昆明公交站臺(tái)處瀝青路面車(chē)轍形成原因探究

蘇蘭忠 朱德濱 張?zhí)m芳

(西南林業(yè)大學(xué)，云南昆明 650224)

2011年全國(guó)第六次人口普查結(jié)果顯示昆明市的常住人口已達(dá)643.22萬(wàn)人?！?011年昆明城市交通發(fā)展年度報(bào)告》顯示主城區(qū)每天客運(yùn)量為231.2萬(wàn)人次。昆明市路面車(chē)轍問(wèn)題的日益嚴(yán)重，尤其是公交車(chē)站臺(tái)處的車(chē)轍問(wèn)題，已影響了人們乘車(chē)的舒適度及安全性。因此針對(duì)昆明公交站臺(tái)處的車(chē)轍問(wèn)題研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 瀝青路面車(chē)轍的影響因素分析

影響瀝青路面車(chē)轍的一般因素可分為內(nèi)因和外因兩大類。內(nèi)因主要包括:瀝青混合料的種類和性質(zhì)以及其不同結(jié)構(gòu)和性能，集料的種類和性質(zhì)等;外因主要包括交通狀況、氣候條件等。

1.1 內(nèi)因

1.1.1 瀝青

瀝青對(duì)車(chē)轍的影響因素主要有兩個(gè):瀝青的品種和瀝青混合料中瀝青的含量。在瀝青品種方面，在溫度和加載速率固定的情況下，當(dāng)瀝青的粘度較大時(shí)，其與骨料的粘附性就強(qiáng)，混合料的抗剪能力就強(qiáng)，抗車(chē)轍能力就好。蠟的含量與瀝青的品種有關(guān)，如果某瀝青蠟含量較高，當(dāng)溫度接近蠟的軟化點(diǎn)時(shí)，瀝青粘度將明顯降低，導(dǎo)致混合料的抗車(chē)轍性能變差。在瀝青含量方面，沈金安等人已通過(guò)研究表明瀝青用量是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要因素［1］。瀝青和礦粉形成膠結(jié)料，對(duì)骨料進(jìn)行包裹，起到集料之間的粘聚作用。當(dāng)瀝青用量過(guò)低時(shí)，骨料缺乏足夠的瀝青包裹，會(huì)降低瀝青混合料的粘結(jié)強(qiáng)度和易壓實(shí)性，影響其抗車(chē)轍能力;當(dāng)瀝青用量過(guò)高時(shí)，自由瀝青成為集料的潤(rùn)滑劑，將嚴(yán)重影響集料的嵌擠能力，降低瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，從而影響瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。

1.1.2 集料

集料的種類、級(jí)配以及集料顆粒的形狀和紋理對(duì)瀝青混合料的抗車(chē)轍性能具有重要影響。酸性骨料會(huì)影響混合料的抗車(chē)轍性能。其會(huì)損傷混合料的水穩(wěn)定性，降低骨料與瀝青的粘結(jié)力，從而減弱瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，影響混合料的抗車(chē)轍性能。瀝青與礦料之間的粘結(jié)力和礦料之間內(nèi)摩擦力與瀝青混合料的強(qiáng)度直接相關(guān)。礦料間內(nèi)摩擦力主要通過(guò)各級(jí)配礦料之間的嵌擠形成。瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力60%是依靠集料的嵌擠能力［1］。選擇具有復(fù)雜的紋理結(jié)構(gòu)和豐富的棱角的有合理級(jí)配的集料，能提高瀝青混合料抗車(chē)轍性能。

1.1.3 空隙率

空隙率對(duì)車(chē)轍具有較大的影響，車(chē)轍變形隨著空隙率增大導(dǎo)致的混合料強(qiáng)度的降低而增大，空隙率小的混合料有助于提高瀝青路面的強(qiáng)度和耐久性。美國(guó)Westrack環(huán)道實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，最小空隙率的臨界界限為4%，但不能低于3%［2］。當(dāng)外界溫度較高時(shí)，當(dāng)瀝青結(jié)合料膨脹時(shí)，如果瀝青混合料內(nèi)部沒(méi)有足夠的空隙提供，必將產(chǎn)生變形，從而形成車(chē)轍。

