莎車至葉城一級公路早期車轍成因與處置分析

張艷紅，王曉帆，2

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097；2.中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195)

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莎車至葉城一級公路早期車轍成因與處置分析

張艷紅1，王曉帆1，2

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097；2.中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195)

文章結(jié)合新疆莎車至葉城一級公路早期車轍病害處置實例，通過對車轍路段鉆芯取樣進行篩分、抽提試驗，對混合料的級配、油石比等關(guān)鍵指標進行綜合分析，判明車轍成因及類型，提出相應(yīng)的處治方案。結(jié)果表明：高溫天氣、重、超載交通等外部條件的綜合作用是造成車轍的直接原因，瀝青混合料油石比偏大、級配組成偏細是導(dǎo)致車轍的內(nèi)在原因；采用90#石油瀝青的混合料高溫穩(wěn)定性能指標難以滿足項目所在地區(qū)的抗車轍要求，建議采用A級70#基質(zhì)瀝青的I-D型SBS改性瀝青；根據(jù)車轍嚴重程度，輕度車轍采用單/雙層微表處，中、重度車轍采用SBS改性瀝青混凝土罩面或重新加鋪。

早期車轍；超載；抽提試驗；油石比；瀝青混合料級配；SBS改性瀝青

0 引言

喀什至葉城一級公路起于黑孜戈壁終點(K150+990.132)，終于葉城縣城北口(K230+260.719)，全長79.262 km。2013年11月底交工驗收后，經(jīng)通車運行10余月，K151+000～K176+000段(對應(yīng)吐和高速K1 501+000～K1 526+000段)出現(xiàn)了不同程度的車轍病害。為了擬定車轍處置措施，對上述路段鉆芯取樣，并進行混合料的抽提、篩分試驗，藉此對車轍病害成因進行綜合分析，提出治理措施。

1 項目概況

1.1 瀝青混合料自然區(qū)劃

根據(jù)我國公路自然區(qū)劃標準，本項目所在區(qū)域為Ⅵ2區(qū)，土基為礫石土組；根據(jù)當?shù)貧鉁丶敖涤曩Y料，瀝青混合料性能分區(qū)屬夏炎熱冬冷干旱區(qū)，即I-3-4；根據(jù)交通量分析計算，本項目設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計標準軸載作用次數(shù)5.78×106次，屬中等交通等級[1]。

1.2 路面結(jié)構(gòu)

本項目路面結(jié)構(gòu)采用半剛性基層瀝青路面；根據(jù)累計標準軸載作用次數(shù)求得路面設(shè)計彎沉值Ld=26.7(0.01mm)；路面各結(jié)構(gòu)層及材料見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)層及材料參數(shù)表

2 車轍現(xiàn)場調(diào)查及取芯檢測

2.1 車轍現(xiàn)場調(diào)查

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，車轍多出現(xiàn)在較小半徑的彎道外側(cè)、大縱坡路段，尤其是曲線路段，車轍深度較大，橫向推移明顯；運營初期出現(xiàn)車轍后，相關(guān)單位采取了銑刨措施，以保證車輛通行安全，但未加鋪罩面；此次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，已銑刨路段仍存在泛油及輕度的橫向推移，部分路段則出現(xiàn)了嚴重的二次車轍，車轍深度達30～50mm，必須進行銑刨及加鋪處置。

2.2 路面取芯檢測

對車轍路段抽取8個盲樣進行抽提和篩分試驗，鉆取位置及編號見表2。

表2 車轍病害段鉆芯取樣一覽表

注：樁號對應(yīng)關(guān)系：施工圖樁號K151+000～K176+000=吐和高速樁號K1501+000～K1526+000

對A～H共計8個盲樣進行分層后，進行了抽提試驗、篩分試驗[2]，試驗結(jié)果整理見表3～4。

表3 鉆芯取樣(A～D)試驗結(jié)果一覽表

表4 鉆芯取樣(E～H)試驗結(jié)果一覽表

注：“超限”指該篩孔通過率不滿足規(guī)范要求的通過率范圍；油石比設(shè)計值為目標配合比[2]。

2.3 試驗結(jié)果分析

(1)AC-13C上面層

16mm、13mm篩孔通過率偏離設(shè)計范圍，但關(guān)鍵性篩孔通過率符合規(guī)范要求；油石比偏大，比設(shè)計高0.3%～0.4%，不利于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

