山區(qū)高速公路瀝青路面車(chē)轍成因與防治措施

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1、山區(qū)高速公路瀝青路面車(chē)轍成因與防治措施作者：申愛(ài)琴莊傳儀摘要：本文針對(duì)山區(qū)路面的一些特點(diǎn),從材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路線(xiàn)縱坡設(shè)計(jì)、施工過(guò)程質(zhì)量控制及交通與環(huán)境控制等方面提出了防治車(chē)轍病害的技術(shù)措施，以提高瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。引言???車(chē)轍是高速公路瀝青路面除了裂縫和水損害之外的一種危害性較大的病害類(lèi)型，在現(xiàn)代交通狀況下，車(chē)轍出現(xiàn)的速度和普遍性大大超過(guò)了預(yù)期。隨著高速公路建設(shè)的重心向山嶺重丘區(qū)轉(zhuǎn)移，山區(qū)高速公路車(chē)轍病害也愈加突出。???一般山區(qū)高速公路沿線(xiàn)地形復(fù)雜，路線(xiàn)縱坡大，長(zhǎng)陡坡路段多，受重載、超載及低速行車(chē)等諸多不利因素影響，車(chē)轍病害大量出現(xiàn)

2、，特別在縱坡較大的上坡路段，當(dāng)持續(xù)高溫時(shí)，車(chē)轍形成和發(fā)展快，已嚴(yán)重影響行車(chē)安全。鑒于未來(lái)高速公路規(guī)劃建設(shè)中面臨更多的山區(qū)高速公路，深人開(kāi)展山區(qū)高速公路車(chē)轍成因分析，研究長(zhǎng)大縱坡路段瀝青路面車(chē)轍預(yù)防處治措施具有重要的意義。1、瀝青路面車(chē)轍破壞類(lèi)型???車(chē)轍是指路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車(chē)荷載作用下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及結(jié)構(gòu)層財(cái)料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。車(chē)轍按成因不同分3類(lèi)：由瀝青路面以下各結(jié)構(gòu)層的永久性變形引起的結(jié)構(gòu)性車(chē)轍；由混合料的側(cè)向流動(dòng)變形引起的失穩(wěn)性車(chē)轍；壓密性車(chē)轍和磨損性車(chē)轍。???1.1結(jié)構(gòu)性車(chē)轍???結(jié)構(gòu)性車(chē)轍是指路面結(jié)構(gòu)在交通荷載作用下產(chǎn)生整體永久變形

3、而形成的車(chē)轍，這種變形主要由路基變形而產(chǎn)生。此類(lèi)車(chē)轍的寬度較大，兩側(cè)沒(méi)有隆起現(xiàn)象，橫斷面成淺盆狀的U字型(凹型)，見(jiàn)圖1、圖2。???1.2失穩(wěn)性車(chē)轍???失穩(wěn)性車(chē)轍是由于瀝青路面結(jié)構(gòu)層在車(chē)輪荷載作用下，其內(nèi)部材科的流動(dòng)產(chǎn)生橫向位移而形成。通常發(fā)生在輪跡處，當(dāng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足時(shí)，在外力作用下就會(huì)產(chǎn)生這類(lèi)車(chē)轍。這種車(chē)轍一般都有剪切變形產(chǎn)生的兩側(cè)隆起現(xiàn)象，車(chē)轍斷面成W型(圖3、圖4)，易發(fā)生在車(chē)速較慢、橫向應(yīng)力大的上坡路段。失穩(wěn)性車(chē)轍危害最為嚴(yán)重，它是山區(qū)高速公路車(chē)轍病害的主要類(lèi)型，影響因素多而復(fù)雜。???1．3壓密性和磨損性車(chē)轍???壓密性車(chē)轍是由于瀝青

