沈吉高速路面車轍維修方案研究

呂華強(qiáng)

（遼寧省高速公路運營管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

沈吉高速路面車轍維修方案研究

呂華強(qiáng)

（遼寧省高速公路運營管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

本文依據(jù)沈吉高速公路 （草市至南雜木段）交通量情況，分析了路面車轍病害產(chǎn)生的原因、發(fā)展規(guī)律，建立了基于粘彈性材料變形發(fā)展趨勢及此高速的歷史實測數(shù)據(jù)的車轍發(fā)展模型，最后得到了全壽命周期成本最優(yōu)的路面維修時機(jī)及維修方案。

粘彈性；車轍模型；現(xiàn)場熱再生

1 概述

1.1 原路設(shè)計情況

琿烏高速公路沈陽～吉林聯(lián)絡(luò)線撫順草市（遼吉界）至南雜木段 （本文簡稱為沈吉高速草南段）于2010年通車，全長約84.153公里。路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為：土路肩2×0.75m；硬路肩2×3.0m； 行車道 2×7.50m， 路緣帶 2×0.75m， 中央分隔帶2.00m，路面橫坡均為2%，土路肩橫坡為4%。

主線路面結(jié)構(gòu)為：

上面層：3.5cm瀝青瑪蹄脂碎石 （SMA—13L）；

中面層：6cm中粒式瀝青混凝土 （LAC—20）；

下面層：8cm粗粒式瀝青混凝土 （LAC—25）；

基層：20cm廠拌水泥穩(wěn)定碎石；

底基層：20cm廠拌水泥穩(wěn)定砂礫摻破碎礫石；

墊層：15cm級配砂礫。

總厚度為73cm。

交通量的增長率：2008年～2013年為11.29%，2013年～2018年為 8.61%，2018年～2023年為6.60%，2023年～2028年為4.63%。軸載換算時車道系數(shù)取為0.45，最終得到設(shè)計年限內(nèi)單車道上以彎沉為指標(biāo)的累計軸載作用次數(shù)Ne為1176萬次，對于半剛性基層，其彎拉指標(biāo)的當(dāng)量軸載作用次數(shù)為857萬次，路表設(shè)計彎沉值取為0.231mm。

1.2 歷史維修情況

本高速自通車以來，路況一致較好，無龜裂、縱向裂縫、剝落等病害發(fā)生。但由于瀝青混合料本身固有性質(zhì)，其變形一致持續(xù)發(fā)展。2015年，為保證行車安全，對車轍深度大于1.0cm的路段，采用微表處進(jìn)行加鋪處理。

1.3 研究的意義

路面車轍發(fā)展與交通量、道路縱斷面幾何指標(biāo)、原路面結(jié)構(gòu)層厚度及原路施工水平等因素密切相關(guān)，因此建立通用的車轍發(fā)展模型具有很大的難度。車轍發(fā)展到一定程度，會危及行車安全，需要進(jìn)行維修處理。而合理的維修時機(jī)與車轍發(fā)展趨勢密切相關(guān)，因此需對其每條具體道路的車轍發(fā)展模型進(jìn)行研究。

2 交通量調(diào)查數(shù)據(jù)與分析

此高速2014～2016年區(qū)間交通量情況見表1。由于2014年京哈高速 （沈陽～四平）段進(jìn)行改擴(kuò)建工程，本高速屬于分流高速公路，因此其交通量大于其后兩年。

表1 2014～2016年區(qū)間交通量一覽表

依據(jù)2017年沈吉高速 （草南段）道路綜合檢測數(shù)據(jù)，其主要檢測指標(biāo)如表2。依據(jù)其主要病害車轍計算的RDI見圖1及圖2。

表2 沈吉高速 （草南段）路面技術(shù)狀況水平

圖1 沈吉高速 （草南段）上行行車道RDI分布圖

圖2 沈吉高速 （草南段）下行行車道RDI分布圖

通過檢測指標(biāo)可看出沈吉高速 （草南段）總體路面性能良好，但車轍檢測指標(biāo)偏低，需要采用合理措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。

3 車轍發(fā)展模型的建立

瀝青結(jié)構(gòu)層抗剪能力不足以抵抗其所承受的荷載就會引起的變形破壞。而瀝青混合料屬于粘彈性材料，其變形的發(fā)展規(guī)律與其它同類型的材料的發(fā)展規(guī)律相同。一般會按圖3中的曲線模型進(jìn)行演變。

圖3 粘彈性材料變形發(fā)展曲線

從圖3中可看出，粘彈性材料變形發(fā)展共分為三個階段：其中壓密階段屬于瀝青路面設(shè)計方法及設(shè)計理論中應(yīng)該出現(xiàn)的變形。瀝青混合料一般設(shè)計空隙率為3～4%，而施工現(xiàn)場要求的壓實度一般為98% （97%），這樣施工完成后瀝青路面中的空隙率較設(shè)計中要高出約2%左右。高出的空隙率在道路投入使用后，在行車左右下，會逐漸降低。一般來說，經(jīng)過多年的形成碾壓，此部分壓密變形約為瀝青層厚度的1～2%。而變形穩(wěn)定階段，變形的發(fā)展與荷載作用次數(shù)基本成線性關(guān)系，此線性的斜率取決于道路交通量、道路的縱向幾何尺寸、道路材料、瀝青層厚度等多個因素。當(dāng)荷載作用到一定次數(shù)后，其變形即可達(dá)到最后的失穩(wěn)階段，瀝青路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。從其整個變形曲線來看，瀝青材料的變形不存在穩(wěn)定階段，這與軟土地基、黃土地基等變形的發(fā)展規(guī)律截然不同。

