普通公路交叉口車轍處理措施決策分析研究

摘要 該文通過總結(jié)普通公路交叉口車轍形成原因，分析交叉口路面的養(yǎng)護(hù)需求關(guān)鍵點，對交叉口車轍處理的各類養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特點進(jìn)行比較，分析了各類技術(shù)所形成的路面結(jié)構(gòu)、性能特點和適用場景，通過車轍試驗和動態(tài)蠕變試驗論證了相關(guān)技術(shù)的高溫穩(wěn)定性并進(jìn)行了比較分析，結(jié)合荷載等級、交通等級、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費是否充足等因素為普通公路交叉口的養(yǎng)護(hù)措施決策提供了參考方法。

關(guān)鍵字 交叉口車轍；高溫穩(wěn)定性；養(yǎng)護(hù)決策

中圖分類號 U418 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0084-03

0 引言

隨著交通流量的不斷增加，公路交叉口作為道路網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點之一，承擔(dān)著日益重要的交通功能，然而在交叉口頻繁的車流中，車轍的形成成為一個不可忽視的問題，其不僅影響駕駛舒適性，還可能對交叉口的交通安全和通行效率產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。車轍的形成與多種因素相關(guān)，包括交叉口的交通流量、軸載、路面材料、氣候條件等，不同的交叉口狀況和環(huán)境因素導(dǎo)致了多樣化的車轍問題。目前，為解決車轍問題，交叉口車轍處理技術(shù)已經(jīng)涌現(xiàn)出多種形式，涉及路面材料的選擇、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、交通管理等多個方面[2]。這些技術(shù)的選擇不僅需要考慮技術(shù)本身的可行性和效果，還需要根據(jù)具體的交叉口特點、荷載大小、交通條件，以及經(jīng)費、全壽命周期成本等因素綜合考慮。該文將對公路交叉口養(yǎng)護(hù)的需求進(jìn)行分析，對各類養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施的特點進(jìn)行研究和比較，通過相關(guān)室內(nèi)試驗的數(shù)據(jù)評價材料在處理車轍問題上所帶來的性能提升，并提出一種交叉口養(yǎng)護(hù)決策的方法，以推動交叉口車轍處理技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步[3]。

1 當(dāng)前交叉口養(yǎng)護(hù)需求分析

交叉口主要病害是車轍，其他病害多數(shù)都由車轍衍生發(fā)展而來，由于交叉口車輛減速、剎車、轉(zhuǎn)向等對路面的剪切作用，采用常規(guī)材料簡單處理，通常在一年內(nèi)即會再次出現(xiàn)較大車轍[4]，因此交叉口路段有其特有的要求，養(yǎng)護(hù)需求可總結(jié)為：

（1）材料性能，交叉口路面材料需在高溫、重載條件下承受極大的剪切應(yīng)力，因此需選擇在常規(guī)基礎(chǔ)上性能加強(qiáng)的材料，尤其是高溫穩(wěn)定性，需確保其在高溫下不易產(chǎn)生變形。

（2）交通荷載，輕、中交通與重、特重交通荷載等級需考慮不同的處理措施，首先需要考慮材料對荷載的承受能力，需要考慮造價經(jīng)費因素，通常荷載等級越重，需要的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度越大。

（3）施工工藝，交叉口通行壓力大，交通管制困難，難以徹底中斷交通，材料的生產(chǎn)和現(xiàn)場施工需要快速完成，施工工藝需簡單、可靠、快速，最大限度減少對交通的干擾，同時也要在有限的時間里確保施工質(zhì)量的穩(wěn)定，具備較高的容忍度。

（4）耐久性及適應(yīng)性，需具備較為長期穩(wěn)定的性能，適應(yīng)各種不同的路面結(jié)構(gòu)、交通條件以及外部環(huán)境，且不因解決車轍問題而導(dǎo)致其他病害易發(fā)。

（5）經(jīng)濟(jì)性，交叉口是路面養(yǎng)護(hù)的易損點，維修頻率較一般路面高得多，所使用的材料造價通常高于常規(guī)材料，因此所采用的技術(shù)在全壽命周期的成本上需具備經(jīng)濟(jì)性。交叉口采用技術(shù)的單位造價提升幅度應(yīng)當(dāng)與養(yǎng)護(hù)周期延長的幅度相一致或者更高，才可認(rèn)為其在全壽命周期內(nèi)具備經(jīng)濟(jì)性。