4、面層本身的壓密而引起；磨耗型車(chē)轍是由于瀝青路面結(jié)構(gòu)表層材料在車(chē)輪磨損和自然環(huán)境作用下，持續(xù)不斷損失形成的。這2類(lèi)變形對(duì)車(chē)轍的貢獻(xiàn)很小。2山區(qū)高速公路瀝青路面車(chē)轍成因分析???針對(duì)山區(qū)高速公路路線(xiàn)縱坡大且路段長(zhǎng)，重車(chē)、超載車(chē)多且車(chē)速慢，夏季高溫等特點(diǎn)，通過(guò)綜合分析認(rèn)為，除影響一般路段瀝青路面車(chē)轍因素外，長(zhǎng)縱坡路段出現(xiàn)嚴(yán)重車(chē)轍的原因可歸納為以下幾個(gè)方面。???2.1重載、超載交通的影響???2．1．1超載作用下的車(chē)轍分析???中國(guó)“八五”科技攻關(guān)課題“道路瀝青及瀝青混合料使用性能的研究”對(duì)此進(jìn)行了眾多的試驗(yàn)，其中HXL瀝青AC-16I型瀝青混合料在60℃時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度

5、和荷載關(guān)系式為???????IqDS=3．4593—0．5746p???式中：P——接地壓強(qiáng)，MPa。???計(jì)算不同荷載下動(dòng)穩(wěn)定度見(jiàn)表1與圖5所示。???對(duì)于汽車(chē)荷載，如果輪壓小于標(biāo)準(zhǔn)輪壓(0．7MPa)，動(dòng)穩(wěn)定度將急劇增大，對(duì)產(chǎn)生車(chē)轍的影響就小得多。而現(xiàn)實(shí)情況是超限超載車(chē)輛的比例很大，隨著荷載的增加，動(dòng)穩(wěn)定度將按對(duì)數(shù)的比例下降。以HXL瀝青混合料為例，輪壓從0．7MPa增大至1．2MPa，動(dòng)穩(wěn)定度從1140次／mm降低到589次／mm，動(dòng)穩(wěn)定度將下降到原1／3。同時(shí)研究表明，路面沉降的增量幾乎與超載同步增長(zhǎng)。保持基層彈性模量不變，將輪載從0．70MPa增加50

6、％至1．05MPa，產(chǎn)生的路表車(chē)轍則為標(biāo)準(zhǔn)軸載下產(chǎn)生車(chē)轍的185．9％(圖6)。如任意一輪載作用下均有上述規(guī)律，則達(dá)到路面塑性變形的極限狀態(tài)時(shí)，超載下道路的累計(jì)軸次僅為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下累計(jì)軸次的54％左右。???長(zhǎng)安大學(xué)對(duì)比了在滿(mǎn)載、超載30％、超載60％、超載100％情況下的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次與路面結(jié)構(gòu)的使用壽命的關(guān)系(表2、圖7)。???可以看出，隨著超載率的增加，車(chē)輛換算系數(shù)明顯增加；使用初期計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軸次與設(shè)計(jì)壽命年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次均明顯增加；使用壽命明顯降低，超載60％時(shí)，使用壽命為3．40年，超載100％時(shí)，使用壽命僅為1．40年，可見(jiàn)超載對(duì)路面使用壽命的影響

7、極大。???2．1．2超載對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響當(dāng)瀝青路面結(jié)構(gòu)所承受的車(chē)輛軸載增加時(shí)，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布必然發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力均隨之增加。???根據(jù)陜西省銅黃高速公路半剛性基層瀝青路面不同軸載應(yīng)力分析(圖8)，壓應(yīng)力隨深度的增加逐漸減小，面層上部0~5cm范圍內(nèi)的壓應(yīng)力最大，5cm以下壓應(yīng)力減小得較快；軸載從10t增加到18t，壓應(yīng)力在面層中的分布曲線(xiàn)基本平行，面層中不同深度的壓應(yīng)力增加值幾乎相等。因此，表面層承受的壓應(yīng)力最大，最容易產(chǎn)生壓密形變，超載車(chē)輛(特別是嚴(yán)重超載的車(chē)輛)將顯著加快壓密形變的產(chǎn)生，而且使產(chǎn)生較大壓密形變的深度增加

8、。???隨著深度的增加，