長大縱坡路段瀝青路面車轍防治研究

（中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津300459）

1 引言

車轍是瀝青路面的一種常見病害，山區(qū)高速公路長大縱坡路段車轍病害尤為嚴重，其不僅會影響到路面質(zhì)量，還會給日常的交通帶來安全隱患。在崎嶇的山區(qū)高速中，長大縱坡屬于常見路段，由于其縱坡較大，來往重載及超載車輛較多，夏季受持續(xù)高溫影響，故路面長期處于超負荷狀態(tài)，車轍病害肆虐，已嚴重影響到路面的正常運行。為此，研究長大縱坡路段瀝青路面的車轍產(chǎn)生原因與防治具有重大意義。本文通過室內(nèi)車轍試驗研究了PR改性瀝青混合料抗車轍性能，并在某高速公路K945+180～K946+400長大縱坡路段鋪筑不同厚度的PR改性瀝青混凝土路面，觀測該試驗路的車轍損壞情況并與相鄰某公司養(yǎng)護修復(fù)路段進行對比，以探究切實可行的長大縱坡路段瀝青路面車轍病害防治方案。

2 長大縱坡瀝青路面車轍病害原因分析

車轍是由于瀝青路面輪跡帶在車輛荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生的豎直方向永久變形，根據(jù)車轍產(chǎn)生的原因，可將瀝青路面車轍分為壓密型車轍、結(jié)構(gòu)性車轍和失穩(wěn)型車轍。長大縱坡路段車轍的產(chǎn)生原因主要有以下3點：

（1）縱坡坡度

根據(jù)感溫性材料瀝青的時穩(wěn)等效法則，隨著瀝青路面的坡度增大，重載車輛行駛速度會隨之降低，則其相同時間內(nèi)對瀝青路面所造成損傷更大。如重載車輛正常行駛下速度為60km/h，車輪對路面的作用時間為0.033s，在長大縱坡路段車速減慢至30km/h，車輪對路面的作用時間為0.066s，即重載車輛以30km/h車速行駛對路面造成的破壞是60km/h的2倍。

（2）重載及超載車輛

隨著我國交通與運輸行業(yè)的高速發(fā)展，交通量急劇增加，各種重載、超載車輛層出不窮，其軸載甚至遠遠超過了瀝青路面設(shè)計規(guī)范要求，路面承受著前所未有的壓力。

（3）路面溫度

路面溫度也是引起瀝青路面車轍的一個重要因素，當(dāng)夏季高溫來臨，路面溫度急劇上升，甚至能達到60℃以上，瀝青粘度會隨著溫度升高而降低，路面變形會隨著溫度升高而多發(fā)，在行車荷載的反復(fù)作用下會產(chǎn)生變形從而造成車轍等病害。

3 原材料

3.1 集料

為提高路面鋪筑質(zhì)量，選用質(zhì)地堅硬、表面潔凈的玄武巖碎石作為粗細集料。試驗路用粗集料各項指標見表1。

表1 粗集料技術(shù)指標

3.2 瀝青

試驗路用70#基質(zhì)瀝青改性乳化瀝青各項性能指標分別見表2和表3。

表2 殼牌70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標

表3 改性乳化瀝青技術(shù)指標

3.3 配合比

試驗路用瀝青混合料配合比見表4。

表4 實驗路用瀝青混合料配合比

4 室內(nèi)試驗

PRPLASTS（簡稱PR）是一種專用抗車轍添加劑，施工工藝簡單，易控制，且具有良好的抗車轍性能。本文在室內(nèi)成型普通瀝青混合料試件及PR改性瀝青混合料試件進行車轍試驗，對比分析兩者的數(shù)據(jù)，進而評價PR抗車轍劑的抗車轍性能。

在室內(nèi)成型普通瀝青混合料、0.35%摻量PR改性瀝青混合料、0.5%摻量PR改性瀝青混合料三種試件分別進行60℃及70℃車轍試驗，實驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 不同摻量PR改性瀝青混合料不同溫度車轍試驗結(jié)果

從表4中數(shù)據(jù)可以得到：

（1）相同PR摻量條件下，隨著溫度的升高，PR改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度大幅度下降，其抗車轍性能隨之減弱。