上述五方面內(nèi)容，可作為道路交叉口養(yǎng)護(hù)需求關(guān)鍵點，在制定養(yǎng)護(hù)策略和選擇相應(yīng)技術(shù)時作為判斷依據(jù)和參考[5]。

2 當(dāng)前交叉口車轍處理技術(shù)特點分析

結(jié)合調(diào)研，當(dāng)前交叉口車轍處理主流的技術(shù)大致可分為添加類、復(fù)合結(jié)構(gòu)類、特種瀝青類。添加類主要以各類抗車轍劑、高模量劑及其他類似材料為添加材料，通過在常規(guī)瀝青混合料生產(chǎn)過程中直接將材料投入拌和機(jī)內(nèi)混合，提升瀝青材料性能，達(dá)到提升高溫抗車轍能力的目的。復(fù)合結(jié)tuN2W8ZwIv00PPBAp8EsNFfpf+UIsVqzi4ybQi+jX+4=構(gòu)類主要包括貫入式路面加瀝青罩面、連續(xù)配筋混凝土加瀝青罩面等技術(shù)，通過水泥基材料注入開級配瀝青材料或直接采用連續(xù)配筋混凝土，形成復(fù)合型路面，起到加強(qiáng)瀝青路面中下面層強(qiáng)度來抵抗車轍變形的作用。特種瀝青類主要采用特種改性的成品瀝青代替常規(guī)改性瀝青進(jìn)行混合料生產(chǎn)的工藝，通過瀝青材料的提升，達(dá)到提升高溫抗車轍能力的目的，其生產(chǎn)及施工工藝基本與常規(guī)工藝一致，性能的穩(wěn)定性更高[6]。

根據(jù)相關(guān)調(diào)研，上述各類技術(shù)對交叉口車轍均有改善作用，效果各有千秋，實施過程各有優(yōu)勢和局限性，總結(jié)相關(guān)技術(shù)特點如表1所示：

3 抗車轍性能試驗分析

基于上述技術(shù)特點，該文選擇了四種材料：常規(guī)改性瀝青（PG76-22）、一種添加類材料A、灌漿路面材料及特種瀝青材料B為試驗對象，灌漿路面采用GRAC-20級配設(shè)計，其余均按照SUP-20進(jìn)行配合比設(shè)計，四類材料分別為：改性SUP-20、SUP-20（A）、GRAC-20、SUP-20（B），通過《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）車轍試驗方法（如圖1所示），以及高溫動態(tài)蠕變試驗（如圖2所示）對其高溫性能進(jìn)行比對和分析[7]。

車轍試驗采用車轍試驗儀，按照規(guī)范方法進(jìn)行所示，試驗溫度為60℃，動穩(wěn)定度計算如下：

DS=（t1?t2）N d2?d1 C1·C2 （1）

式中：DS——瀝青混合料動穩(wěn)定度（次/毫米）；

d1——對應(yīng)t1時間的變形量（mm）；

d2——對應(yīng)t2時間的變形量（mm）；

N——試驗機(jī)往返碾壓次數(shù)，通常為42次/分鐘；

C1——試驗機(jī)類型系數(shù)，曲柄式運行方式為1.0；

C2——試件系數(shù)，寬30 cm的試件為1.0。

試驗結(jié)果如表2、圖3所示。

高溫動態(tài)蠕變試驗采用室內(nèi)旋轉(zhuǎn)壓實成型后取出的直徑為15 cm的芯樣進(jìn)行試驗，采用多序列加載模式，試驗溫度為60℃[8]，試驗結(jié)果如圖4所示。

