廣西高速公路瀝青路面車轍病害原因分析

韋 明，余 芳

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

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廣西高速公路瀝青路面車轍病害原因分析

韋 明，余 芳

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

文章依托廣西某高速公路工程，從氣候條件、交通量、瀝青用量、級配組成等角度，分析了瀝青路面車轍病害的成因，提出了相應(yīng)的處治對策，為廣西高速公路瀝青路面車轍病害防治提供參考。

高速公路；瀝青路面；車轍原因；溫度；交通量；級配

0 引言

隨著我國采用瀝青結(jié)構(gòu)層作為面層的高速公路日益增多，瀝青路面早期病害的問題日益突出。路面產(chǎn)生損壞的形式有很多種，對路面的性能有不同程度的影響，但是近年來的廣西高速公路病害調(diào)查顯示，使用2年以上的道路出現(xiàn)水損壞、車轍的病害比較多。特別是軸載的加重和交通渠化使得車轍成為瀝青路面高速公路最主要的早期病害。車轍已成為繼水損壞之后，引起普遍關(guān)注的路面病害類型。為了防止及減少車轍病害，國內(nèi)外不少專業(yè)人員進(jìn)行了多方向的探討和嘗試。本文選擇具有代表性的廣西某高速公路為依托，從氣候條件、交通量、瀝青用量、級配組成等角度，對造成依托工程瀝青路面車轍病害的原因進(jìn)行了深入分析，提出該實(shí)體工程車轍病害的引發(fā)原因、對策及建議，以期為今后廣西高速公路瀝青路面車轍病害防治提供參考。

1 工程概況

依托工程為雙向4車道高速公路，路面結(jié)構(gòu)形式為上面層4 cmSBS改性瀝青AC-13C，中面層5 cm基質(zhì)瀝青AC-20C，下面層6 cm基質(zhì)瀝青AC-25C。沿線不良地質(zhì)零星分布，地形跌宕起伏。沿線為亞熱帶氣候，由于處于山地丘陵地區(qū)，長、大縱坡較多，通車第二年夏季開始部分路段出現(xiàn)車轍，公路管養(yǎng)部門數(shù)據(jù)顯示，該公路出現(xiàn)的車轍現(xiàn)象，輕者在10 mm左右，重者多數(shù)處于25～40 mm之間，少數(shù)>40 mm。營運(yùn)期間，該公路進(jìn)行了多次路面養(yǎng)護(hù)維修，對于車轍病害的主要處理措施是：車轍深度>40 mm的情況采用銑刨舊面層重新攤鋪處理，車轍深度<40 mm的情況采用微表處處理。而車轍病害不斷發(fā)生，根據(jù)公路管養(yǎng)部門提供的數(shù)據(jù)，2013年年底該公路路面車轍檢測結(jié)果顯示，全線平均車轍深度為10 mm，特別是較大縱坡、隧道上坡等某些部位車轍深度>30 mm，行車道車轍比超車道車轍嚴(yán)重。

2 氣溫條件分析

2.1 廣西氣溫條件

為了分析廣西的高溫條件對瀝青路面車轍病害的影響，項(xiàng)目對實(shí)體工程路段的1997年至2006年各月日最高、最低氣溫條件進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，廣西的氣溫，從每年4月開始，日最高氣溫已在30 ℃以上，一直持續(xù)到每年的9月，即30 ℃以上的高溫持續(xù)時(shí)間約為6個(gè)月。

2.2 氣溫、瀝青路面路表溫度、瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度關(guān)系分析

為了解氣溫與瀝青路面路表溫度的差異，在以往研究[2]中對不同地區(qū)的15個(gè)路段進(jìn)行了氣溫與地表溫度的測量，結(jié)果顯示，路表最高溫度比最高氣溫約高出25 ℃，具體值與高溫持續(xù)時(shí)間、路面狀態(tài)等條件相關(guān)。根據(jù)這一研究結(jié)果，并結(jié)合該項(xiàng)目現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到2013年4～9月廣西瀝青路面路表最高溫度，詳見表1。

