山区高速公路沥青路面车辙成因与防治措施.doc

山区高速公路沥青路面车辙成因与防治措施作者：申爱琴庄传仪摘要：本文针对山区路面的一些特点,从材料选择、配合比设计、路面结构设计、路线纵坡设计、施工过程质量控制及交通与环境控制等方面提出了防治车辙病害的技术措施，以提高沥青混合料的抗车辙性能。引言车辙是高速公路沥青路面除了裂缝和水损害之外的一种危害性较大的病害类型，在现代交通状况下，车辙出现的速度和普遍性大大超过了预期。随着高速公路建设的重心向山岭重丘区转移，山区高速公路车辙病害也愈加突出。一般山区高速公路沿线地形复杂，路线纵坡大，长陡坡路段多，受重载、超载及低速行车等诸多不利因素影响，车辙病害大量出现，特别在纵坡较大的上坡路段，当持续高温时，车辙形成和发展快，已严重影响行车安全。鉴于未来高速公路规划建设中面临更多的山区高速公路，深人开展山区高速公路车辙成因分析，研究长大纵坡路段沥青路面车辙预防处治措施具有重要的意义。1、沥青路面车辙破坏类型车辙是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层财料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙按成因不同分3类：由沥青路面以下各结构层的永久性变形引起的结构性车辙；由混合料的侧向流动变形引起的失稳性车辙；压密性车辙和磨损性车辙。1.1结构性车辙结构性车辙是指路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成的车辙，这种变形主要由路基变形而产生。此类车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的U字型(凹型)，见图1、图2。1.2失稳性车辙失稳性车辙是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材科的流动产生横向位移而形成。通常发生在轮迹处，当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下就会产生这类车辙。这种车辙一般都有剪切变形产生的两侧隆起现象，车辙断面成W型(图3、图4)，易发生在车速较慢、横向应力大的上坡路段。失稳性车辙危害最为严重，它是山区高速公路车辙病害的主要类型，影响因素多而复杂。1．3压密性和磨损性车辙压密性车辙是由于沥青面层本身的压密而引起；磨耗型车辙是由于沥青路面结构表层材料在车轮磨损和自然环境作用下，持续不断损失形成的。这2类变形对车辙的贡献很小。2山区高速公路沥青路面车辙成因分析针对山区高速公路路线纵坡大且路段长，重车、超载车多且车速慢，夏季高温等特点，通过综合分析认为，除影响一般路段沥青路面车辙因素外，长纵坡路段出现严重车辙的原因可归纳为以下几个方面。2.1重载、超载交通的影响2．1．1超载作用下的车辙分析中国“八五”科技攻关课题“道路沥青及沥青混合料使用性能的研究”对此进行了众多的试验，其中HXL沥青AC-16I型沥青混合料在60℃时的动稳定度和荷载关系式为IqDS=3．4593—0．5746p式中：P——接地压强，MPa。计算不同荷载下动稳定度见表1与图5所示。对于汽车荷载，如果轮压小于标准轮压(0．7MPa)，动稳定度将急剧增大，对产生车辙的影响就小得多。而现实情况是超限超载车辆的比例很大，随着荷载的增加，动稳定度将按对数的比例下降。以HXL沥青混合料为例，轮压从0．7MPa增大至1．2MPa，动稳定度从1140次／mm降低到589次／mm，动稳定度将下降到原1／3。同时研究表明，路面沉降的增量几乎与超载同步增长。保持基层弹性模量不变，将轮载从0．70MPa增加50％至1．05MPa，产生的路表车辙则为标准轴载下产生车辙的185．9％(图6)。如任意一轮载作用下均有上述规律，则达到路面塑性变形的极限状态时，超载下道路的累计轴次仅为标准轴载作用下累计轴次的54％左右。长安大学对比了在满载、超载30％、超载60％、超载100％情况下的累计标准轴次与路面结构的使用寿命的关系(表2、图7)。可以看出，随着超载率的增加，车辆换算系数明显增加；使用初期计算标准轴次与设计寿命年限内累计标准轴次均明显增加；使用寿命明显降低，超载60％时，使用寿命为3．40年，超载100％时，使用寿命仅为1．40年，可见超载对路面使用寿命的影响极大。2．1．2超载对沥青路面结构应力的影响当沥青路面结构所承受的车辆轴载增加时，路面结构内部的应力分布必然发生变化，结构的压应力、拉应力和剪应力均随之增加。根据陕西省铜黄高速公路半刚性基层沥青路面不同轴载应力分析(图8)，压应力随深度的增加逐渐减小，面层上部0~5cm范围内的压应力最大，5cm以下压应力减小得较快；轴载从10t增加到18t，压应力在面层中的分布曲线基本平