(2)AC-16C中面層

關(guān)鍵性篩孔通過率符合規(guī)范要求，但油石比偏大，由A～D芯樣抽提試驗知，實際油石比較設(shè)計高0.5%，不利于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，抗剪切變形能力差。

(3)AC-20C下面層

16mm、13.2mm、9.5mm篩孔通過率均不滿足設(shè)計要求，通過率超出設(shè)計要求上限，集料偏細；其中關(guān)鍵性篩孔4.75mm通過率兩組試驗均不滿足要求，綜合分析實際應(yīng)為AC-20F型混合料，與設(shè)計不符；F型混合料動穩(wěn)定度要比C型低，抗剪切變形能力較差[2]。

根據(jù)抽提試驗結(jié)果，AC-20混合料油石比較設(shè)計略高，高出約0.1%～0.2%，不利于混合料的高溫穩(wěn)定性。

3 車轍成因綜合分析

根據(jù)成因，車轍一般可劃分為四類：失穩(wěn)型車轍、磨耗型車轍、壓密型車轍、結(jié)構(gòu)型車轍[3]。本項目通車時間較短，集料磨耗損失基本可以忽略，現(xiàn)場調(diào)研亦未發(fā)現(xiàn)磨光泛白等現(xiàn)象；且根據(jù)鉆芯取樣分析，基層未出現(xiàn)破壞，亦未見顯著的路基沉降，故基本可排除磨耗型及結(jié)構(gòu)型車轍的可能，發(fā)生車轍路段應(yīng)以二次壓密、高溫條件下瀝青混合料失穩(wěn)造成的車轍為主。

現(xiàn)從材料、瀝青混合料配合比、施工工藝及交通組成等方面對車轍成因進行綜合分析。

(1)材料

本項目路面瀝青上、中、下面層均采用普通瀝青混凝土，瀝青為A-90石油瀝青。90#瀝青針入度指數(shù)較大，在對高溫穩(wěn)定性要求很高的炎熱地區(qū)，采用90#瀝青與低標號瀝青相比，顯然發(fā)生車轍的可能性更大；從材料設(shè)計角度講，采用90#瀝青拌和的普通瀝青混凝土對施工工藝等各環(huán)節(jié)均提出了更高的要求，瀝青針入度指標偏大，瀝青混合料動穩(wěn)定度指標偏低等不利因素均會增加發(fā)生車轍的風(fēng)險[3]。

(2)配合比

根據(jù)試驗結(jié)果分析，下面層AC-20C瀝青混合料關(guān)鍵篩孔通過率不滿足規(guī)范要求，集料偏細，實際為AC-20F型混合料，不利于瀝青層的整體抗剪切性能。AC-13C、AC-16C也存在不同程度的偏離設(shè)計要求的現(xiàn)象。

(3)施工工藝

根據(jù)取芯試驗及結(jié)果分析，上、中、下面層瀝青混合料普遍存在油石比偏大的情況，油石比偏大極大地增加了發(fā)生車轍及其他形式的高溫環(huán)境病害的風(fēng)險，這與現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)的泛油、擁包等病害是一致的。

綜上所述，車轍路段施工質(zhì)量不穩(wěn)定，瀝青面層施工質(zhì)量控制不到位，突出表現(xiàn)為油石比控制不良、個別層位關(guān)鍵篩孔通過率不滿足設(shè)計要求的情況，導(dǎo)致瀝青面層整體高溫穩(wěn)定性較差。

(4)重載交通

項目沿線建筑工地材料、渣土等原先均沿G315舊路運輸；2012年5月G315主線橋損壞，禁止重車通行，導(dǎo)致重車從本項目K1501+000處上路，至K1526+000下路，且通行時間集中于當年6～8月，氣溫較高，對瀝青面層穩(wěn)定性存在不利影響；由于缺乏有效的治超措施，重車超載嚴重，多數(shù)達90t以上；由于采取同類結(jié)構(gòu)的其他標段未出現(xiàn)車轍病害，故基本可以判斷，重載尤其是超載交通，是造成本標段內(nèi)出現(xiàn)車轍的重要原因。

(5)車轍成因綜合分析

綜合以上分析，K151+000～K176+000車轍多發(fā)的直接原因是重載、超載交通。從鉆芯取樣的抽提及篩分試驗來看，路面施工中存在級配控制不嚴格、油石比過高等問題，其中AC-13C、AC-16C瀝青混合料油石比比設(shè)計值高出0.3%～0.5%，根據(jù)2002年NCAT試驗路的試驗結(jié)果[1]，油石比增加0.5%，車轍將增加54%。加之項目沿線夏季炎熱，諸多不利因素的綜合作用，導(dǎo)致過早出現(xiàn)泛油、推移、車轍等病害。由于車轍深度集中在路表～中面層范圍內(nèi)，未見路基沉降及基層破壞，故可判斷為失穩(wěn)型、壓密型車轍。

