長(zhǎng)大縱坡瀝青路面車轍病害分析及其治理措施

王永崗

(山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山西 太原 030000)

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長(zhǎng)大縱坡瀝青路面車轍病害分析及其治理措施

王永崗

(山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山西 太原 030000)

結(jié)合山西臨汾地區(qū)多條高速公路長(zhǎng)大縱坡車轍病害問(wèn)題的分析，提出長(zhǎng)大縱坡路段車轍病害出現(xiàn)的形式和誘因，對(duì)長(zhǎng)大縱坡路段車轍病害的處置方式給出意見(jiàn)。

車轍；長(zhǎng)大縱坡；病害分析；治理措施

0 前 言

山西地形比較復(fù)雜，省內(nèi)山川、盆地較多，山川地形面積占總面積的40%以上。在山區(qū)修建高速公路常常出現(xiàn)較大的高度落差，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)長(zhǎng)陡坡，即高速公路中的長(zhǎng)大縱坡，大部分高速公路均會(huì)為爬坡路段設(shè)計(jì)重載車輛專用的爬坡車道。因長(zhǎng)大縱坡的特殊性，車輛在該路段行駛時(shí)常常會(huì)不斷的加減速，對(duì)路面的側(cè)壓和推移問(wèn)題較平坡路段嚴(yán)重，尤其是煤運(yùn)重載路段，其對(duì)路面的剪切應(yīng)力更大。在高溫季節(jié)，路面承受的載荷大于其抗剪強(qiáng)度時(shí)，公路瀝青路面發(fā)生橫向位移故而造成路面結(jié)構(gòu)的破壞，出現(xiàn)車轍，繼而易引發(fā)其他路面病害。

高速公路長(zhǎng)大縱坡瀝青路面車轍病害的治理一直是公路建養(yǎng)部門的關(guān)注重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)公路瀝青路面車轍病害的深入研究，從造成車轍內(nèi)在結(jié)構(gòu)因素到外在影響因素的分析研究，提出相關(guān)治理措施，用于降低和改善長(zhǎng)大縱坡路面病害率，延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，對(duì)公路建設(shè)具有深遠(yuǎn)影響。

1 山西臨汾地區(qū)路面車轍病害分析

車轍主要包括三大類，分別是壓密型車轍、失穩(wěn)型車轍和磨耗型車轍。在這三種當(dāng)時(shí)，由于臨汾地區(qū)運(yùn)煤車輛較多，晝夜溫差較大，以失穩(wěn)型車轍為代表的車轍病害是最主要的破壞形式。其中呈現(xiàn)出縱向車轍、橫向車轍以及深度方向的車轍分布規(guī)律。

對(duì)于縱向車轍，其影響因素是長(zhǎng)大縱坡的坡度、坡長(zhǎng)。爬坡車道的坡長(zhǎng)和坡度直接影響車輛爬坡的速度，隨著速度的下降汽車作用于該爬坡車道的行駛時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)路面的結(jié)構(gòu)破壞更大，車轍深度整體呈現(xiàn)先變大后趨于恒定一致的狀態(tài)。在整個(gè)爬坡過(guò)程中坡頂?shù)臋M向剪切效果最大，故常在坡頂位置車轍深度最大。在下坡過(guò)程中，車輛載荷對(duì)路面的剪切效果遠(yuǎn)小于上坡過(guò)程，在坡頂和坡底位置的車轍深度不及上坡過(guò)程同位置的一半。對(duì)于橫向車轍分布，主要原因在于車輛的渠化分布，重載貨車在道路右側(cè)行車道低速行駛，小型汽車在左側(cè)超車道快速行駛，兩者對(duì)同一路段的載荷和作用時(shí)間完全不同。行車道承受更大的載荷，且作用時(shí)間更長(zhǎng)，行車道更容易出現(xiàn)深度車轍病害。行車道的橫向車轍呈現(xiàn)W型斷面，在輪跡帶附近呈現(xiàn)W型的結(jié)構(gòu)凹陷。

