高速公路車轍原因分析和治理措施

張曉艷

(黑龍江省呼蘭養路總段)

0 引 言

車轍是瀝青混凝土路面特有的一種破壞形式,它是路基和路面各結構層在行車荷載重復作用以及氣候(高溫)等因素綜合作用下產生的一種永久性變形,表現為沿行車輪跡產生縱向的帶狀凹槽,嚴重時車轍的兩側會有突起形變,造成路面使用性能更加惡化。車轍始終是瀝青混凝土路面的主要病害之一,高速公路路面維修、罩面的原因,80%以上是由于車轍引起的。對于我省的高速公路而言,道路交通量增長非常迅猛,往往遠遠地超過了設計預期增長速度,同時高速公路重車比例在不斷提高,車輛超載超限現象非常普遍,這種交通條件對路面的破壞作用是非常嚴重的,尤其會導致路面車轍的早期產生。事實也表明,在我省已建成通車的高速公路瀝青路面養護工作中,車轍已成為繼水損壞之后,引起普遍關注的路面病害類型。為使高速公路正常運營,如何減小車轍,提出了新的問題。

1 車轍的類型和特征

1.1 磨損型車轍

這類車轍是面層表面受到輪胎磨耗形成的,在我國通常發生在車輛爆胎,鋼輪直接作用在瀝青混凝土面層上造成的劃傷,一般這些車轍無需作專門維修。

1.2 壓縮型車轍

這類車轍主要是由于瀝青混凝土面層自身的壓密形變造成的,車轍形成“V”字型,深度一般為 5～10mm,對道路的行車沒有太大的影響。

1.3 結構型車轍

這類車轍主要是由于路面結構設計不合理,或由于結構層壓實不好或整體性不好,尤其是路基承載能力不足引起的。這類車轍往往橫向較寬,兩側沒有明顯隆起現象,橫斷面成U形(凹型),常伴有裂縫,并且短期內不會穩定,隨著時間的延續,車轍深度及其它相關路面破壞會不斷加劇。

1.4 流動型車轍

這類車轍主要是由于瀝青混凝土高溫穩定性不足,或貨車超載嚴重,引起瀝青混凝土發生剪切變形產生的。這類車轍有明顯的隆起現象,整個車轍斷面形成“W”形,深度達20～50mm,嚴重時局部地段會出現大段松散破壞,行車跳動感明顯。

2 車轍的形成原因分析

2.1 道路交通條件

由于高等級公路的修建及交通管制趨于成熟,車輛速度大大提高,而且大量重車行駛在道路上,交通量的增加,重載車、超載車比例的提升,路面破損現狀有逐步加重的趨勢。車輛荷載越來越集中地分布于道路輪跡帶處,引起交通渠化。輪載越重,輪胎氣壓越大,行駛速度越大,交通渠化越嚴重,則車轍就越容易產生。有研究統計表明:車轍的發展速度隨荷載作用次數的增加而減小。但車轍深度隨累計荷載作用次數的增加而增加,以至于道路喪失使用性能。

2.2 氣象條件

路面溫度對車轍的產生有很大的影響。在寒冷地區,車轍出現的可能性較小,瀝青類路面在一定氣溫條件下、日照及風力作用下,較灰白色或彩色路面吸收更多熱量,因而路面溫度較高,所以瀝青類路面易于產生車轍,同樣原因,南方易于產生車轍,而在北方的夏季也容易產生。

2.3 路面結構及材料的組成

目前柔性路面大多采用瀝青混合料(瀝青混凝土、瀝青碎石等)作為路面材料,瀝青層材料在路面結構中厚度越大,發生永久變形的變形量也愈大。其他粒料如土拌碎礫石。級配碎石土等也發生一定程度的永久變形。采用剛性基層或半剛性基層材料的瀝青路面,由于具有較高的高溫穩定性和抗剪變形能力,所以這類路面發生車轍主要是瀝青層產生的,而剛性基層和土基發生車轍只占一小部分。我國現有瀝青路面設計規范中,雖然對瀝青混合料的配合比設計及厚度計算均作了較詳細的規定。但在瀝青混合料組成設計時所用的馬歇爾試驗,其穩定度還難于說明瀝青混合料的高溫抗車轍能力,更重要的是瀝青混凝土的室內動穩定度與實際道路上的車槽深度之間的關系目前還缺乏相關資料。對這幾年來河北省SMA瀝青路面比如石黃高速SMA路段、京秦高速SMA路段、石安高速SMA路段調查來看,瀝青混合料采用大粒徑的骨架密實型配合比設計對提高瀝青路面的抗車轍能力將有著重要作用。在中、下面層結構中采用大粒徑集料配合比,可有效地提高瀝青路面抗車轍的能力。而上面層采用改性瀝青的抗滑表層AK-13、AK-16后,既有利于防止環境條件對面層的侵蝕,也改善了瀝青混合料的施工性能,更有利于面層的壓實,同時也提高了瀝青面層的抗車轍能力,相反如果面層結構采用了不合理的結構組合形式或集料的強度、粒徑大小、級配組成等不合理,將會大大降低瀝青面層的抗車轍能力。所以合理的面層結構及厚度的設計將對車轍的產生具有直接的影響。目前,我國的研究人員在大粒徑瀝青混合料配合比設計的研究中已取得了一定的成果,這無疑對提高瀝青混合料的高溫穩定性和瀝青路面的抗車轍能力具有重要的意義。

