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沥青路面车辙调查及影响因素分析
2024年01月10日    阅读量:80651    新闻来源:《山西建筑》  |  投稿

摘要:

高速公路沥青路面在气温及荷载等作用下,早期易出现车辙病害形式,影响行车安全。对某高速公路沥青路面进行现场调研,通过检测车辙深度、调查轴载、钻芯取样分析路面各结构层厚度、沥青及集料级配等,对车辙病害的原因进行详细的分析。结果表明,在重载作用下沥青路面上面层、中面层厚度变化较大,轮迹带部分粗集料被碾压破碎,导致集料细化。为减少车辙的产生,从管控超载、选用改性沥青及采用合理集料级配等方面提出建议。


关键词:车辙深度;沥青路面;集料级配


0 引言


广西地处亚热带气候区,常年气温高、降雨量大,许多高速公路沥青路面早期破坏表现为车辙的形式,车辙位置容易积水,影响行车的舒适度及安全性。本项目以区内某高速公路沥青路面为调研对象,通过现场车辙检测、交通量资料分析及现场调研、钻芯取样室内试验等方面的工作,对车辙病害的原因进行详细的分析,并为后期制定合理的养护管理方案提供建议。


1 工程概况


该高速路已建成通车 8 a,为双向四车道沥青路面,检测路段里程桩号为 K31 + 000—K42 + 282。路段内面层结构为 4 cm 厚 AC - 13C 上面层 + 6 cm 厚 AC - 20C 中面层 + 8 cm 厚 AC - 25C 下面层,基层为 25 cm 厚 5% 水泥稳定碎石,下基层为 20 cm 厚 4% 水泥稳定碎石,底基层为 20 cm 厚级配碎石。为充分了解路面状况,为后续旧路罩面提供基础数据,进行车辙检测。


里程编号按设计图纸规定起终点桩号,以小往大方向前进,如:K31 + 000—K32 + 000,按线路前进方向分左幅(下行)和右幅(上行)。车道编号规则由左右幅和顺序号组成,车道顺序号沿中间带往路肩方向递增原则编号,如图 1 所示。

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2 车辙深度检测及分析


2. 1 检测方法


路面车辙采用智能道路检测车配置车辙测量系统进行检测。车辙测量系统由红外激光发射器(安装于车身尾部上方)和 2 台 MDR26 接口 CCD 相机组成,在同步控制器的触发控制下对道路变形进行测量。通过对相机拍摄的线激光在路面上的形变情况进行取点分析,可以检测出道路变形、左右车辙深度等道路病害信息。


2. 2 检测结果及评价


对左右全幅路面四车道进行检测,检测每公里车辙平均深度结果统计如表 1 所示,车辙深度占比如表 2 所示,车辙深度随里程变化对比示意图如图 2 所示。

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图片根据表 2 数据可知,该路段车辙深度 90% 以上集中在 5 mm ~ 15 mm,说明该路段养护状况良好,路面相对平整,根据养护技术规范,后续可直接进行表面填充处理。同时,从图 2 可看出,该公路左幅车道的平均车辙小于右幅车道的平均车辙,这主要是由于道路起点方向盛产石灰岩,右幅(上行) 车道较多满载运石车辆,从而使得车辙病害相对较深。此路段超车道与行车道车辙深度相差不大,主要是因为车流量较大,车道相对少,行车道与超车道的交通量没有过大区别。


3 轴载调查


对该路段通车以来的交通情况原始数据进行调查分析,发现交通增长率远远超过设计时的 5% ,达到 9. 6% 。通车时间尽管只有 8 a,已达到根据路面结构设计软件的计算结果:从通车至首次针对车辙维修的期限内,设计车道上的当量设计轴载累计作用次数 2 460 万次。


选取具有代表性的路段在双向车道各布设 1 个调查观测点,进行 24 h 连续不间断监测,主要调查内容是交通量、流向、车(轴)类型及分布比例,发现重载情况较为突出,造成沥青混合料层永久变形量较大。


4 路面结构调查及分析


为进一步分析路面结构情况,按照规范对该检测路段进行钻芯取样,根据具体芯样检测路面成型厚度、结构层层间的黏结情况、混合料力学性能、沥青含量、颗粒级配等情况,以此评估路面质量。由于篇幅限制,本文只截取部分代表性数据进行分析。


4. 1 厚度统计


分别从左右幅芯样中各取一个,对路面结构层厚度进行分析,如表 3 所示。

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在表 3 中可以看出,各结构层黏结情况较好,钻芯测得各层厚度与设计施工时差异不大,说明该路段施工时质量控制较好。右幅 K38 + 754 处芯样上面层 AC - 13C、中面层 AC - 20C 和下面层 AC - 25C 的厚度分别减少0. 3 cm,0. 2 cm 及 0. 3 cm,减少幅度分别为 6. 0% ,3. 3%及 3. 8% ,可见上面层厚度变化最为明显,这主要是上面层直接受到车辆荷载作用,集料粒径小,抵抗车辙作用相对较差。