4 車轍處治方案

4.1 處置原則

本次車轍治理應(yīng)遵循“養(yǎng)治結(jié)合、一次處置、不留后患、技術(shù)可靠、經(jīng)濟實惠”的原則進行，處置措施應(yīng)恢復(fù)原設(shè)計的結(jié)構(gòu)層厚度，保證應(yīng)有的道路服務(wù)水平，并對車轍深度范圍內(nèi)的路面進行徹底整治。

4.2 材料設(shè)計優(yōu)化

原瀝青混合料采用90#道路石油瀝青，新疆地區(qū)的實踐證明，采用90#瀝青的普通瀝青混凝土難以滿足當?shù)貧鉁貤l件下的高溫穩(wěn)定性要求；根據(jù)項目的瀝青混合料氣候分區(qū)及車轍成因分析，為了改善本項目瀝青面層的整體抗車轍能力，建議采用以A級70#石油瀝青為基質(zhì)的SBS改性瀝青混凝土，改性瀝青標號可選用I-D，從根本上改善瀝青混合料的抗車轍性能。

4.3 瀝青混合料配合比設(shè)計

應(yīng)嚴格控制各層瀝青混合料的級配范圍，尤其是關(guān)鍵性篩孔通過率，必須滿足規(guī)范要求，其余各級混合料級配均應(yīng)在規(guī)范要求范圍內(nèi)，具體要求可參見相關(guān)規(guī)范。

4.4 車轍處置方案

處置方案的擬定，主要考慮恢復(fù)道路應(yīng)有的服務(wù)水平，保證路面結(jié)構(gòu)厚度滿足設(shè)計要求，并對發(fā)生剪切破壞的層次進行徹底整治。處置寬度按車轍范圍兩側(cè)各加寬50cm控制，單層或雙層微表處可在清理路面、灑布粘層油后直接加鋪，中度及重度車轍路段應(yīng)將車轍范圍兩側(cè)50cm范圍內(nèi)上面層銑刨掉，以便于新、舊路面搭接，確保施工質(zhì)量[4，5]。

(1)輕度車轍：車轍深度10～15mm

采取加鋪罩面的處置方式，罩面可采用單層或雙層MS-3微表處，微表處技術(shù)指標可參照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行，處置設(shè)計圖見圖1(除注明外，尺寸單位均為cm)。

圖1 輕度車轍處置設(shè)計方案圖

(2)中度車轍：車轍深度15～25mm

應(yīng)首先銑刨車轍部分，銑刨深度按15～25mm控制；銑刨后灑布PC-3快裂型乳化瀝青粘層油，然后采用SBS改性瀝青混凝土AC-13C罩面處理，罩面厚度4～6cm，設(shè)計圖見圖2(除注明外，尺寸單位均為cm)。

圖2 中度車轍處置設(shè)計方案圖

(3)重度車轍：車轍深度>25mm

由于多數(shù)車轍路段已將上面層銑刨掉，現(xiàn)在發(fā)生車轍的層位為設(shè)計結(jié)構(gòu)的中面層；故若現(xiàn)狀車轍深度>25mm，應(yīng)將車轍深度范圍內(nèi)中面層徹底銑刨，銑刨深度平均4～6cm，并灑布PC-3快裂型乳化瀝青粘層油，然后加鋪5cmSBS改性瀝青混凝土AC-16C；鋪筑完成后再次灑粘層油，加鋪4cm厚SBS改性瀝青混凝土AC-13C上面層，總加鋪厚度9～10cm。

重度車轍處理方案見圖3(除注明外，尺寸單位均為cm)。

圖3 重度車轍處置設(shè)計方案圖

4.5 施工質(zhì)量控制

(1)施工時候應(yīng)注意選擇有利季節(jié)和天氣施工；項目沿線沙塵暴多發(fā)，不得在沙塵暴天氣施工[6]。

(2)對原路面進行銑刨后，應(yīng)噴灑一層PC-3快裂型乳化瀝青粘層油；對于分兩層加鋪的，各瀝青層之間應(yīng)灑布粘層油，各加鋪層的壓實度、空隙率等應(yīng)滿足設(shè)計要求[7]。