表1 廣西2013年4月至7月各月路表最高溫度匯總表

瀝青混合料是一種典型的彈、粘塑性綜合體，在低溫小變形范圍內(nèi)接近線彈性體，在高溫大變形范圍內(nèi)表現(xiàn)為粘塑性體。因此，瀝青混合料的力學(xué)特性對溫度十分敏感，高溫時(shí)其彈性效應(yīng)降低，黏性增強(qiáng)，瀝青路面容易產(chǎn)生永久變形。為分析氣溫與瀝青路面的溫度的關(guān)系，在以往的研究中曾對路表溫度通過預(yù)埋溫度傳感器的方式進(jìn)行過實(shí)測，回歸出瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度(Th)相對于路表溫度(T0)的減小量(ΔT=Th-T0)與距路表深度h(cm)的關(guān)系：ΔT=-0.957 4h-0.522 8(R2=0.935 6)。由該回歸方程可根據(jù)路表溫度推算得到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度的溫度，例如：經(jīng)調(diào)研，本路段路表最高溫度為60 ℃，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)4 cm(上面層底部)、9 cm(中面層底部)、15 cm(下面層底部)處的最高溫度分別約為55.6 ℃、50.9 ℃、45.1 ℃。根據(jù)調(diào)研資料，調(diào)研路段在新建階段，瀝青上面層用的是SBS改性瀝青，中、下面層用的是70#基質(zhì)瀝青。而70#基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)一般為46 ℃、47 ℃，可見，對廣西的高溫條件而言，中面層瀝青采用基質(zhì)瀝青，軟化點(diǎn)偏低。

由上述分析可知，廣西高溫持續(xù)時(shí)間比較長、瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度較高，而在早期的高速公路瀝青路面建設(shè)中，僅上面層采用SBS改性瀝青，中、下面層均采用70#基質(zhì)瀝青。在氣溫較高的夏季，其路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度顯著高于70#基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)，從而加劇了高溫車轍的形成。

3 交通量分析

實(shí)體工程收集的交通量數(shù)據(jù)未按車型分類，因此，采用實(shí)際交通量的數(shù)值結(jié)果見表2。

表2 實(shí)體工程交通量數(shù)值表(萬輛)

由表2可得實(shí)體工程直接交通量年增長率，見表3。

表3 實(shí)體工程直接交通量年增長率匯總表(%)

根據(jù)表2～3可知：

(1)該路段交通量絕對值較大，通車7年內(nèi)的累計(jì)直接交通量達(dá)5 582.1萬，考慮0.5的車道換算系數(shù)，其車道累計(jì)交通量達(dá)2 800萬?？梢?，該路段的交通量較大。

(2)該路段交通量增長率遠(yuǎn)大于一般設(shè)計(jì)交通量增長率5%～8%。

(3)雖未能取得該路段分車型統(tǒng)計(jì)交通量的具體數(shù)據(jù)，但經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研得知，自開放交通以來，該路段重載貨車交通量占總交通量的比例逐年增長速度較快。而重載車輛對瀝青路面車轍的產(chǎn)生具有決定性的作用。

通過對實(shí)體工程交通量的分析，發(fā)現(xiàn)該路段的重載增長較快，且該路段的交通量增長率遠(yuǎn)大于一般設(shè)計(jì)交通量增長率5%～8%。可見，繁重的交通狀況，也是引起車轍病害的重要原因。

4 芯樣檢測結(jié)果及分析

車轍發(fā)生位置附近進(jìn)行圓柱體芯樣的鉆取——用于室內(nèi)試驗(yàn)分析。3個(gè)調(diào)研路段各取5個(gè)芯樣。

4.1 集料級配與瀝青用量分析

為了解現(xiàn)場瀝青混合料的級配，本文通過瀝青混合料抽提試驗(yàn)，對舊料的礦料級配、油石比等進(jìn)行試驗(yàn)分析。

4.1.1 油石比

通過離心抽提試驗(yàn)，可計(jì)算得出各組舊料中油石比，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 油石比試驗(yàn)結(jié)果匯總表