3 預防瀝青路面車轍的措施

3.1 選用適宜的集料及礦粉

選用堅硬、安定、表面粗糙、顆粒接近立方體的與瀝青有較好粘附性的集料及采用石灰巖等石料磨細得到的礦粉,均可大大提高瀝青混合料高溫穩定性及瀝青路面抗車轍能力。

3.2 采用合理的瀝青混合料配合比

在瀝青混合料的配合比設計中,對瀝青路面車轍產生影響的因素,主要包括兩個方面:一是集料的級配組成;二是各種材料的配比。這兩方面均應按設計要求,以馬歇爾實驗及車轍實驗結果為依據進行確定,但對集料的級配組成在現有的規范范圍內盡可能地采用大粒徑較多的骨架密實型結構。對瀝青的用量則應選擇最佳瀝青用量范圍的下限。因為瀝青用量的大小對瀝青混合料的高溫抗車轍能力具有敏感性。

3.3 采用新結構、新材料

采用間斷型級配瀝青混凝土(如SMA結構)作為抗滑表層,面層采用連續級配的中粒式或粗粒式瀝青混凝土以承擔疲勞、耐久、防滲任務,這樣就可滿足抗車轍、抗裂、防水、抗滑、耐磨等要求。

SMA結構作為最近引起人們注意的一種新型抗車轍表面層,不僅在歐洲得到推廣應用,美國、澳大利亞、日本也已修筑了大量的SMA路面,我國在也首都機場和八達嶺高速公路有使用,在保津高速、京秦高速也都有實驗路段,但還須繼續深入研究,SMA是一種抗車轍能力強、耐久性能良好的面層混合料,主要用于重交通道路,而且多作為表面層。它是由軋碎集料和填充在骨架空隙的瑪蹄脂(瀝青、填料、纖維的整體)所組成的一種間斷級配瀝青混和料。值得補充的是,為了防止混合料流淌,以及能夠增加瀝青用量,減少粗骨料與瑪蹄脂的離析,常在生產過程中添加纖維穩定劑和(或)使用改性瀝育。SMA作為間斷級配混合料表面層,其高的粗骨料含量增加了碎石之間相互嵌擠而形成礦物骨架,阻礙混合料發生永久變形,從而大大改善瀝青路面抗車轍性能。首都機場高速公路表面層采用SMA結構,經現場取樣重塑試件車轍實驗發現其動穩定度值接近無窮大,遠優于普通密級配結構。

3.4 施工質量

瀝青路面在施工中,除了應嚴格按施工規范要求進行施工外,最重要的有兩點:一是瀝青混合料施工溫度的控制;二是瀝青路面的施工碾壓。瀝青混合料施工溫度控制包括料拌溫度、出廠溫度、到場溫度、初壓溫度,應嚴格按施工規范控制,尤其是拌和時要分別控制瀝青溫度、集料溫度,任何一個溫度控制不到位,都會影響混合料的性能。瀝青混合料溫度過高,易導致瀝青的老化,過低時又會給攤鋪碾壓造成困難。而及時有效壓實更是瀝青路面施工的最后一道工序,也是防止或減輕路面車轍的最重要的一個環節。所以,瀝青路面壓實機具的配備不僅要滿足施工的基本要求,而且要有足夠的數量和壓實功能的機具,以確保瀝青混合料攤鋪完畢后進行及時有效的壓實。

4 瀝青路面車轍的治理措施

在我國,由于高等級公路瀝青路面普遍采用半剛性基層,絕大多數車轍屬于流動型車轍和壓縮型車轍。對于壓縮型車轍,由于車轍淺,不影響使用,一般可不做專門處理,嚴重時可以通過熱拌瀝青混凝土找平轍槽,達到恢復路面性能的目的;而對于流動型車轍,目前還沒有經濟、有效的維修工藝,通常是銑刨、重鋪瀝青混凝土面層,或者采用熱再生養護維修工藝,而一般流動型車轍延續段落長(達到好幾公里)、涉及整個面層,采用這些工藝維修費用較高,對交通影響大,大面積應用需要特別慎重。

5 結 語

高速公路建成通車后的病害治理是目前公路建設管理的任務之一 ,在加強日常養護的情況下,也不能忽視道路的維修,如何在設計、施工、養護各個環節嚴密控制確保減少道路病害,增加其使用壽命將是每一個參與公路建設的技術人員應該思考并注意的問題。