(3)粘層油的用量、技術(shù)指標、礦料級配范圍等參照相關(guān)規(guī)范[2]即可。

4.6 交通管制措施

由于當?shù)厣袩o完善的治超管理體系，往往存在嚴重超載的料車、渣土車上路情況，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)過早破壞。建議道路管理方與交通、路政等部門充分溝通，對沿線建設(shè)工地運料、運渣車實行“零容忍”的管制措施，避免對路面結(jié)構(gòu)造成損傷[8，9]。

5 結(jié)語

本文對喀什至葉城一級公路車轍病害路段進行現(xiàn)場鉆芯取樣及室內(nèi)試驗，深入分析車轍病害成因，針對不同程度的車轍提出了針對性的處治方案。結(jié)論如下：

(1)對車轍路段抽取8個芯樣，分析可知：車轍深度基本在上面層～中面層范圍，未出現(xiàn)基層結(jié)構(gòu)性破壞；根據(jù)抽提與篩分試驗結(jié)果，上、中、下面層的油石比均偏大，級配組成偏細，不利于混合料的高溫穩(wěn)定性。據(jù)此判斷，本項目發(fā)生的車轍類型為壓密型、失穩(wěn)型車轍；高溫天氣，重載、超載交通等外部條件的綜合作用是造成車轍的直接原因，瀝青混合料油石比偏大、級配組成偏細是導(dǎo)致車轍的內(nèi)在原因。

(2)項目沿線天氣炎熱，采用90#石油瀝青的混合料高溫穩(wěn)定性能指標難以滿足項目所在地區(qū)的抗車轍要求，建議采用A級70#基質(zhì)瀝青的I-D型SBS改性瀝青，以提高重交通路段的路面抗車轍能力。

(3)輕度車轍路段可采用單層或雙層MS-3微表處；中度、重度車轍路段應(yīng)首先銑刨車轍部分，采用SBS改性瀝青混凝土AC-13C罩面處理(4～6cm)；重度車轍路段應(yīng)將現(xiàn)狀車轍深度范圍內(nèi)中面層徹底銑刨，采取5cmSBS改性瀝青混凝土AC-16C+4cmSBS改性瀝青混凝土AC-13C的加鋪層。

[1]JTGD50-2006，公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]JTJ073.2-2001，公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTGH20-2007，公路技術(shù)狀況評定標準[S].

[6]張忠明.星星峽～哈密段瀝青路面車轍處理措施研究[J].新疆交通科技，2012(2)：18-26.

[7]鄧學(xué)均.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2003.

[8]譚積青.瀝青路面車轍病害處治方法研究[J].中外公路，2005，25(4)：50-53.

[9]曾俊標，孫長新，王 釗.高速公路瀝青路面早期車轍病害處治技術(shù)方案研究[J].公路工程，2012，37(4)：164-167.

Discussions on Early Rutting Causes and Treatment of Shache-Yecheng Grade I Highway

ZHANG Yan-hong1，WANG Xiao-fan1，2

(1.China Highway Engineering Consulting Corporation，Beijing，100097；2.Zhongzi Huake Traffic Construction Technology Co.，Ltd.，Beijing，100195)

In combination with early rutting disease treatment practices of Xinjiang Shache-Yecheng Grade I Highway，through the sieving and extraction test for core drilling and sampling on rutting sec-tions as well as through comprehensive analysis on the key indicators such as gradation and asphalt-aggregate ratio of mixtures，this article determined the causes and types of rutting，and proposed the corresponding treatment programs.The results showed that：the combined effect of hot weather，heavy traffic，overloading and other external conditions is the direct cause of rutting，the large asphalt-aggre-gate ratio and thinner gradation composition of asphalt mixtures are the inherent causes of rutting；the high-temperature stability performance indicators of mixtures using 90# petroleum asphalt can not meet the anti-rutting requirements of project locations，thus it is recommended to use I-D type SBS modified asphalt of Grade A 70#base asphalt；according to the severity degree of rutting，the mild rutting uses the single/double layer micro-surfacing，while the medium and severe rutting will use SBS modified asphalt for concrete overlay or re-pavement.

Early rutting；Overload；Extraction test；Asphalt-aggregate ratio；Asphalt mixture gradation；SBS modified asphalt

張艷紅(1985—)，工程師，研究方向：路面養(yǎng)護規(guī)劃，路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計等；

王曉帆(1984—)，工程師，研究方向：路基路面工程設(shè)計。

U418.6+8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.006

1673-4874(2015)11-0027-05

2015-10-08