瀝青路面公路抗車轍性能試驗及結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究

郭俊霞

摘 要：車轍會對公路路面的使用產(chǎn)生很大影響。產(chǎn)生車轍的原因主要有路段氣候、車輛荷載與流量以及瀝青質(zhì)量等。在分析瀝青路面公路車轍類型和危害的基礎(chǔ)上，提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，避免瀝青路面公路車轍的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；車轍；性能試驗；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.091

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，各種類型公路的里程不斷增加。但同時，由于車輛荷載的增加、地段所處氣候和瀝青質(zhì)量問題，瀝青路面公路產(chǎn)生車轍，對公路質(zhì)量和行車安全產(chǎn)生了很大的影響。下面將介紹瀝青路面公路車轍的類型、車轍產(chǎn)生的原因，并提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，以提高瀝青公路的安全性。

1 瀝青路面公路車轍的類型和危害

1.1 公路車轍的類型

瀝青公路路面一種獨有的破壞形式為車轍，其是在各種因素的影響下所產(chǎn)生的永久性變形，包括高溫氣候條件、車輛荷載等。這種車轍會影響公路路面性能。根據(jù)路面車轍產(chǎn)生原因的不同，可將車轍分為以下4種類型：①結(jié)構(gòu)型車轍。瀝青公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷或公路結(jié)構(gòu)層壓實不到位都會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)型車轍的產(chǎn)生。在承載力不足的路基中，此類車轍尤為突出，而在半剛性的基層瀝青路面中則很少見。②嚴(yán)密型車轍。由于瀝青路面具有壓密變形的特性，所以此類車轍比較容易辨識，通常呈“V”字形。③磨損型車轍。由輪胎磨損而產(chǎn)生的車轍屬于磨損型車轍。車輛在行駛過程中，汽車鋼圈會直接作用于瀝青公路路面，產(chǎn)生磨損型車轍。④失穩(wěn)型車轍。瀝青混合料在高溫條件下的穩(wěn)定性差，或者因為路面車輛超載嚴(yán)重，過度失穩(wěn)，導(dǎo)致瀝青混合料產(chǎn)生剪切變形。這種類型的車轍具有隆起的特點，呈“W”形狀，在某些位置尤為突出和嚴(yán)重。

1.2 車轍的危害分析

半剛性基層強(qiáng)度高、板體性好，公路基層多選擇半剛性基層，并以瀝青路面為設(shè)計形式。對于以半剛性基層為基層的路面來說，車載作用是產(chǎn)生車轍的主要原因。近年來，國內(nèi)公路里程不斷增加，車輛行駛的特性可能會使公路產(chǎn)生永久性變形。一般而言，高速公路瀝青路面輪痕處瀝青厚度會隨著時間的推移變薄，易誘發(fā)其他病害。車轍危害主要有：①公路危害成本增加，服務(wù)質(zhì)量差。車轍底部與上部邊緣位置產(chǎn)生集中應(yīng)力，可能導(dǎo)致公路瀝青路面產(chǎn)生縱向上的裂縫，如果雨水滲入，就會縮短公路基層使用壽命，增加維護(hù)成本。②增加安全隱患。影響公路路面平整度的因素之一便是車轍，其會對行車的舒適性產(chǎn)生很大影響。如果車轍輕微，則車輛可能駛出路面，入轍槽時出現(xiàn)明顯晃動；如果車轍嚴(yán)重，一旦急速變道，則車輛可能失去控制。

2 影響瀝青公路路面車轍產(chǎn)生的因素

影響瀝青公路路面車轍產(chǎn)生的因素包括外部因素和內(nèi)部因素兩個方面。

外部因素包括地段氣候、渠化交通、車輛荷載、路面坡度和車流量等，其中，地段氣候、車輛荷載與流量是公路路面產(chǎn)生車轍的主要因素。如果公路所處地段氣候條件差，就會縮短車轍的形成時間。例如溫度越高，則瀝青混合料的勁度模量越低，其抗車轍的能力也就變得越差。對于車輛荷載與流量，車轍產(chǎn)生的原因之一為車輪在豎向與水平荷載下，導(dǎo)致瀝青內(nèi)產(chǎn)生一定的剪應(yīng)力，使瀝青混合料剪切變形，長此以往，就會形成車轍。