綜上所述，瀝青路面的車轍發(fā)展，每條路應(yīng)該有其固有的模型，不同道路之間的通用性較差。為建立本高速的車轍發(fā)展模型，自2013年以來，對其車轍進(jìn)行了現(xiàn)場測量。部分典型路段的檢測結(jié)果見表3所示。

表3 沈吉高速 （草南段）路面車轍檢測結(jié)果

根據(jù)其檢測數(shù)據(jù)，對其車轍按通車年限進(jìn)行了統(tǒng)計分析，并依據(jù)粘彈性材料變形發(fā)展曲線模型，采用公式1的三次函數(shù)對其進(jìn)行了擬合分析。具體結(jié)果見圖3。

從公式1可看出，其相關(guān)系數(shù)可達(dá)99.52%，說明擬合數(shù)據(jù)與實際測量得到的數(shù)據(jù)相關(guān)性非常好，可用于本高速的車轍預(yù)測。

因為本高速于2010年通車，所以其通車起始年，即圖4中的第0年為2010年。通車8年后，也就是2018年，雖然此高速整體RDI評價仍然可達(dá)到良好的水平，但其已非常接近于下限。并且從其車轍發(fā)展曲線來看，2018年后，其車轍將會進(jìn)入快速發(fā)展時期，如果2018年不對其進(jìn)行維修處理，2019年此高速整體RDI評價預(yù)計為中，且車轍平均深度將會達(dá)到1.0cm以上，對雨天車輛行駛會造成極大的安全隱患。

圖4 沈吉高速 （草南段）車轍發(fā)展模型

4 維修方案

4.1 維修時機(jī)

依據(jù)沈吉高速 （草南段）車轍發(fā)展模型，2018年也就是其通車8年后，此高速RDI將達(dá)到良好的下限，2019年將處于中的水平，且2018年后其車轍發(fā)展開始出現(xiàn)加速的趨勢，因此，應(yīng)在2018年對其進(jìn)行維修。

同時，為了調(diào)查此高速車轍發(fā)生的層位，對其車轍處進(jìn)行了取芯分析。從取芯結(jié)果來看，車轍深度處于1.0cm左右時，變形基本發(fā)生在上面層，上面層變形能占到總變形的85%以上。本高速目前不存在車轍深度大于2.0cm的路段，因此，可認(rèn)為全線病害類型及發(fā)展層位基本一致。

4.2 維修必要性

根據(jù)目前國內(nèi)外的研究成果，如果車轍深度大于1.0cm以后，由于行車渠化更加顯著，車轍位置處承受的荷載作用概率顯著增加，因此會出現(xiàn)車轍發(fā)展加速的趨勢。另外，更根據(jù)降雨后水膜厚度與車輛打滑車速的分析結(jié)果，當(dāng)車轍深度大于1.0cm時，車輛行駛速度降低到50Km/h以下時，車輛發(fā)生側(cè)滑的概率才顯著降低，而高速公路車輛行駛的低速限制一般為60Km/h，這樣部分司機(jī)因擔(dān)心攝像頭的違法記錄，而不愿意降低車速，因此加大了車輛發(fā)生打滑側(cè)移的概率。

4.3 維修方案

通過鉆芯取樣的分析結(jié)果可看出，此高速車轍主要發(fā)生在表面層。從室內(nèi)篩分試驗的結(jié)果可看出，發(fā)生病害的原因主要是上面層級配偏差較大及瀝青老化。綜合環(huán)保及資源的有效利用，同時參考遼寧省以往類似病害的維修成功經(jīng)驗，本高速的車轍宜采用現(xiàn)場熱再生方式進(jìn)行維修。熱再生的深度為4cm （覆蓋整個病害結(jié)構(gòu)層），寬度為4m （覆蓋整個病害車道）。施工時，加入的新料出廠溫度應(yīng)在175℃～180℃，再生混合料的攤鋪溫度宜在130℃～140℃；初壓溫度不低于120℃，終壓溫度不低于90℃。

維修后，此高速車轍發(fā)展曲線見圖5。

圖5 沈吉高速 （草南段）車轍發(fā)展模型

從圖5可看出，2018年對此高速維修后，其車轍將恢復(fù)到優(yōu)秀水平，且在瀝青路面設(shè)計使用年限內(nèi)，車轍不會成為主要病害，不會再因為車轍的原因?qū)ζ溥M(jìn)行維修處理。

5 結(jié)論

本文依據(jù)實測的道路車轍歷史數(shù)據(jù)，建立了粘彈性體系下的車轍發(fā)展模型?；谲囖H發(fā)展模型，提出了沈吉高速 （草南段）車轍合理維修時機(jī)、維修方案。

［1］中華人民共和國交通運輸部.公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范：JTG F41-2008［S］.北京：人民交通出版社，2008.

Study on Shen-Ji highway Rut Maintenance Program

LU Hua-qiang

On the basis of Shen-Ji highway （Cao-Shi to Nanzamu section） traffic volume,the article analyzes the causes and development of rut on pavement of deformation.It is established the trend of development of the high speed data history of rutting development model based on viscoelastic materials.Finally,it is obtained the pavement maintenance time and maintenance project life cycle cost of the best.

viscoelasticity,rutting model,field thermal regeneration

U418.6

A

1008-3812（2017）06-005-04

2017-10-23

呂華強(qiáng) （1985— ），男，遼寧沈陽人，工程師。研究方向：道路養(yǎng)護(hù)。