摘要:随着汽车量的增加,人们对道路运输的要求也不断提升,更加要求行车的安全性与舒适性。沥青路面维修成本较低,可以保证优良的行车体验,逐步成为我国高速公路的主流路面形式,但在使用期间却经常发生车辙病害问题,对此,施工企业应针对车辙的具体类型,确定合理的养护对策,以提高行车质量。
关键词:公路沥青混凝土路面;车辙;病害检测
1 引言
车辙是沥青路面最为常见的病害之一,主要是沥青路面在高温时期,在车辆的重载作用下出现的结构性病害。在干线公路、市政道路交叉口,由于交通量大、重载情况严重,加之车辆在此区域启停、制动、转向,导致交叉口车辙病害严重,影响行车安全性和舒适性。因此有必要对交叉口车辙病害进行及时处治,恢复路面原有使用性能,确保路面的行车安全和结构耐久性。
2 车辙形成的机理
2.1 黏弹性变形
单次车辆对沥青路面荷载作用时间短,其所引起的沥青混合料黏弹性变形并不十分显著,但是随着交通量的增大及重载超限车辆的增加,“加载-卸载”循环过程所需时间大大减少,上一加载过程所产生的黏弹性变形还未充分恢复便进入下一加载过程,待变形量累积至一定程度便引发路面车辙病害。大纵坡路段坡度大、行车速度缓慢,引起的沥青混合料黏弹性变形和残余变形比正常路段更大,并在重复荷载下导致更大的累积变形和车辙的出现。随着温度升高,沥青混合料胶浆软化速度加快,其对沥青混合料的黏结性及混合料结构强度不断降低,在荷载影响下必然引发变形。所以,在研究大纵坡路段沥青路面车辙病害时,必须加强对混合料黏弹性变动趋势及影响因素的分析,以全面认识沥青路面车辙形成机理。
2.2 剪切变形
车辆行驶速度与车辆荷载作用时间存在很大相关性,车速越快,引起的沥青路面蠕变时间越短,蠕变量也越小。根据应力膨胀理论和蠕变速率模型,大纵坡路段沥青路面坡度越大。因应力增大而容易引发车辙病害外,还会在车速减缓导致应力作用时间延长的情况下,加剧车辙病害程度的扩大。
3 抗车辙施工技术
3.1 优化沥青混合料设计
首先应优化级配,采用S型嵌挤密级配模式,提高沥青混合料的高温稳定性。其次应采用GTM设计方法,模拟交通路面的真实受力状态,采用高温性能优良的沥青混合材料,并针对性采用减少车辙的处理方法,比如可以将沥青路面的上面层与中面层采用双层改性沥青,引入GTM设计理念,降低沥青使用量。在处理车辙时应在中面层与下面层未发生推挤流动变形时进行。其次应适当减少沥青使用量,确定最佳比例,提高沥青与其他混合料的稳定度。最后应确定合理的粉胶比,一般控制在1.3～1.7,当无法达到标准时,应通过级配调整方法进行优化。
3.2 路面结构
沥青路面是大纵坡路段主要的承力层,其在承受较大的正向交通荷载压力的同时,还承受着较大的水平推力,进而在沥青面层内形成加大的剪应力。借鉴国际上典型的长寿命、永久性沥青路面结构设计理念进行大纵坡路段沥青混合料设计能有效降低沥青路面开裂的概率,避免结构性车辙的出现,并使大纵坡路段路面破坏仅存在于表面层,不会延伸至下面层和基层结构,有效避免路面使用年限内发生结构性破坏,而仅通过定期的表面铣刨、罩面、微表处等养护便可恢复路面性能。
为此,该高速公路某互通连接线大纵坡路段主要采用 SMA13-SBS改性沥青混合料上面层+AC-20C-PR-PLAST 抗车辙剂沥青混合料中面层+AC-25C 沥青混合料下面层的结构设计,并将各面层厚度控制在混合料最大公称粒径的2.5～3.0倍,根据工程所在地区气候条件及环境温度,大纵坡路段抗车辙沥青面层总厚度应不超出 18cm。
3.3 路面车辙维护养护
1)流动型车辙的铣刨拉毛。流动型车辙的深度较大,此时采用全置换与全铣刨技术会消耗较大资金,且不易大面积实施。且流动型车辙发生于整个沥青面层中,铣刨时不易分层,会混合不同面层材料,摊铺时无法保证材料级配,影响了维修质量。对此,施工企业应采用降低车辙深度与恢复路面性能的方法,铣刨拉毛车辙隆起部分,恢复路面的使用性能。2)结构性车辙的罩面维修。当出现结构型车辙时,施工人员应铣刨并重新罩面,对于破坏较为严重的路面路基应挖除基层后重新换填,并铺设新的沥青面层。在维修养护过程中,施工人员还应严格做好防水层与粘结层的施工工作,避免再次出现水损害与车辙问题。通过罩面的使用可以改善路面的使用性能,在罩面前应先进行铣刨,对于受破坏严重的基层还应先完成基层处理。3)进行路面现场热再生。我国沥青道路的养护需求不断增加,且随着人们环保意识的增强,沥青路面养护期间开始广泛采用现场热再生技术。此技术可以保留沥青的组成与性能,确保骨料的完好性,充分利用旧料。同时,热再生设备可以生产质量水平较高的沥青混合料,节省了运营成本,也减轻了对交通的影响。热再生技术主要适用于以下路面情况,路况质量较好,但沥青混合料接近老化;路面车辙深度小于25mm,当车辙深度大于25mm时,还应铣刨过高部分,再进行路面热再生。需要注意的是,热再生技术的使用要求路面基层的完好性,当基层损坏严重时不得使用此技术,应先挖补基层后再利用沥青混合材料铺筑,之后采用热再生技术。
3.4 水稳定性试验
沥青混合料主要是由一定比例下的沥青以及碎石等混合而成的,沥青混合料的水稳定性即其内部的粘附层中沥青被水置换之后导致的沥青剥落程度,水稳定性随着剥落程度的增加而有所降低。对于沥青混合料的水稳定性增强措施可采取以下两种方法:(1)减少沥青混合料内部被水渗透的程度,避免水分进入到沥青和集料所形成的界面;(2)增强沥青粘附集料的能力,使集料的粘聚力有所提高。
3.5 疲劳试验
在长期车辆荷载的作用下,沥青路面将会处于交叉变化的应力应变状态,从而导致路面结构强度有所降低,进而不断积累变形。当荷载作用次数大于某一范围时,路面结构将会在荷载作用下产生超过结构抗力的应力,从而导致裂缝出现,最终出现疲劳开裂。对于路面结构而言,在荷载的长期作用下,其路面层将会因直接接触车轮而受到压力作用,在车轮以外的区域则受到拉力,两部分区域受到不同的力作用,从而在两部分受力的交界处出现破坏,即在此出现疲劳开裂现象。
4 结束语
当前高速公路沥青路面出现不同程度的车辙病害问题,降低了路面的平整度,影响了行车的安全性与舒适性。对此,施工企业应合理分析车辙产生的具体原因,结合实际情况确定技术检测与防治措施,合理选择预防性与维护性养护方案,以切实提高路面的使用性能,延长路面的使用寿命,降低维护成本,为企业带来更大的经济效益。
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