(zhì)量較差，因此部分路段的中、下面層混和料中石料與瀝青膠漿粘結(jié)力較差，出現(xiàn)了剝離現(xiàn)象。從部分車轍較重的邊車道(多為上坡段)的切割斷面可以明顯看出，表面層的厚度基本沒(méi)有變化，只是隨著車轍變成了“w”形，中面層在輪跡位置被明顯壓薄，而兩邊出現(xiàn)了明顯的側(cè)向推移，下面層變形不大，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)被壓密。

4城市道路車轍病害原因的主要結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上道路瀝青混凝土路面車轍產(chǎn)生的原因分析可知:

4.1本高等級(jí)城市道路基層強(qiáng)度整體強(qiáng)度較高，發(fā)生在瀝青面層以下各結(jié)構(gòu)層永久變形引起的結(jié)構(gòu)性車轍基本沒(méi)有，車轍主要還是由于瀝青面層的失穩(wěn)變形引起的。瀝青路面各結(jié)構(gòu)層都存在不同程度的變形，以中、上面層變形為主，尤其以中面層變形最為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為壓密性車轍和失穩(wěn)性車轍。

4.2交通量增長(zhǎng)快、超載車輛多，渠化交通嚴(yán)重，加上高溫天氣，路面抗剪強(qiáng)度不能滿足渠化交通下的重載車輛荷載要求，這些是本道路路面出現(xiàn)早期車轍病害的主要外在因素。

4.3施工質(zhì)量控制較差，中、上面層粗集料的篩孔通過(guò)量靠近或超出級(jí)配范圍的上限，實(shí)際級(jí)配偏細(xì)，4.75mm以上的碎石含量少，同時(shí)，中、上面層的瀝青含量偏高，實(shí)際油石比大多高于設(shè)計(jì)最佳油石比。而且，采用殼牌90#瀝青，沒(méi)有使用改性瀝青，高溫穩(wěn)定性較差。由于混合料的油石比過(guò)高和級(jí)配不合理等原因，導(dǎo)致路面混合料穩(wěn)定性差，瀝青混合料容易產(chǎn)生流動(dòng)變形，這是本道路路面出現(xiàn)早期車轍病害的內(nèi)因。

4.4原材料質(zhì)量控制方面，由于部分原材料的質(zhì)量控制不嚴(yán)格，含泥量偏高，導(dǎo)致瀝青膠漿與石料的粘結(jié)力降低，混合料容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，形成流動(dòng)變形。

通過(guò)對(duì)車轍的跟蹤檢測(cè)和實(shí)際發(fā)生的車轍分析，瀝青混凝土路面車轍病害的發(fā)展比較快，尤其夏季高溫季節(jié)增長(zhǎng)更快。由于一開始路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還在，車轍產(chǎn)生時(shí)間較長(zhǎng)，但是一旦產(chǎn)生，達(dá)到15mm左右，車轍發(fā)展速度就會(huì)加快(我國(guó)規(guī)定車轍養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為15mm)。車轍如果治理不及時(shí)，車輛為了行駛安全，沿車轍行駛，加上重載、超載車輛作用，在高溫天氣下，車轍會(huì)加速發(fā)展，必須及時(shí)進(jìn)行處理，防止病害的擴(kuò)展。

5瀝青混凝土車轍的維修養(yǎng)護(hù)處理

本市政道路路段的2、3號(hào)車道形成了嚴(yán)重的車轍病害，為改善行車條件，確保行車安全，2008年4月至11月分兩期對(duì)病害路面進(jìn)行了維修，車轍具體處理措施如下:

5.1對(duì)2、3號(hào)車道的路面車轍進(jìn)行銑刨維修，維修寬度為7.95m，車轍深度小于3cm的路段，將原路面銑刨4.5cm，灑布改性乳化瀝青粘層油，然后重新鋪筑4.5cmSMA表面層;

5.2車轍深度大于3cm的路段，將原路面銑刨9cm，灑布改性乳化瀝青粘層油，然后重新鋪筑5cm中粒式瀝青混凝土和4cmSMA表面層。路面表面層采用SMA-16I型，中面層采用改性瀝青中粒式瀝青混凝土AC-20I型結(jié)構(gòu)，所有瀝青混合料均采用SBS改性瀝青。

從路面維修效果來(lái)看，在維修過(guò)程中，部分維修過(guò)的路段又出現(xiàn)了車轍加深、坑槽和擁包等病害，分析路面破損原因發(fā)現(xiàn)，維修時(shí)處理了一層，個(gè)別路段處理了兩層，但是通過(guò)對(duì)破損路段的挖驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這些路段的中下面層質(zhì)量較差，加上路面銑刨對(duì)原路面的擾動(dòng)(整體性較差的路段，銑刨機(jī)的擾動(dòng)可破壞原路面的整體性)，以及銑刨后形成的路槽遇雨水等因素的影響，導(dǎo)致維修后的路段再次出現(xiàn)病害。

吸取了部分路段維修失敗的教訓(xùn)后，加強(qiáng)了病害情況的調(diào)查，增加了很多維修工程量，對(duì)于下面層已經(jīng)松散的路段，將原中、下面層也銑刨掉，再?gòu)男路謱訑備仦r青混凝土面層，對(duì)破損嚴(yán)重的橋面，將橋面水泥鋪裝也進(jìn)行了徹底的翻修，取得了良好的效果，通過(guò)一段時(shí)間的使用，未見有瀝青路面有新的車轍、坑槽等其它病害的發(fā)生。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在城市市政道路中，由于超載超重車輛造成瀝青混凝土路面車轍等病害常有發(fā)生，只有加強(qiáng)對(duì)瀝青混凝土路面車轍等病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入的分析并及時(shí)進(jìn)行有效的維修處理措施，才能及時(shí)防止道路路面病害的發(fā)展，增長(zhǎng)道路使用壽命和行車安全。

參考文獻(xiàn):

[1]王明昌，徐士啟，王樂(lè)福等.半剛性路面基層沖刷唧漿的影響因素與防治.公路，1998.

[2]曹建新.重載交通下級(jí)配碎石基層材料組成結(jié)構(gòu)與動(dòng)力特性的研究.工學(xué)碩士學(xué)位論文.哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2001.12.

[3]邱延峻，孫振堂.柔性路面路基土的永久變形.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000.4.

[4] 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范.TJ014-2004.人民交通出版社，2004.

[5]JTJ034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].