公路沥青混凝土路面车辙成因和对策

2022-09-21 16:44:25 来源:写作指导

摘要:近年来,我国各种公路工程项目逐步增多,公路运输网络逐步完善,在使用过程中极易受到各种因素的影响,导致出现路面车辙病害。路面车辙病害的原因有很多,通过对京新高速(G7)新疆境内大黄山至乌鲁木齐段公路改扩建项目进行研究,对原有路面的车辙成因进行分析,并制定施工时的防治措施,以提高后续路面工程施工的使用性、行车舒适性和使用寿命。保障公路工程经济效益与社会效益双目标的实现。

关键词:沥青路面车辙;成因分析;防治措施

0引言

随着科学技术的迅速发展,交通建设工程逐步增加。在道路工程施工中,沥青路面的应用最为普遍,沥青路面受到施工技术、环境以及交通量、载重量的影响,出现不同程度的病害,特别是路面车辙病害。车辙的病害产生不仅影响到路面的行车安全性、舒适性,还会随着车辙的不断发育,使路面病害进一步恶化、降低使用寿命。因此,对沥青混凝土路面车辙的成因进行分析,制定出防治措施具有重要的意义。

1车辙的定义

车辙是指车辆在道路路面上行驶后,通过荷载留下的车轮压痕,是评价路面周期性的一项重要指标。路面车辙的深度直接影响了路面的通行安全性、车辆行驶的舒适度及使用年限。

2产生车辙的机理过程及种类

2.1产生车辙的机理过程

沥青混凝土路面出现车辙是在不断的荷载作用下产生的一种累积变形,极易在高温环境下造成车辙现象的发生。通过三个阶段对车辙的形成过程进行划分,第一阶段为沥青路面的初始压实阶段、第二阶段为沥青混凝土的塑性流动阶段、第三阶段为沥青混合料的矿架结构剪切、破坏阶段。车辙的形成阶段图见(图1)。

2.2公路沥青路面车辙种类

沥青混凝土路面在长期的使用过程中,极易出现各种病害,其中车辙病害极为常见,在路面投入使用以后,长时间受到车辆荷载的反复碾压作用,自然因素的影响等,出现变形,极易形成车辙病害。根据目前公路沥青混凝土路面车辙病害的具体情况来看,根据其形成原因的差异性,主要包含以下类型:①失稳型车辙。②结构型车辙。③压实型车辙。④磨耗型车辙。

3沥青路面车辙成因分析及防治措施

3.1成因分析

3.1.1温度

乌鲁木齐地区夏季日照时间长,在高温状态下,沥青路面经车辆荷载往复作用,沥青混合料便会产生在高温下失稳的状况,进而形成车辙。外部温度对路面车辙影响较大,主要为当温度升高时,沥青的抵抗蠕变的能力变小,,很容易产生在受外力时造成的永久剪切变形从而导致沥青材料横向移动,加快车辙形成;当路面含水量增加或出现积水现象时,沥青混合料的粘结力会在潮湿环境下出现削减或破坏,在内部水分和车辆荷载的作用下,导致车辙的形成。特别是温度上升至40℃以上时,轮迹带位置处的竖向位移快速增大、沥青混合料的流动性逐渐增大。从而造成沥青路面车辙现象的发生,造成路面破损。

3.1.2荷载

乌鲁木齐地处祖国边陲,进疆道路匮乏,主干线偏少。随着国家经济快速的发展,大型车辆数量逐步增加,且车辆超载现象较多。车辆轴载和胎压的变化势必会引起其接地压力的变化,且接地压力随轴载和胎压的增加而逐渐增大,在反复的荷载作用下,路面产生累计塑性变形,从而造成路面剪切破坏。

3.1.3原材料

原材料也是影响车辙的重要方面之一,沥青材料的高温稳定性差,在夏季高温及日照时间长的条件下很容易造成永久性变形。集料的压碎值指标偏高,造成荷载下抗压碎的能力降低,从而造成车辙产生。

3.1.4矿料级配不合理

沥青混合料的矿料级配偏细,细集料偏多,粗集料处于悬浮状态,无法形成骨架结构,从而降低混合料的抗车辙能力,在施工过程中容易出现推移、臃包现象的产生,导致路面在荷载的作用下容易产生变形,造成路面破损。

3.2预防措施

3.2.1合理选用沥青材料

通常在路面设计时为综合考虑经济的情况下,下面层一般选用普通道路石油沥青,为改善下承层抗车辙能力,在普通道路石油沥青中掺加抗车辙剂,抗车辙剂的掺加量为沥青用量的3‰的(按重量计),能够有效提高下承层的抗车辙能力。对比见表1。同时考虑重载车辆及交通量的影响,避免沥青路面出现车辙现象,施工时路面中、上面层控制尤其重要。在中、上面层配合比设计时,骨料采用质地坚硬的玄武岩,沥青采用SBS1-B改性沥青,加强沥青与骨料的粘结力,增强混合料高温稳定性和低温抗裂性,从而提升沥青面层的抗车辙能力。

