高速公路沥青路面车辙病害成因分析

高速公路沥青路面车辙病害成因分析
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一、高速公路车辙分级 通过对京石、保津等高速公路的调查,车辙病害主要发生在行车道。调查结 果 最 大 处 为 83mm, 车 辙 大 于 40mm 的 路 段 占 调 查 路 段 的 30%, 切 割 断 面 显 示 沥 青 路 面三层都发生了较明显的车辙,同时在京石高速切割断面显示,中、下面层也发 生较严重车辙,特别是中层变形较大。根据近年来我省车辙处理的经验,按深度 分为轻微车辙、轻度车辙、重度车辙等三种类型,并根据车辙种类不同,分别制 定不同的养护对策。 二、高速公路车辙成因综合分析 通过现场调查并进行路面钻芯和切割取样分析,综合室内试验结果分析得出 车辙产生的原因,总体来说车辙产生的因素可分为外因和内因两个方面: 1.外 部 因 素 分 析 : 外 部 因 素 主 要 包 括 高 温 、 重 荷 载 、 渠 化 交 通 、 车 流 量 、 路 面坡度的影响,其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素。 ( 1) 高 温 对 车 辙 的 影 响 : 荷 载 和 温 度 是 路 面 产 生 车 辙 的 两 个 重 要 因 素 , 路 面 车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下的蠕变过程。温度越高,沥青混合 料的劲度模量越低,抗车辙能力越小。通过调查发现高速公路车辙的产生一般发 生 在 每 年 的 7、8 月 份 中 ,尤 其 是 连 续 两 三 天 内 出 现 高 温 天 气 时 ,车 辙 很 容 易 出 现 。 一般连续的高温使得路面积聚的热量不能很快的释放出去,沥青混合料在持续高 温环境下,粘聚力降低,抗剪强度降低导致了路面的破损,同样是高温的天气, 在广东等地车辙却出现很少,究其原因是因为南方的雨水较多,对路面起到了降 温的作用。 ( 2) 超 载 和 车 流 量 对 车 辙 的 影 响 : 同 轴 载 作 用 下 沥 青 层 内 剪 应 力 理 论 研 究表明;车辙产生的主要原因之一是在车轮竖向和水平荷载作用下,沥青层内产 生剪应力,致使沥青混合料产生剪切变形,不可恢复变形的不断累积形成车辙。 以半刚性基层沥青混凝土路面作为典型结构,采用有限元力学计算分析方法分析 了不同轴载对沥青路面车辙的影响。 从 上 面 的 分 析 不 难 发 现 随 着 车 辙 试 验 的 轮 压 增 大 时 ,车 辙 次 数 降 低 , 但 是 轮 压与车辙次数并不是简单的线形关系,只是随着轮压的增加,车辙次数下降速度 加快,当轮压小于设计压强时,车辙次数大幅提升。 ( 3) 渠 化 交 通 的 影 响 : 高 速 公 路 渠 化 交 通 是 产 生 车 辙 并 进 一 步 加 剧 的 一 个 重 要因素。车辙形成因素的几个外因中,按照分析及实际观测,温度与荷载影响最 大,车速与交通渠化对车辙的影响位于其次。当然形成车辙的外部影响因素并不 能完全解释车辙形成原因,还必须通过内部因素分析。 2.内 部 因 素 影 响 ( 1) 结 构 方 面 : 我 们 对 路 面 厚 度 与 剪 应 力 关 系 进 行 了 理 论 分 析 ; 根 据 高 速 公 路 沥 青 面 层 厚 度 的 调 查 ,通 过 有 限 元 计 算 方 法 分 析 ,选 取 了 8cm,12cm,15cm 和 18cm 四 种 面 层 厚 度 , 得 到 不 同 厚 度 时 沥 青 面 层 的 剪 应 力 计 算 结 果 表 明 : ① 面 层 厚 度 变 化 对 沥 青 面 层 剪 应 力 的 影 响 很 小 。 ② 最 大 剪 应 力 值 位 于 2-9cm 范 围 , 即 中 面层是承受剪应力主要层次,从现场切割的断面也可以验证这一点。③当沥青层 厚 度 超 过 18cm 时 ,沥 青 面 层 与 基 层 间 所 受 的 剪 应 力 趋 于 零 。④ 沥 青 面 层 厚 度 越 小 ,

沥青面层与基层的层间剪应力越大。 ( 2) 原 材 料 性 质 及 材 料 设 计 方 面 的 影 响 ①沥青材料性质的影响:优质沥青的使用提高了路面的使用性能。课题组 对 70 号 沥 青 、SBS 改 性 沥 青 和 TLA 改 性 沥 青( 30:70)混 合 料 进 行 了 车 辙 的 室 内 试 验 对 比 , 采 用 级 配 类 型 为 AC-20, 设 计 方 法 采 用 GTM 设 计 , 从 试 验 结 果 可 以 看 出 , 改性沥青的粘度大于普通沥青粘度,并且改性沥青混合料的抗车辙能力明显高于 普通沥青混合料。 ②沥青混合料级配的影响:级配是沥青混合料中矿料的最重要特性,几乎影 响到沥青混合料的所有重要特性。我们对从现场取回的芯样进行了室内的抽提筛 分 试 验 , 果 发 现 车 辙 较 轻 的 宣 大 高 速 公 路 4.75mm 筛 孔 以 上 较 设 计 级 配 普 遍 偏 细 , 结 2.36mm 筛 孔 以 下 较 设 计 级 配 普 遍 偏 粗 , 符 合 优 化 级 配 的 走 向 原 则 , 优 化 级 配 为 S 型 的 紧 密 嵌 挤 型 矿 料 级 配 ,S 型 级 配 由 于 减 少 了 最 粗 部 分 和 最 细 部 分 的 集 料 ,中 间 档 次 的 粗 集 料 4.75mm、 9.5mm 以 上 部 分 用 量 增 加 , 使 级 配 的 嵌 挤 能 力 大 大 提 高 , 明显改善了沥青混合料的高温稳定性。而车辙较严重的保津高速公路较设计级配 4.75mm 筛 孔 以 上 偏 细 ,级 配 已 形 不 成 嵌 挤 结 构 ,是 形 成 车 辙 主 要 原 因 。从 试 验 可 以 得 出 ,为 了 提 高 沥 青 混 合 料 的 高 温 性 能 , 应 该 采 用 粗 型 级 配 , 并 应 使 矿 料 级 配 接 近 骨架密实结构。 从 已 进 行 的 车 辙 试 验 分 析 : 针 片 状 含 量 增 加 到 30% 时 , 对 连 续 级 配 沥 青 混 合 料的高温抗车辙能力影响不大,车辙基本上在同一水平,但是对骨架结构级配的 高 温 稳 定 性 影 响 比 较 大 , 当 针 片 状 含 量 大 于 10% 时 , 动 稳 定 度 次 数 急 剧 下 降 。 ( 3) 施 工 质 量 控 制 及 路 面 均 匀 性 的 原 因 : 目 前 施 工 质 量 也 是 造 成 路 面 车 辙病害的主要原因之一,施工中存在的问题主要有:①混合料离析比较严重,造 成级配偏差,产生软弱的混合料;②注重平整度,降低了对压实度的要求;③现 场施工组织差,碾压不及时,漏压;④油石比控制不准确等因素;⑤施工过程中 层间结合差,造成沥青路面层间滑动。 通过以上总体分析,预防形成车辙的措施,首先要从设计、用油质量和比 例及施工质量控制抓起,严格控制超限车辆的通行,才能从根本上控制路面车辙 的产生。


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