通過將表中測定的各層位混合料的油石比與舊混合料的設(shè)計(jì)油石比進(jìn)行比較，可以看出：整體而言，除路段1上面層油石比偏大之外，三個(gè)路段瀝青路面各面層的油石比的實(shí)測值與設(shè)計(jì)值之間偏差均滿足允許偏差±0.3%的要求。

4.1.2 混合料級配分析

將經(jīng)過離心抽提試驗(yàn)的舊混合料進(jìn)行篩分，對舊料級配進(jìn)行分析，繪制級配曲線，以研究舊料中集料級配的變化情況。

(1)路段1

該路段上面層、中面層、下面層選用的瀝青混合料類型依次為AC-13、AC-20、AC-25，其混合料級配曲線見下頁圖1(a)、1(b)、1(c)。

由圖1可以看出：上面層集料級配偏粗，主要集中在規(guī)范規(guī)定的AC-13混合料級配的下限，且中間級配值已經(jīng)低于規(guī)范下限；中面層級配粉料已達(dá)到規(guī)范上限，中間級配偏少達(dá)到下限；下面層粗骨料含量超出規(guī)范上限，粉料含量偏高，而中間級配處在中值前后。

(2)路段2

采用同一方法進(jìn)行試驗(yàn)與分析：該路段上面層級配存在問題是粉料含量偏高，級配偏細(xì)；中面層級配中間級配集料較缺；下面層級配偏細(xì)，粗集料偏少。

(a)路段1上面層級配曲線

(b)路段1中面層級配曲線

(c)路段1下面層級配曲線

(3)路段3

采用同一方法進(jìn)行試驗(yàn)與分析：該路段各面層瀝青混合料的級配，與生產(chǎn)級配比較接近，波動(dòng)范圍在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，說明各面層級配控制較好。

綜上所述，該路段瀝青路面級配情況整體良好，但路段1上面層級配偏粗，路段1和路段2下面層粗骨料含量偏少，且各結(jié)構(gòu)層的粉料較多。路段3各層級配情況良好。這與前兩路段的車轍病害相對更為嚴(yán)重相一致。實(shí)測配合比超出規(guī)范允許配合范圍，導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因可能有以下幾個(gè)方面：原材料中的細(xì)集料料源波動(dòng)導(dǎo)致細(xì)集料偏細(xì)；熱拌樓控制方面的原因?qū)е录?xì)集料添加偏多；生產(chǎn)級配控制不穩(wěn)等方面的原因?qū)е碌牟牧陷斎肓康牟▌?dòng)等。

5 結(jié)語

(1)廣西地區(qū)夏季氣溫偏高，且持續(xù)時(shí)間較長，中面層采用70#基質(zhì)瀝青難以符合高溫性能要求，應(yīng)采用高溫性能更好的改性瀝青。

(2)調(diào)研路段重載交通增長率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)交通增長率5%～8%，是引起車轍的重要原因，在公路運(yùn)營管理中應(yīng)對交通進(jìn)行嚴(yán)格管控，嚴(yán)禁超載。

(3)瀝青混合料中細(xì)料偏多會(huì)引起較為嚴(yán)重的車轍，施工過程應(yīng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)級配，重點(diǎn)控制好細(xì)料的含量。

[1]JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]王成平.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2013.

[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，2008.

[4]蔡慧悅.陡坡瀝青混凝土路面車轍成因及對策研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

Reason Analysis for Asphalt Pavement Rutting Disease in Guangxi Expressway

WEI Ming，YU Fang

(Guangxi Vocational And Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530023)

Relying on an expressway project in Guangxi，and from the perspective of weather conditions，traffic volume，asphalt content，and gradation composition，etc.，this article analyzed the causes of asphalt pavement rutting disease，and then proposed the corresponding treatment measures，thereby providing the reference for the prevention of asphalt pavement rutting disease in Guangxi expressway.

Expressway；Asphalt pavement；Reasons for rutting；Temperature；Traffic volume；Gradation

U418.6+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.004

1673-4874(2016)09-0013-04

2016-08-06

韋 明(1976—)，講師，工程師，工程碩士，研究方向：道路工程；

余 芳(1979—)，講師，工程師，工學(xué)碩士，研究方向：道路工程。

廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號JZY2013B03)