通過不同應(yīng)力大小下蠕變曲線增長的速率擬合建立蠕變速率和壓縮應(yīng)力之間的非線性模型，計算方法如公式所示：

εr=a·σb （2）

σi σs=（qi qs）0.65 （3）

式中εr——永久應(yīng)變增長率（με/循環(huán)）；σ——豎向壓應(yīng)力（MPa）；a，b——擬合參數(shù)；σi——第i級軸重對應(yīng)的軸載應(yīng)力（MPa）；qi——第i級軸重（kN）；σs——標(biāo)準(zhǔn)胎壓（MPa）；qs——標(biāo)準(zhǔn)軸重（kN）。

由上述試驗結(jié)果可知，采用添加類SUP-20（A）、灌漿路面（GRAC-20）、特種瀝青SUP-20（B）等技術(shù)，動穩(wěn)定度較常規(guī)改性瀝青均有明顯的提升，普遍可提升至7 500次（mm）以上[9]。由高溫動態(tài)蠕變試驗結(jié)果可知，在荷載的持續(xù)作用下，灌漿路面、特種瀝青在初始產(chǎn)生一定的變形后，后期隨荷載次數(shù)增加，累計應(yīng)變增長緩慢，處于穩(wěn)定狀態(tài)，添加類材料累計應(yīng)變增長稍快，而常規(guī)改性瀝青混合料后期出現(xiàn)較為明顯的應(yīng)變增長，且在經(jīng)過一定的加載作用次數(shù)后進(jìn)入了失穩(wěn)破壞階段。室內(nèi)試驗結(jié)果證明：三類材料高溫穩(wěn)定性均有明顯的提升，灌漿路面和特種瀝青技術(shù)效果更為穩(wěn)定[10]。

4 養(yǎng)護(hù)措施選擇

首先對三種類型技術(shù)及常規(guī)改性瀝青養(yǎng)護(hù)進(jìn)行排序，考慮高溫穩(wěn)定性、工程造價、施工便捷性等三方面因素進(jìn)行評分，1為最好，3為最差，如表3所示。

結(jié)合道路的交通及荷載等級、交通管制的難度等因素，可將上述技術(shù)按照如下策略表進(jìn)行排列，如表4所示。

普通公路交叉口的養(yǎng)護(hù)策略選擇可按上表選擇，添加類技術(shù)在資金受限、荷載不大的路段可以優(yōu)先選擇，復(fù)合結(jié)構(gòu)類在荷載較重、資金充裕、交通管制難度不大的情況下較為適用，需兼顧抗車轍性能、經(jīng)濟(jì)性和交通管制條件的可選擇特種瀝青類技術(shù)。

5 結(jié)論

（1）交叉口的養(yǎng)護(hù)需求可總結(jié)為要求相應(yīng)技術(shù)具備較為簡便快捷的生產(chǎn)和施工工藝，較強(qiáng)的抗車轍能力，快速開放交通，造價在全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)合理等特質(zhì)。

（2）處理技術(shù)可大致按照添加類、復(fù)合結(jié)構(gòu)類、特種瀝青類分類，三類技術(shù)各有優(yōu)勢，添加類技術(shù)工藝簡單施工方便，抗車轍性能受材料品質(zhì)的波動較大；復(fù)合結(jié)構(gòu)類抗車轍性能較強(qiáng)，施工工藝復(fù)雜，造價較高；特種瀝青類施工工藝較為簡單，造價有一定提升，抗車轍性能總體介于兩者之間，實際進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時應(yīng)結(jié)合不同交叉口的實際情況選擇最適合的方法。

（3）經(jīng)采用60℃車轍試驗和高溫動態(tài)蠕變試驗對常規(guī)改性瀝青、6667db5486b2f310e94efca251722131fb438741a7475494c1a1999b65e6e86f添加類、復(fù)合結(jié)構(gòu)類、特種瀝青類等四類材料進(jìn)行性能驗證，后三類材料均較常規(guī)改性瀝青有明顯的提升，其中灌漿路面與特種瀝青技術(shù)效果更為明顯和穩(wěn)定。

（4）依據(jù)各技術(shù)的性能和施工工藝特點，結(jié)合科學(xué)決策的養(yǎng)護(hù)理念，考慮造價、交通管制條件等幾方面的因素，交叉口車轍處理措施大致可按照該文對應(yīng)策略進(jìn)行選擇。

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收稿日期：2024-03-29

作者簡介：黃舒文（1988—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：道路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)。