2 長(zhǎng)大縱坡車轍病害內(nèi)因

2.1 瀝青層的影響

山西省高速公路路面瀝青層厚度通常采用4 cm+5 cm+6 cm的形式，三層瀝青總計(jì)厚度在15 cm左右，且要用SBS改性瀝青進(jìn)行上面層鋪筑。但在運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，初期路面結(jié)構(gòu)完整性較好，可有效抵抗車輪動(dòng)載荷的剪切，但隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，尤其是在高溫季節(jié)，瀝青內(nèi)部流動(dòng)性大，在長(zhǎng)大縱坡路段常常受到橫向的剪切和縱向的推移，長(zhǎng)期作用下路面受剪切的蠕變不斷積累，瀝青路面發(fā)生偏移，積累效果下的路面最終出現(xiàn)車轍。車轍是路面的塑性變形，但路面的永久塑性變形是由道路各組成部分積累的結(jié)果，單一針對(duì)瀝青層在保證瀝青層的厚度不降低情況下，應(yīng)在長(zhǎng)大路段使用改性瀝青及抗車轍劑，用于抵抗長(zhǎng)期載荷對(duì)瀝青層的影響。

2.2 瀝青層礦料級(jí)配的影響

瀝青面層的動(dòng)穩(wěn)定度和混凝土強(qiáng)度與瀝青路面的礦料級(jí)配組成有關(guān)。礦料級(jí)配偏大容易形成骨架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部石料間的摩擦力較大，變形量較小。礦料級(jí)配偏小容易形成內(nèi)部空間的懸浮，其內(nèi)部石料間的摩擦力較小，但粘聚力較大。針對(duì)路面車轍病害最直觀的破壞結(jié)果就是破壞瀝青層礦料級(jí)配，通過(guò)對(duì)G5京昆高速臨汾—襄汾段輕微車轍病害區(qū)域鉆芯取樣分析，瀝青上面層細(xì)顆粒石料擠壓變形嚴(yán)重，瀝青中下面層被緊密壓實(shí)，整體變形量不大，但部分粗集料骨架變形量較非車轍區(qū)域破壞明顯，其原有級(jí)配被損壞。

3 長(zhǎng)大縱坡車轍病害外因

3.1 長(zhǎng)大縱坡路段的影響

車輛從平坡路段行駛到長(zhǎng)大縱坡路段，在爬坡的初段，車輛速度較快，其對(duì)路段橫向剪切力較小。隨著坡度的提升、坡長(zhǎng)距離的延伸，車輛對(duì)該路段的剪切應(yīng)力逐漸增大，其增大態(tài)勢(shì)隨著坡長(zhǎng)的延伸而逐漸趨近于一個(gè)恒定值。因此該路段的面層所承受的剪切應(yīng)力最大，其作用深度亦隨之增加。同樣的作用體現(xiàn)在重載貨車上，因貨車自重較大，爬坡過(guò)程中速度迅速下降，進(jìn)而維持到一個(gè)固定范圍。在這過(guò)程中，路面和車輛的摩擦力迅速變大，加之其強(qiáng)大的自重所帶來(lái)的剪切力，所接觸的公路路面溫度較輪跡意外區(qū)域明顯提升。該部分能量降低瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)的鍵位能，瀝青微觀結(jié)構(gòu)蠕變量遞增。隨著車輛軸載的不斷作用，混合料蠕變變形不能回復(fù)到原有位置，進(jìn)而因蠕變變形的積累變現(xiàn)為永久變形，車轍現(xiàn)象逐漸加深。同時(shí)，從作用時(shí)間來(lái)說(shuō)，車輛以50 km/h通過(guò)該路段所用時(shí)間是以100 km/h通過(guò)該路段所用時(shí)間的2倍，相當(dāng)于車輛在該路段碾壓兩次，該路段變形量更大。通過(guò)多年的養(yǎng)護(hù)工作發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)大縱坡路段車轍最容易出現(xiàn)在坡腳后和坡頂后，以坡頂路段車轍最為嚴(yán)重。

