長大縱坡路段抗車轍瀝青路面的設計及應用

王　玲

(保定市保通公路勘測設計有限責任公司　保定　071000)

長大縱坡路段抗車轍瀝青路面的設計及應用

王玲

(保定市保通公路勘測設計有限責任公司保定071000)

摘要針對瀝青路面特別是長大縱坡路段車轍的成因，分析抗車轍瀝青路面設計對策，包括瀝青路面結構層設計和瀝青混合料設計。實際應用表明，通過加大瀝青層厚度，優化瀝青混合料性能，能確保瀝青路面良好的抗車轍性能，促進路面使用性能提升。

關鍵詞車轍瀝青路面結構設計厚度設計

車轍是高速公路瀝青路面常見病害類型之一，尤其是在長大縱坡路段，車轍病害往往更加嚴重。車轍不僅影響路面外形美觀，還會對車輛正常通行帶來不利影響，甚至引發交通安全事故。目前在高速公路路面設計和施工中，幾乎還沒有對長大縱坡路段路面結構進行專門研究，影響路面結構質量提高，對高速公路運營管理也帶來不利影響。本文結合工程實例，對長大縱坡路段路面結構設計進行探討分析，并提出抗車轍路面結構設計對策，希望能夠為實際工作提供指導與借鑒。

1瀝青路面車轍的成因

根據現場調查分析，高速公路長大縱坡縱向車轍在坡底及坡頂段表現最為嚴重，并且車轍分布情況與坡度、坡長有密切聯系，呈先增長后平緩再增長趨勢。一般坡度越大，車轍變形越大，當坡度較小而坡長較大時，坡頂車轍變形往往比較大。從車轍橫斷面來看，車轍在輪跡帶凹陷，兩邊伴有隆起現象，呈W形。車轍在外觀上表現為路面變形，瀝青混合料在車輛荷載反復作用下，會產生較大剪應力和壓應力，當荷載超出混合料承受能力時，路面會出現車轍。尤其是在高溫條件下，在車輛荷載影響下，瀝青及瀝青膠漿會出現流動現象，由于受到剪應力的影響，混合料會出現剪切流動變形現象[1]。因此，瀝青路面車轍可以看成是壓應力與剪應力綜合作用的結果。對瀝青路面結構進行研究，主要目的是掌握混合料性能，優化混合料的材料配置和瀝青路面性能，為提高路面綜合性能，有效預防車轍現象提供參考。

2抗車轍瀝青路面的設計對策

由于車轍可以看成是剪應力和壓應力共同作用的結果，結構設計過程中，要從瀝青路面結構設計和瀝青混合料設計入手，綜合采取有效對策，提高路面工程質量，預防車轍現象發生。

2.1　瀝青路面結構設計

與平坡路段相比，長上坡路段瀝青層承受的剪應力更大。針對這種情況，在抗車轍設計過程中，不僅要嚴格遵循相關規范要求，還要對路面結構受力情況進行全面考慮。一些學者建議采用加大瀝青面層厚度的方法，以避免結構性車轍現象發生，使路面損壞僅限于頂部25~100 mm處，并定期進行路面銑刨，罩面修復，保證瀝青路面使用性能。

(1) 瀝青層組合設計。對長上坡路段瀝青路面來說，瀝青層是最主要的承重層，車輛通行后，瀝青路面會受到較大的水平推力和剪應力，最終導致車轍問題發生。通過大量的調查和實證研究表明，如果瀝青面層厚度足夠大，裂縫和車轍只會停留在瀝青面層和表層，通過對這些表面裂縫和車轍的處理，可以實現路面加固的目的，進而延長路面使用壽命。根據該研究成果，一些學者建議設計容易維修、標準荷載、安全耐久的長壽瀝青路面，這樣不僅可以延長瀝青路面使用壽命，還能預防瀝青層底開裂現象發生，有效預防路面車轍問題出現。長壽瀝青路面結構體系通常采用以下設計方式：70~100 mm厚的HMA基層、100~175 mm厚的中間層、40~50 mm厚的面層，以提高瀝青面層質量，促進車輛順利通行。另外，采用該瀝青面層設計方式，中間層可以起到連接和擴散荷載的作用，HMA基層能消除疲勞破壞，確保路面基層結構的穩固與可靠。通常高速公路瀝青路面輪載下100~150 mm是高受力區，容易發生車轍等病害，最大拉應變產生在HMA基層底部，因而設計和施工中需要加強該層的彎拉應變控制，防止路面結構層受損[2]。根據高速公路施工建設基本情況，為提高瀝青路面工程質量，實現對車轍的有效預防，建議上面層采用SBS改性瀝青的SMA13型混合料，中面層采用RA抗車轍改性瀝青的AC-20C型混合料，下面層采用90號普通瀝青的AC-25型混合料。采用這種路面結構形式，既能滿足瀝青路面結構厚度要求，也能提高路面結構強度，促進工程質量提高。

(2) 瀝青層厚度設計。瀝青層厚度設計首先要滿足力學設計要求，根據設計規范標準，保證瀝青層厚度與混合料最大粒徑匹配，更好滿足施工需要。根據瀝青路面早期損壞研究成果，考慮車輛荷載情況和路線經過地區的氣溫條件，長上坡路段高速公路瀝青路面瀝青層總厚度應該大于或等于18 cm。