瀝青公路路面產(chǎn)生車轍的內(nèi)部因素包括施工質(zhì)量、路面均勻性、材料設(shè)計和原材料性質(zhì)等。其中，瀝青質(zhì)量和瀝青混合料級配會對路面的性能產(chǎn)生重要影響。同時，施工質(zhì)量差與路面均勻性差也會導(dǎo)致路面產(chǎn)生車轍，比如混合料離析嚴(yán)重，級配偏差大；現(xiàn)場施工管理不到位，碾壓不及時，碾壓溫度偏低；油石比控制偏差大。綜合以上因素，使瀝青路面層間出現(xiàn)滑動現(xiàn)象。

3 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路建設(shè)重心逐步向中西部轉(zhuǎn)移，山區(qū)公路長陡坡、上坡路瀝青路面車轍病害屬于不可避免的問題之一。為了進(jìn)一步優(yōu)化公路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先需要了解并掌握車轍的危害。

3.1 瀝青路面全厚度車轍預(yù)估模型

建立瀝青路面車轍預(yù)估模型的步驟是選擇模型參數(shù)→確定模型形式→標(biāo)定模型。瀝青路面全厚度剪切變形預(yù)估模型的關(guān)鍵在于參數(shù)是否可靠、真實及其是否能準(zhǔn)確反映出材料性能。

影響瀝青路面車轍性能的因素有瀝青混合料的性能參數(shù)、溫度、路面結(jié)構(gòu)組合形式、車輛荷載、行車速度和荷載作用次數(shù)等。根據(jù)以上因素，建立的模型為：

. （1）

k=（C1+C2×depth）×0.328 196depth. （2）

式（1）（2）中：β為模型修正參數(shù)；N為荷載作用次數(shù)；T為結(jié)構(gòu)層溫度；C為模型參數(shù)；depth為計算層深度。

在此模型中，輸入不同瀝青混合料下的模量，就可評價瀝青路面的性能。

3.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計

瀝青路面的抗車轍性能受材料性能及其結(jié)構(gòu)組合形式的影響。根據(jù)研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合形式可提升瀝青路面整體抗車轍水平。

在取值上，模型參數(shù)不同，特重交通可分為不同等級，包括水泥路面和瀝青路面。在各個等級中，模型的取值不同。

4 提升瀝青路面抗車轍能力的技術(shù)措施

4.1 優(yōu)化瀝青面層路面結(jié)構(gòu)

在公路的設(shè)計和建設(shè)上，存在著重材料、輕結(jié)構(gòu)的問題。在路面施工中，將級配碎石過渡層設(shè)置于基層間和面路段，或在路段設(shè)置瀝青碎石過渡層會降低路面的抗車轍能力，而且半剛性基層材料不能提高路面結(jié)構(gòu)的抗車轍變形能力。

一般而言，瀝青混合料的高溫抗車轍能力有60%是因為礦料級配的嵌擠作用，而瀝青混合料產(chǎn)生的抗車轍能力占40%.對于混合料組成，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)規(guī)范級配控制，則集料顆料易在相對重排下達(dá)到最密實的效果。但是這一種級配對瀝青含量很敏感，即使瀝青用料很少，也會使混合料的可塑性變得很強(qiáng)，最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)嚴(yán)重車轍。

現(xiàn)代工藝水平的提高和現(xiàn)代施工設(shè)備性能的提升對級配范圍也提出了較高的要求，所以，要避免路面出現(xiàn)較大的車轍，就應(yīng)及時優(yōu)化上層、中層與下層瀝青混合料的級配范圍，并根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范級配范圍，使設(shè)計思想向形成緊密嵌擠骨架結(jié)構(gòu)靠近，并采用“抬頭平尾”骨架密實型級配，滿足抗滑性能要求。