4. 2 沥青混合料密度试验及马歇尔稳定度试验


对钻取的芯样,依据 JTG E20—2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[1]分别检测芯样的密度、空隙率、稳定度、流值等参数。空隙率、稳定度、流值等技术指标参数,试验结果如表 4 所示。


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从以上数据看,面层芯样空隙率比设计值略小,这是因为车 轮 荷 载 重 复 碾 压 的 作 用。稳 定 度 值 都 大 于8. 0 kN,流值基本在 1. 5 mm ~ 4 mm 范围内,说明整体抗变形能力尚可,仍能满足使用要求[2 - 3]。但由于自然因素作用以及繁重的交通状况,芯样中可看出沥青无光泽、粘弹性较差,导致沥青路面的弹性模量丧失较为严重,变形无法及时恢复,从而造成永久性的车辙病害,影响路面的使用寿命。


4. 3 沥青含量试验


通过对钻取芯样进行沥青含量抽提试验,结果如表5 所示。


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从表 5 沥青抽提试验数据可知,各结构层的油石比在 4% ~ 5% 之间,与施工时采用的油石比差距不大,未出现明显的沥青流失现象,说明车辙病害的出现不会改变混合料的油石比。根据该路段建设阶段施工资料,AC - 13C 用的是 SBS 改性沥青、AC - 20C 和 AC - 25C 用的是 70 号基质沥青,路面施工质量控制得较好,这也是沥青未出现流失的主要原因[4 - 7]。


4. 4 矿料级配组成


通常认为集料间的嵌挤力是影响混合料抗车辙能力的重要因素之一。对某个芯样抽提沥青后进行矿料的筛分,判断车辙处集料发生的变化情况,如表 6,图 3所示。


图片集料级配决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料的密实程度,直接影响沥青混合料的高温稳定性,考虑到此因素,该路段在施工时集料配合比设计粒径偏粗。通过图 3 对施工时集料通过率与芯样集料筛分分析对比发现,9. 5 mm 筛孔通过率达到 86. 4% ,超出了规范的上限85% ;4. 75 mm 筛孔通过率达到 57. 5% ,超出设计时的47% 。这主要是沥青混合料在重载的长期作用下,轮迹带部分粗集料被碾压破碎,导致集料细化,改变了原有的级配。


5 结论及建议


根据上述分析,针对高速公路沥青路面存在的早期车辙问题,建议从以下几个方面进行改善:


1)对超载车辆的控制。沥青路面的承重能力相对不高,尤其在高温条件下,沥青混合料发生软化,在重载重复作用下,面层易发生车辙等永久变形,需在高速公路入口对超载车辆严格管控,避免对路面的破坏。


2)优质沥青的选用。在广西,由于高温持续时间长,修建沥青路面时应优先考虑选用具有较好抗高温、抗变形能力的改性沥青用在上面层和中面层,以改善其高温抗变形能力。


3)采用骨架密实型级配。集料的颗粒级配是沥青路面的高温性能的重要影响因素,采用骨架密实型级配,既可以增大材料的密实度,减小空隙率,也可以利用骨架集料之间的嵌挤力来增加沥青混合料的内摩擦力,减少沥青面层的早期车辙。


参考文献:

[1] 中华人民共和国交通运输部. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程:JTG E20—2011 [ S]. 北京:人民交通出版社,2011.

[2] 中华人民共和国交通运输部. 公路工程质量检验评定标准:JTG F80 / 1—2017 [ S]. 北京:人民交通出版社,2017.

[3] 中华人民共和国交通运输部. 公路沥青路面施工技术规范:JTG F40—2004 [ S]. 北京:人民交通出版社,2004.

[4] 沙中骥. 基于不同车辙深度下路面残余应力状态的高速公路车辙处治方案研究 [ J]. 公路,2019(10):278 - 283.

[5] 万娟霞,马岢言,李自齐. 河西地区沥青路面车辙病害原 因 及 防 治 措 施 [ J]. 山 西 建 筑, 2021, 47(17):108 - 110.

[6] 徐佳骏. 宁宿徐高速公路车辙病害处治技术研究[D]. 扬州:扬州大学硕士论文,2018.

[7] 张征宇. 高速公路沥青路面车辙发展规律及影响因素分析[ J]. 交通科技,2021(3):36 - 39.



标签:今日头条综合论文技术中心沥青混凝土
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