高速公路車(chē)轍原因分析和治理措施

張曉艷

(黑龍江省呼蘭養(yǎng)路總段)

0 引 言

車(chē)轍是瀝青混凝土路面特有的一種破壞形式,它是路基和路面各結(jié)構(gòu)層在行車(chē)荷載重復(fù)作用以及氣候(高溫)等因素綜合作用下產(chǎn)生的一種永久性變形,表現(xiàn)為沿行車(chē)輪跡產(chǎn)生縱向的帶狀凹槽,嚴(yán)重時(shí)車(chē)轍的兩側(cè)會(huì)有突起形變,造成路面使用性能更加惡化。車(chē)轍始終是瀝青混凝土路面的主要病害之一,高速公路路面維修、罩面的原因,80%以上是由于車(chē)轍引起的。對(duì)于我省的高速公路而言,道路交通量增長(zhǎng)非常迅猛,往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)期增長(zhǎng)速度,同時(shí)高速公路重車(chē)比例在不斷提高,車(chē)輛超載超限現(xiàn)象非常普遍,這種交通條件對(duì)路面的破壞作用是非常嚴(yán)重的,尤其會(huì)導(dǎo)致路面車(chē)轍的早期產(chǎn)生。事實(shí)也表明,在我省已建成通車(chē)的高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工作中,車(chē)轍已成為繼水損壞之后,引起普遍關(guān)注的路面病害類(lèi)型。為使高速公路正常運(yùn)營(yíng),如何減小車(chē)轍,提出了新的問(wèn)題。

1 車(chē)轍的類(lèi)型和特征

1.1 磨損型車(chē)轍

這類(lèi)車(chē)轍是面層表面受到輪胎磨耗形成的,在我國(guó)通常發(fā)生在車(chē)輛爆胎,鋼輪直接作用在瀝青混凝土面層上造成的劃傷,一般這些車(chē)轍無(wú)需作專(zhuān)門(mén)維修。

1.2 壓縮型車(chē)轍

這類(lèi)車(chē)轍主要是由于瀝青混凝土面層自身的壓密形變?cè)斐傻?車(chē)轍形成“V”字型,深度一般為 5～10mm,對(duì)道路的行車(chē)沒(méi)有太大的影響。

1.3 結(jié)構(gòu)型車(chē)轍

這類(lèi)車(chē)轍主要是由于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,或由于結(jié)構(gòu)層壓實(shí)不好或整體性不好,尤其是路基承載能力不足引起的。這類(lèi)車(chē)轍往往橫向較寬,兩側(cè)沒(méi)有明顯隆起現(xiàn)象,橫斷面成U形(凹型),常伴有裂縫,并且短期內(nèi)不會(huì)穩(wěn)定,隨著時(shí)間的延續(xù),車(chē)轍深度及其它相關(guān)路面破壞會(huì)不斷加劇。

1.4 流動(dòng)型車(chē)轍

這類(lèi)車(chē)轍主要是由于瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性不足,或貨車(chē)超載嚴(yán)重,引起瀝青混凝土發(fā)生剪切變形產(chǎn)生的。這類(lèi)車(chē)轍有明顯的隆起現(xiàn)象,整個(gè)車(chē)轍斷面形成“W”形,深度達(dá)20～50mm,嚴(yán)重時(shí)局部地段會(huì)出現(xiàn)大段松散破壞,行車(chē)跳動(dòng)感明顯。

2 車(chē)轍的形成原因分析

2.1 道路交通條件

由于高等級(jí)公路的修建及交通管制趨于成熟,車(chē)輛速度大大提高,而且大量重車(chē)行駛在道路上,交通量的增加,重載車(chē)、超載車(chē)比例的提升,路面破損現(xiàn)狀有逐步加重的趨勢(shì)。車(chē)輛荷載越來(lái)越集中地分布于道路輪跡帶處,引起交通渠化。輪載越重,輪胎氣壓越大,行駛速度越大,交通渠化越嚴(yán)重,則車(chē)轍就越容易產(chǎn)生。有研究統(tǒng)計(jì)表明:車(chē)轍的發(fā)展速度隨荷載作用次數(shù)的增加而減小。但車(chē)轍深度隨累計(jì)荷載作用次數(shù)的增加而增加,以至于道路喪失使用性能。