3.2.2调整矿料级配

我国现行标准《公路沥青路面施工技术规范》中连续密级配曲线范围较广,根据新疆特殊地理环境及本项目道路等级为特重载高速公路等级,为有效提高路面抗车辙能力,配合比设计中根据实际情况制定适合本项目的级配曲线范围,以上面层AC-13C为例。粗型密级配关键性筛孔2.36mm孔径质量通过率不大于40%,施工技术规范中关键性筛孔2.36mm孔径质量通过率中值为37%,选用配合比设计中关键性筛孔2.36mm孔径质量通过率中值为27.5%,通过关键性筛孔质量通过率及级配范围对比见表2,现行标准中级配范围明显偏细,故采用设计图纸中矿料级配选用偏粗型连续级配设计沥青混凝土配合比,增加粗骨料比例,同时严格控制粉胶比。从而提高沥青混凝土的高温稳定性,能够有效的提高路面抗车辙能力。

3.2.3试验比对

根据设计理念,本标段根据施工技术规范选定曲线(图2)和优化后的选定级配曲线(图3)进行对比(表3),并对两组级配曲线进行试验检测,施工技术规范确定最佳沥青用量为:4.94%,优化后的级配曲线确定最佳沥青用量为:4.76%。并对两组AC-13C沥青混合料进行试验,其他检测指标均满足设计要求,施工技术规范曲线动稳定度结果为:5400(次/mm),选用级配曲线动稳定度结果为实测值:8900(次/mm)以>6000(次/mm)表示,具体检测结果见表4,车辙动稳定度结果有显著提高,能够有效预防车辙病害的产生,提升路面抗车辙能力。

3.2.4沥青混合料的摊铺

在铺筑沥青面层前,下承层质量必须满足各项技术要求。因此,在施工前要对其下承层质量进行验收。上面层摊铺厚度控制采用非接触式平衡梁装置,实行等厚控制。在摊铺过程中混合料供应需连续不间断,采用两台相同型号摊铺机梯队作业,两台摊铺机的间距不宜超过10m。纵向搭接的宽度不宜大于10cm。摊铺机的熨平板不能留有缝隙,要嵌合紧密,为了避免出现条痕,每次摊铺前0.5-1h加热熨平板温度100℃以上。同时减少混合料离析现象,摊铺机的两侧的混合料要保持有高于2/3高度。要根据摊铺的速度及时调整螺旋布料器,保持速度稳定运转,确保混合料均匀,满足施工级配要求。

3.2.5沥青混合料的碾压

为达到很好的压实效果,严格按照试验段总结的参数进行控制,确保压实效果。沥青路面的压实分为三个阶段,即:初压、复压、终压。碾压方法应遵循“高温紧跟、匀速慢压、高频低幅、先边后中”的原则。混合料摊铺完成后要在温度较高的状态下开始碾压,碾压温度下降过快,影响沥青路面的压实质量。为保证在一定温度损失下完成碾压,配备压实设备不少于6台。碾压完成后并做好成品保护。

4效果跟踪

在公路沥青混凝土路面车辙的检测中,平整度是一项重要检测指标,也是判定公路工程通车后质量的一项重要内容。因此,通过公路路面验收时的平整度标准差与半年后跟踪检测路面标准差进行对比(表5),通过不同时段的检测结果来看,通车半年后未发生路面车辙及变形现象,充分表明通过合理选用材料、优化矿料级配组成,加强施工过程管控,能够有效的消除沥青路面车辙现象的发生。提升了公路行车舒适度及安全度。

5经济及社会效益

本标段改性沥青路面混合料约25万吨,通过优化级配,降低了沥青用量,每吨沥青混合料节省沥青1.8㎏,共计节约沥青约450吨,改性沥青价格按4200元/吨计算,共计节约成本约189万元,实现了降本增效的经济价值。同时,通过大量试验,不断优化混合料配合比,施工过程中严格质量管控,有效的防止车辙病害的产生,确保了路面工程实体质量及道路行车安全。增强企业社会责任,为企业带来更大的社会效益。

6结语

综上所述,公路路面车辙病害是一种最为常见的病害类型,一旦出现这种病害,就会严重影响公路工程的正常使用,使公路通行面临着较大的安全隐患。通过对车辙病害的原因进行分析,制定相应的防治措施及过程管控,以避免车辙病害的出现,减小其病害威胁,保证公路工程的安全通行,提高道路的舒适性、使用安全性和使用寿命。因此,需要根据各地区的不同大气温度、环境湿度、道路等级等因素,合理选择沥青路面材料种类、矿料级配选用和施工工艺等,在施工过程中加强过程管控,确保路面施工成品质量等综合管理,才能有效减少车辙病害的形成。

参考文献:

[1]《京新高速公路(G7)新疆境内大黄山至乌鲁木齐段改扩建工程第四合同段施工图纸》第三册(一分册).

[2]张良,张华,周兴政.沥青路面车辙形成机制与过程控制研究[J].新疆公路交通科技(应用技术版),2017,13(04):94-96.

[3]李会湘,姜云峰.浅析沥青路面车辙影响因素及防治措施[J].新疆公路交通科技(应用技术版),2017,13(01):23-24.

作者:李自友 单位:中铁十七局集团第三工程有限公司