4.2 使用優(yōu)質(zhì)的結(jié)合料

在瀝青路面施工中，在選擇瀝青膠結(jié)料時，必須根據(jù)施工現(xiàn)場的氣候條件、交通流量狀況來決定選擇何種性能的瀝青。如果選擇基質(zhì)瀝青，則應(yīng)檢測瀝青的感溫性指標(biāo)針入指數(shù)（N）；而如果選用改性瀝青，則應(yīng)綜合評價其PG等級。在使用改性瀝青混凝土或改性瀝青時，必須按照施工情況，嚴(yán)格控制瀝青用量，并保持瀝青混合料動穩(wěn)定性，然后結(jié)合混合料瀝青的穩(wěn)定性，選擇重交通石油瀝青AH-90或AH-70。使用改性瀝青會大幅度提升路面的穩(wěn)定性。

4.3 強(qiáng)化瀝青路面層的結(jié)合

目前，一些施工項目過于追求外觀效果，在中面層完工后，一次性開展多個項目，例如綠化、交通和通訊工程等，然后都在上面層攤鋪。由于中面層放置了太長時間，早已污染嚴(yán)重，部分施工單位通常采用沖水這一方式來改善環(huán)境。但是從實際效果看，這種做法對環(huán)境的污染比較大，且還會導(dǎo)致中面層、下面層進(jìn)入泥水，形成層間積水。

4.4 嚴(yán)格控制與管理施工

4.4.1 嚴(yán)格控制瀝青路面的壓實度

根據(jù)目前的壓實率指標(biāo)，需嚴(yán)格控制瀝青路面施工。路面通車后，如果通過測量發(fā)現(xiàn)存在二次壓密，則證明瀝青路面空隙率較大。為降低實測空隙率，可將馬歇爾設(shè)計空隙率調(diào)整至3%～4.5%，并在施工過程中確保瀝青碾壓溫度。如果碾壓溫度過高，則瀝青黏度就會降低，混合料易出現(xiàn)錯位活動、推移問題，產(chǎn)生裂紋；如果碾壓溫度過低，則難以壓實，會出現(xiàn)碾壓開裂現(xiàn)象。

4.4.2 嚴(yán)格控制瀝青用量

在目標(biāo)配合比設(shè)計上，可通過調(diào)整與優(yōu)化生產(chǎn)配合比，確定最佳瀝青時間。同時，為了提升公路瀝青混凝土抗水性能，應(yīng)將用料誤差范圍從±0.3%調(diào)整為±0.2%或±0.1%.

4.4.3 嚴(yán)格控制石料壓碎值

在施工中，為了避免瀝青混合料在攤鋪與碾壓過程中出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象，應(yīng)選用針片狀、壓碎值小的石料，同時注意碾壓工藝的選擇。另外，也要加強(qiáng)對路面的檢查，嚴(yán)格控制入場沙石的質(zhì)量、含泥量和壓碎值。

5 結(jié)束語

隨著我國新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，公路建設(shè)事業(yè)取得了較好的成績。對于公路建設(shè)來說，質(zhì)量是最重要的，而車轍會影響瀝青公路路面的外觀和行駛安全性。本文介紹了車轍的類型，分析了產(chǎn)生車轍的原因，并提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型和技術(shù)措施，希望能為提高公路質(zhì)量提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]杜順成，戴經(jīng)梁.基于散體力學(xué)理論的多級抗剪密級配設(shè)計方法[J].中國公路學(xué)報，2008，21（1）：35-39.

[2]杜順成，劉麗萍，戴經(jīng)梁.高抗剪能力粗集料級配設(shè)計方法[J].中國公路學(xué)報，2010，23（4）：27-32.

[3]孫立軍，畢玉峰，張宏超，等.一種確定瀝青混合料抗剪參數(shù)C，φ值的方法[J].中國公路建設(shè)，2010，12：145-146.

〔編輯：王霞〕