2.2 氣象條件

路面溫度對(duì)車(chē)轍的產(chǎn)生有很大的影響。在寒冷地區(qū),車(chē)轍出現(xiàn)的可能性較小,瀝青類(lèi)路面在一定氣溫條件下、日照及風(fēng)力作用下,較灰白色或彩色路面吸收更多熱量,因而路面溫度較高,所以瀝青類(lèi)路面易于產(chǎn)生車(chē)轍,同樣原因,南方易于產(chǎn)生車(chē)轍,而在北方的夏季也容易產(chǎn)生。

2.3 路面結(jié)構(gòu)及材料的組成

目前柔性路面大多采用瀝青混合料(瀝青混凝土、瀝青碎石等)作為路面材料,瀝青層材料在路面結(jié)構(gòu)中厚度越大,發(fā)生永久變形的變形量也愈大。其他粒料如土拌碎礫石。級(jí)配碎石土等也發(fā)生一定程度的永久變形。采用剛性基層或半剛性基層材料的瀝青路面,由于具有較高的高溫穩(wěn)定性和抗剪變形能力,所以這類(lèi)路面發(fā)生車(chē)轍主要是瀝青層產(chǎn)生的,而剛性基層和土基發(fā)生車(chē)轍只占一小部分。我國(guó)現(xiàn)有瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中,雖然對(duì)瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)及厚度計(jì)算均作了較詳細(xì)的規(guī)定。但在瀝青混合料組成設(shè)計(jì)時(shí)所用的馬歇爾試驗(yàn),其穩(wěn)定度還難于說(shuō)明瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力,更重要的是瀝青混凝土的室內(nèi)動(dòng)穩(wěn)定度與實(shí)際道路上的車(chē)槽深度之間的關(guān)系目前還缺乏相關(guān)資料。對(duì)這幾年來(lái)河北省SMA瀝青路面比如石黃高速SMA路段、京秦高速SMA路段、石安高速SMA路段調(diào)查來(lái)看,瀝青混合料采用大粒徑的骨架密實(shí)型配合比設(shè)計(jì)對(duì)提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力將有著重要作用。在中、下面層結(jié)構(gòu)中采用大粒徑集料配合比,可有效地提高瀝青路面抗車(chē)轍的能力。而上面層采用改性瀝青的抗滑表層AK-13、AK-16后,既有利于防止環(huán)境條件對(duì)面層的侵蝕,也改善了瀝青混合料的施工性能,更有利于面層的壓實(shí),同時(shí)也提高了瀝青面層的抗車(chē)轍能力,相反如果面層結(jié)構(gòu)采用了不合理的結(jié)構(gòu)組合形式或集料的強(qiáng)度、粒徑大小、級(jí)配組成等不合理,將會(huì)大大降低瀝青面層的抗車(chē)轍能力。所以合理的面層結(jié)構(gòu)及厚度的設(shè)計(jì)將對(duì)車(chē)轍的產(chǎn)生具有直接的影響。目前,我國(guó)的研究人員在大粒徑瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的研究中已取得了一定的成果,這無(wú)疑對(duì)提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和瀝青路面的抗車(chē)轍能力具有重要的意義。

3 預(yù)防瀝青路面車(chē)轍的措施

3.1 選用適宜的集料及礦粉

選用堅(jiān)硬、安定、表面粗糙、顆粒接近立方體的與瀝青有較好粘附性的集料及采用石灰?guī)r等石料磨細(xì)得到的礦粉,均可大大提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性及瀝青路面抗車(chē)轍能力。

3.2 采用合理的瀝青混合料配合比

在瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)中,對(duì)瀝青路面車(chē)轍產(chǎn)生影響的因素,主要包括兩個(gè)方面:一是集料的級(jí)配組成;二是各種材料的配比。這兩方面均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求,以馬歇爾實(shí)驗(yàn)及車(chē)轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行確定,但對(duì)集料的級(jí)配組成在現(xiàn)有的規(guī)范范圍內(nèi)盡可能地采用大粒徑較多的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。對(duì)瀝青的用量則應(yīng)選擇最佳瀝青用量范圍的下限。因?yàn)闉r青用量的大小對(duì)瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力具有敏感性。

3.3 采用新結(jié)構(gòu)、新材料

采用間斷型級(jí)配瀝青混凝土(如SMA結(jié)構(gòu))作為抗滑表層,面層采用連續(xù)級(jí)配的中粒式或粗粒式瀝青混凝土以承擔(dān)疲勞、耐久、防滲任務(wù),這樣就可滿足抗車(chē)轍、抗裂、防水、抗滑、耐磨等要求。