1.1.4 瀝青面層的厚度

瀝青面層厚度是影響車(chē)轍的重要因素。當(dāng)半剛性基層瀝青路面面層厚度為15 cm～18 cm時(shí)，車(chē)轍大多出現(xiàn)在上、中面層［2］。車(chē)轍量并不簡(jiǎn)單地隨厚度的增加而變化。在其余條件固定時(shí)，車(chē)轍與瀝青面層厚度的關(guān)系，因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)和材料組成的不同，存在一個(gè)通常情況下在15 cm～25 cm之間的臨界厚度。在低于此臨界厚度時(shí)，車(chē)轍與瀝青面層厚度的關(guān)系呈減函數(shù);當(dāng)大于此臨界厚度時(shí)，兩者的關(guān)系則為增函數(shù)。

1.1.5 路面結(jié)構(gòu)及施工質(zhì)量

路面基層及面層的結(jié)構(gòu)類型及施工質(zhì)量等對(duì)車(chē)轍也具有很大影響。保證瀝青路面抗車(chē)轍性能的基本要求是保證面層和基層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。施工質(zhì)量對(duì)瀝青路面抗車(chē)轍性能影響較大。施工時(shí)料溫不夠?qū)е聻r青面層壓實(shí)不足，或者路面壓實(shí)不充分，在行車(chē)作用下，瀝青路面會(huì)被壓密形成車(chē)轍。

1.2 外因

1.2.1 交通狀況

對(duì)瀝青路面性能造成影響的交通狀況因素主要包括荷載、交通渠化、行車(chē)速度、輪胎氣壓等方面。車(chē)輛荷載決定輪胎氣壓，輪胎氣壓隨著荷載的增大而升高。在交通量相同的情況下，荷載作用時(shí)間的長(zhǎng)短影響路面的變形大小。李申惠等通過(guò)車(chē)轍實(shí)驗(yàn)?zāi)M荷載對(duì)車(chē)轍的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明:在65℃的恒溫條件下，輪壓從0.7 MPa提升到1.1 MPa時(shí)，以0.9 MPa 為界，動(dòng)穩(wěn)定度分兩個(gè)階段降低［3］。尚志遠(yuǎn)研究證明30%軸載為180 kN的超載車(chē)摻雜在標(biāo)準(zhǔn)載的車(chē)輛中時(shí)，瀝青路面在1年內(nèi)的車(chē)轍量就超過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn);軸載120 kN的超載車(chē)三年內(nèi)對(duì)瀝青路面影響造成的車(chē)轍量就超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)軸載12年造成的車(chē)轍量［4］。

1.2.2 溫度

溫度的高低，對(duì)瀝青路面的高溫穩(wěn)定性有很大的影響。瀝青的粘度隨溫度的升高而降低，致使其抗蠕變能力下降，受到外力作用時(shí)，由于剪切作用，致使瀝青材料橫向流動(dòng)，從而導(dǎo)致車(chē)轍變形的產(chǎn)生。茅梅芬通過(guò)環(huán)道實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，車(chē)轍深度的增大與溫度的升高有很大關(guān)系。在3 500次荷載作用下，溫度為60℃時(shí)車(chē)轍深度為37.5 mm，約是溫度為45℃時(shí)車(chē)轍深度的13倍，溫度為30℃時(shí)為車(chē)轍深度的37倍［5］。

2 昆明城市公交站臺(tái)處車(chē)轍形成原因分析

昆明獨(dú)特的氣候環(huán)境及公交站臺(tái)處獨(dú)特的交通狀況，決定了需要對(duì)昆明公交站臺(tái)處的車(chē)轍的影響因素進(jìn)行進(jìn)一步分析，可分為以下三個(gè)方面。

2.1 路面承受?chē)?yán)重的剪切作用

引起瀝青混凝土永久變形的主要原因是剪切變形已被廣泛地接受［2］。瀝青面層和剪應(yīng)力在距路表2 cm～8 cm范圍內(nèi)比較大，較易產(chǎn)生剪切破壞，并隨軸重的增加，最大剪應(yīng)力增大，剪應(yīng)力峰值增加，最大剪應(yīng)力集中在面層上部［6］。