3.2 車輛重載的影響

車輛重載超限問(wèn)題一直是車轍病害的最大誘因之一。我國(guó)高速公路的載荷設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)是按照單軸載10 t設(shè)計(jì)的。山西臨汾地區(qū)煤運(yùn)重載貨車較多，車輛超載超限行駛時(shí)，其單軸載荷超過(guò)設(shè)計(jì)值，與路面縱向接觸時(shí)間、縱向載荷超過(guò)路面結(jié)構(gòu)的閾值，易引發(fā)并加速路面的整體損壞。當(dāng)重載車輛行駛在路上時(shí)，由于自身減震系統(tǒng)與車身懸掛系統(tǒng)不完全匹配，較之靜止?fàn)顟B(tài)對(duì)路面的動(dòng)態(tài)載荷更大，其沖擊力是靜止?fàn)顟B(tài)下的2～3倍，造成路面的加速破壞。由于路面破壞后平整性較差，又反向提供車輛行駛中更大的動(dòng)載荷，造成路面破損的惡性循壞。結(jié)合臨襄高速、霍永高速、運(yùn)三高速等路段煤運(yùn)重載車流量的不完全統(tǒng)計(jì)，在同一地區(qū)，采用相同方法鋪筑的相同或相似道路，路面結(jié)構(gòu)承受的軸載越大，道路結(jié)構(gòu)性能衰減越快，路面結(jié)構(gòu)承受的軸載越小，道路結(jié)構(gòu)性能衰減越慢。

4 車轍防治措施

對(duì)新建高速公路，為了提高長(zhǎng)大縱坡路段的抗車轍能力，應(yīng)從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和瀝青混合料設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行相關(guān)研究。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)，由于長(zhǎng)大縱坡路段面層瀝青較平坡路段額外承受水平剪切應(yīng)力，應(yīng)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行抗車轍設(shè)計(jì)。按照長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，形成上面層緊密、中面層抗車轍、下面層結(jié)構(gòu)密實(shí)，整體抗沖擊力強(qiáng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性車轍病害，將車轍問(wèn)題現(xiàn)定于上面層，即通過(guò)簡(jiǎn)單的銑刨和加鋪微表處來(lái)處理。對(duì)于瀝青混合料設(shè)計(jì)，除了按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)和混合料試驗(yàn)，還應(yīng)進(jìn)行65 ℃、70 ℃和0.7 MPa的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，測(cè)定特殊情況下混合料抗車轍的效果，測(cè)試混合料性能衰減特性。

對(duì)已建運(yùn)營(yíng)且已出現(xiàn)車轍病害的長(zhǎng)大縱坡路段，車轍深度超過(guò)20 mm且路面未有區(qū)域性裂縫、坑槽等病害，可對(duì)車轍病害區(qū)域進(jìn)行表層銑刨處理，后采用微表技術(shù)進(jìn)行二次罩面，這樣基本解決車轍問(wèn)題，保證路面整體平整。當(dāng)車轍深度大于30 mm且路面出現(xiàn)龜裂、坑槽和擁起等病害，需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行鉆芯取樣，分析其車轍破壞的結(jié)構(gòu)層深度，對(duì)于瀝青層的整體破壞，則要進(jìn)行瀝青層的整體銑刨處理，在原路面鋪筑技術(shù)基礎(chǔ)之上對(duì)上面層、中面層、下面層分別添加抗車轍劑，提升瀝青混凝土的整體抗車轍能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合臨汾地區(qū)多條高速公路長(zhǎng)大縱坡的建設(shè)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)大縱坡瀝青結(jié)構(gòu)層的病害問(wèn)題進(jìn)行深入研究，從誘發(fā)瀝青層車轍病害的內(nèi)因和外因進(jìn)行分析調(diào)查，總結(jié)出應(yīng)對(duì)車轍病害的處置方法，為同行業(yè)工作者在長(zhǎng)大縱坡路段的修建和車轍治理時(shí)提供一定借鑒。

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2016-08-01

王永崗(1980-)，男，山西平定人，工程師。

U416.217

C

1008-3383(2017)05-0026-02