SMA結(jié)構(gòu)作為最近引起人們注意的一種新型抗車(chē)轍表面層,不僅在歐洲得到推廣應(yīng)用,美國(guó)、澳大利亞、日本也已修筑了大量的SMA路面,我國(guó)在也首都機(jī)場(chǎng)和八達(dá)嶺高速公路有使用,在保津高速、京秦高速也都有實(shí)驗(yàn)路段,但還須繼續(xù)深入研究,SMA是一種抗車(chē)轍能力強(qiáng)、耐久性能良好的面層混合料,主要用于重交通道路,而且多作為表面層。它是由軋碎集料和填充在骨架空隙的瑪蹄脂(瀝青、填料、纖維的整體)所組成的一種間斷級(jí)配瀝青混和料。值得補(bǔ)充的是,為了防止混合料流淌,以及能夠增加瀝青用量,減少粗骨料與瑪蹄脂的離析,常在生產(chǎn)過(guò)程中添加纖維穩(wěn)定劑和(或)使用改性瀝育。SMA作為間斷級(jí)配混合料表面層,其高的粗骨料含量增加了碎石之間相互嵌擠而形成礦物骨架,阻礙混合料發(fā)生永久變形,從而大大改善瀝青路面抗車(chē)轍性能。首都機(jī)場(chǎng)高速公路表面層采用SMA結(jié)構(gòu),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣重塑試件車(chē)轍實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其動(dòng)穩(wěn)定度值接近無(wú)窮大,遠(yuǎn)優(yōu)于普通密級(jí)配結(jié)構(gòu)。

3.4 施工質(zhì)量

瀝青路面在施工中,除了應(yīng)嚴(yán)格按施工規(guī)范要求進(jìn)行施工外,最重要的有兩點(diǎn):一是瀝青混合料施工溫度的控制;二是瀝青路面的施工碾壓。瀝青混合料施工溫度控制包括料拌溫度、出廠溫度、到場(chǎng)溫度、初壓溫度,應(yīng)嚴(yán)格按施工規(guī)范控制,尤其是拌和時(shí)要分別控制瀝青溫度、集料溫度,任何一個(gè)溫度控制不到位,都會(huì)影響混合料的性能。瀝青混合料溫度過(guò)高,易導(dǎo)致瀝青的老化,過(guò)低時(shí)又會(huì)給攤鋪碾壓造成困難。而及時(shí)有效壓實(shí)更是瀝青路面施工的最后一道工序,也是防止或減輕路面車(chē)轍的最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。所以,瀝青路面壓實(shí)機(jī)具的配備不僅要滿足施工的基本要求,而且要有足夠的數(shù)量和壓實(shí)功能的機(jī)具,以確保瀝青混合料攤鋪完畢后進(jìn)行及時(shí)有效的壓實(shí)。

4 瀝青路面車(chē)轍的治理措施

在我國(guó),由于高等級(jí)公路瀝青路面普遍采用半剛性基層,絕大多數(shù)車(chē)轍屬于流動(dòng)型車(chē)轍和壓縮型車(chē)轍。對(duì)于壓縮型車(chē)轍,由于車(chē)轍淺,不影響使用,一般可不做專(zhuān)門(mén)處理,嚴(yán)重時(shí)可以通過(guò)熱拌瀝青混凝土找平轍槽,達(dá)到恢復(fù)路面性能的目的;而對(duì)于流動(dòng)型車(chē)轍,目前還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)、有效的維修工藝,通常是銑刨、重鋪瀝青混凝土面層,或者采用熱再生養(yǎng)護(hù)維修工藝,而一般流動(dòng)型車(chē)轍延續(xù)段落長(zhǎng)(達(dá)到好幾公里)、涉及整個(gè)面層,采用這些工藝維修費(fèi)用較高,對(duì)交通影響大,大面積應(yīng)用需要特別慎重。

5 結(jié) 語(yǔ)

高速公路建成通車(chē)后的病害治理是目前公路建設(shè)管理的任務(wù)之一 ,在加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)的情況下,也不能忽視道路的維修,如何在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)密控制確保減少道路病害,增加其使用壽命將是每一個(gè)參與公路建設(shè)的技術(shù)人員應(yīng)該思考并注意的問(wèn)題。