公交站臺(tái)處承受?chē)?yán)重剪切破壞的原因主要有三個(gè)方面:1)昆明城市路面的設(shè)計(jì)時(shí)速為30 km/h～50 km/h，2011年昆明道路高峰平均時(shí)速為22.58 km，其中，一環(huán)內(nèi)平均時(shí)速僅為14.02 km，公交站臺(tái)處時(shí)速則相對(duì)更低，因此公交站臺(tái)處路面荷載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。2)昆明城市道路設(shè)計(jì)為中等交通荷載，但高峰時(shí)段公交車(chē)超載嚴(yán)重。3)公交車(chē)站臺(tái)處屬于渠化交通方式，在站臺(tái)處密集停車(chē)，車(chē)輪作用位置相對(duì)集中，車(chē)輛啟制動(dòng)頻繁，剎車(chē)力較大。這三個(gè)原因造成路面承受較大的剪切推移力，瀝青混合料上層過(guò)大的應(yīng)力而產(chǎn)生塑性流動(dòng)引起，引起瀝青混凝土的永久變形，形成車(chē)轍。

2.2 紫外輻射破壞

瀝青材料很容易受到光老化，紫外線會(huì)破壞瀝青材料中的大分子結(jié)構(gòu)，使瀝青材料的性能降低甚至喪失。而且瀝青路面存在空隙，老化后的瀝青分子會(huì)向內(nèi)擴(kuò)散［7］，導(dǎo)致瀝青與集料間的粘附性降低，破壞瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使路面在外力作用下產(chǎn)生變形。昆明海拔1 800 m左右，11月到次年5月為旱季，降雨量少，紫外線輻射大，平均每年的輻射量為69 298 cal/cm2，旱季輻射量大約為雨季的2倍［8］。紫外輻射而引起的瀝青老化是昆明公交站臺(tái)處車(chē)轍形成的一個(gè)重要影響因素。

2.3 水損害

昆明年降水量1 006.6 mm，其中80%集中在雨季。由于車(chē)轍的存在，雨季續(xù)降雨時(shí)，在車(chē)轍處積水。而此時(shí)瀝青路面反復(fù)受到行車(chē)荷載的作用，水分慢慢浸入瀝青混合料中，導(dǎo)致瀝青的剝離，混合料集料間粘結(jié)力喪失，路面強(qiáng)度下降，促使車(chē)轍的產(chǎn)生。

3 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面的車(chē)轍問(wèn)題，尤其是公交站臺(tái)處的車(chē)轍問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。本文對(duì)瀝青路面車(chē)轍產(chǎn)生的一般原因以及諸多因素導(dǎo)致昆明站臺(tái)處車(chē)轍的特殊原因進(jìn)行了合理的分析，但只是理論上的初步分析，其準(zhǔn)確性及全面性有待進(jìn)一步討論，且文中各因素對(duì)車(chē)轍形成的影響系數(shù)尚需一定的實(shí)驗(yàn)分析。

［1］沈金安，李福晉，陳 景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策［M］.北京：人民交通出版社，2004：191-192，197-198.

［2］萬(wàn) 軍.瀝青混凝土路面車(chē)轍發(fā)展規(guī)律探討［D］.南京：東南大學(xué)，2006.

［3］李申惠，廖衛(wèi)東，李向東，等.超載、超高溫條件下全厚式路面車(chē)轍試驗(yàn)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(12)：13-16.

［4］尚志遠(yuǎn).超載車(chē)輛對(duì)瀝青混凝土路面的破壞分析［J］.公路，2004(5)：19-21.

［5］茅梅芬.半剛性基層瀝青路面車(chē)轍研究［J］.華東公路，1995(3)：45-49.

［6］高立鑫.BRT停車(chē)段瀝青路面抗剪切推移特性研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

［7］葉 奮，黃 彭.強(qiáng)紫外輻射對(duì)瀝青路用性能的影響［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005(7)：909-913.

［8］劉 滔，李云蒼，劉群生，等.云南省太陽(yáng)紫外輻射研究［J］.云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2001(11)：37-42.