2.2　瀝青混合料設計

提高混合料設計性能，既能滿足路面結構設計要求，還能提高路面荷載，增強路面剛度和抗裂能力。根據車轍變形監測結果得知，車轍通常出現在路面以下10 cm范圍內，低于路面以下18 cm的混合料，車轍幾乎不會對其產生影響。就瀝青路面結構來說，混合料變形主要由材料側向引起，如果基層具有足夠承載力，混合料剪切力不足，容易導致混合料出現橫向變動，對車轍帶來較為嚴重的負面影響[3]。因此，為提高混合料的高溫穩定性，應該確保粗細集料具有良好的棱角性，并讓粗細集料形成嵌擠結構狀態，應用性能良好的改性瀝青和抗剝落劑，確保瀝青面層壓實度良好，孔隙率適當，承受力合格，促進混合料抗車轍性能提高，保證整個瀝青路面工程質量。

3抗車轍瀝青路面設計的應用

3.1　應用對策

研究表明，骨架密實型級配抗車轍能力良好，根據該設計方案，按照多級嵌擠密級配設計方法，以邢臺-衡水高速公路K12+000~K15+210段混合料設計為例，設計中面層抗車轍混合料。由于結合料的類型對瀝青混合料抗車轍性能具有一定影響，在設計過程中，對90號瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、RA抗車轍劑瀝青混合料路用性能進行試驗，測試結果見表1。

表1　3種不同瀝青混合料路用性能指標測試結果

由表1可見，RA抗車轍劑瀝青混合料的動穩定度、馬歇爾穩定度、浸水馬歇爾穩定度、殘留穩定度、未凍融和凍融劈裂強度、劈裂強度比、彎曲試驗破壞應變等指標，都滿足規范要求，并且綜合性能要比其他2種材料更好。另外，RA抗車轍劑能顯著改善混合料的高溫穩定性，不僅可以明顯提高瀝青混合料的高溫性能，還能改善瀝青混合料抗變形能力，促進混合料綜合性能提升。這表明RA抗車轍劑瀝青混合料能顯著提高瀝青路面抗車轍能力，是優良的抗車轍混合料。

3.2　應用效果

RA抗車轍劑施工包括混合料拌和、施工、攤鋪、碾壓、接風處理等工序，常用“干法”拌和施工，“干拌”時間8~10 s為宜，然后加入瀝青濕拌約45 s，讓改性劑迅速熔化，提高混合料綜合性能[4]。此外，整個施工過程中還必須加強溫度控制，見表2。

表2　RA瀝青混合料溫度控制標準　℃

礦料加熱溫度175~185 ℃，混合料出料溫度170~180 ℃，混合料攤鋪溫度大于等于155 ℃，碾壓溫度大于等于150 ℃，碾壓終了表面溫度大于等于70 ℃。試驗段施工完成后對路面性能進行檢測，結果表明，RA抗車轍劑瀝青路面強度、水穩定性各項指標均大幅提高，抗滑性能良好，路面滿足使用要求。通過觀測路面抗車轍能力試驗結果，其動穩定度在10 000次/mm以上，而改性瀝青混合料僅為4 000次/mm，90號瀝青混合料僅為3 500次/mm，對比分析可以得知，RA抗車轍劑混合料抗車轍性能良好。此外，RA抗車轍劑混合料的成本比SBS混合料低，性價比優，在瀝青路面設計中值得推廣和應用。

4結語

瀝青路面抗車轍性能與路面材料、路面結構有著密切的聯系。路面車轍在外觀上表現為路面發生變形現象，根本原因是路面結構荷載較低，難以承受行車荷載。因此，為提高瀝青路面抗車轍性能，應該從瀝青路面結構設計和瀝青混合料設計2個方面入手，對路面結構和工程建設基本情況進行全面分析，加大瀝青層厚度，延長瀝青混凝土使用壽命。同時還要優化瀝青混合料級配與膠結材料性能，增強混合料的高溫穩定性，促進瀝青路面抗車轍能力提升。此外，在施工中，還要做好瀝青混合料的攤鋪、碾壓工作，加強各施工環節的質量控制，提高瀝青路面綜合性能，有效預防車轍現象發生，為車輛安全順利通行創造良好條件。

參考文獻

[1]麻麗妹,王強.抗車轍瀝青路面技術應用研究[J].公路交通科技,2010(11)：77-78,101.

[2]張宇.抗車轍瀝青路面的設計及應用研究[J].交通科技,2014(1)：72-75.

[3]柳浩,楊麗英.抗車轍技術在北京路面工程中的應用[J].公路交通科技,2008(9)：150-154.

[4]危強.山區長大縱坡路段抗車轍瀝青混合料的設計及應用[J].交通標準化,2013(24)：34-39.

Design and Application of Anti Rutting in

Asphalt Pavement in Long and steep sections

WangLing

(Baoding Bao-tong Investigation & Design Of Highway Co., Ltd, Baoding 071000, China)

Abstract：This paper introduces the causes of asphalt pavement rutting, especially in long and steep sections,pavement design and analysis of anti rutting asphalt, mainly including the asphalt pavement structure layer design and asphalt mixture design. Application results show that the addition of Dali green layer thickness and optimization of asphalt mixture performance can ensure good performance of anti rutting of asphalt pavement, and improve pavement performance.

Key words:rutting; asphalt pavement; structure design; thickness design

收稿日期：2015-09-10

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.031