（2）在溫度為60℃時，0.5%PR摻量的瀝青混合料動穩(wěn)定度達到了10500次·mm-1，溫度在70℃時，0.5%摻量PR的瀝青混合料動穩(wěn)定度也超過3000次·mm-1，遠大于普通瀝青混合料的動穩(wěn)定度，說明PR抗車轍劑能明顯改善瀝青混合料的抗車轍性能。

5 工程實踐

5.1 工程概況

某高速公路K938～+880～K947+080路段地處某省的山嶺重丘區(qū)，是連續(xù)8.2km的爬坡路段，坡度最大可達5%，車轍破壞現(xiàn)象嚴重。試驗路位于該路段K945+180～K946+400段，試驗段相鄰路段為該省某公司修復(fù)養(yǎng)護路段，養(yǎng)護所用基質(zhì)瀝青、改性乳化瀝青和集料與試驗路相同。

5.2 試驗路車轍病害防治方案

長大縱坡路段瀝青路面車轍病害產(chǎn)生的主要原因是在縱坡坡度、重載車輛、路面溫度等外界因素影響下，路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)高溫抗剪強度不足從而產(chǎn)生的永久變形。針對上述原因，制定車轍病害處治方案并在某高速K945+180～K946+400段鋪筑試驗路，試驗路車轍病害防治方案見表6。

表6 試驗路車轍病害防治方案

5.3 試驗路段處治工藝

試驗路段處治工藝：根據(jù)上述處治方案厚度進行銑刨，鋪筑新瀝青層，層間鋪撒改性乳化瀝青粘層油，若兩層連續(xù)施工，則不需要鋪撒粘層油，鋪筑完成后，次日開放交通。

5.4 試驗路段觀察與檢測

試驗路觀測總時長為1年，開始時間為2015年9月，12月份至1月份為冬季，由于氣溫較低，路面整體強度較高，易產(chǎn)生裂縫，所以從2015年9月至2016年6月每月觀測一次。7、8月份路面要經(jīng)受持續(xù)夏季高溫，易產(chǎn)生車轍，故7月至8月份每月觀測2次。經(jīng)過近1年的運營后，試驗路路面總體無明顯車轍。

為對比試驗路觀測結(jié)果，同時也觀測了試驗路相鄰養(yǎng)護路段車轍損壞情況。經(jīng)過1年的觀察與檢測后，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護路段車轍破壞現(xiàn)象嚴重。表7為通車運營1年后試驗路段與養(yǎng)護路段路面車轍損壞情況。

表7 各方案平均車轍深度

由表7中數(shù)據(jù)可得：

（1）經(jīng)過1年的運營后，試驗路的車轍病害不明顯，平均車轍深度在1.5～3.5mm之間，這主要是由于路面固結(jié)變形所引起的。

（2）某公司所養(yǎng)護路段車轍病害十分嚴重，平均車轍深度達到14～15.5mm，與試驗路段相比，其車轍分布也更為密集。

（3）方案1整體車轍量要大于方案2，主要是因為方案1的上面層鋪筑厚度大于方案2，其對壓密變形空間的需求也就更大。方案3的平均車轍深度大于方案2小于方案3，主要是由于一部分的壓密變形和舊路面材料的流動變形所造成的。

（4）與某公司所養(yǎng)護路段相比，試驗路的平均車轍深度下降趨勢明顯，車轍破壞現(xiàn)象顯著減少，路面質(zhì)量大幅度提升，表明PR改性瀝青混合料對舊路面下臥層具有良好的保護作用，能有效防治車轍病害的產(chǎn)生。

6 結(jié)論

（1）縱坡坡度、重載和超載車輛以及路面溫度是造成長大縱坡路段瀝青路面車轍病害的主要外部因素。

（2）通過室內(nèi)車轍試驗發(fā)現(xiàn)，添加PR抗車轍劑后，瀝青混合料的動穩(wěn)定度明顯增大，表明PR抗車轍劑能有效改善瀝青混合料的抗車轍性能。但隨著溫度的升高，瀝青混合料的動穩(wěn)定度呈現(xiàn)下降趨勢，表明PR改性瀝青混合料的抗車轍性能會隨著溫度的升高而降低。

（3）通過在某高速公路長大縱坡路段鋪筑試驗路的工程實踐中發(fā)現(xiàn)，PR抗車轍劑能夠明顯降低路面車轍深度，減少車轍量，對防治長大縱坡路段瀝青路面車轍病害具有顯著作用，同時也表明了試驗路車轍病害防治方案的可行性。