重載交通條件下瀝青路面破壞模式的研究

摘要：對我國重載交通情況下瀝青路面的破壞類型進行了分析，通過分析可以看出瀝青路面破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置，表現為裂縫類破壞和車轍變形破壞。

關鍵詞：重載交通 車轍 彎沉

0 引言

重載交通，通常是指道路通車后交通量與累計當量標準軸次的比值(ESAL)大大超過一般水平，路面性能衰減超常規發展的現象。

公路建設有力地帶動了沿線經濟的發展，同時也使公路運輸結構發生了深刻的變化。路政資料表明，汽車運輸不僅是交通量增長快，而且軸載質量也顯著增大，重載車輛，特別是大幅度超限運輸車輛日益顯著增加，后軸從額定的100kN增加到180kN以上，輪胎充氣壓力從額定的0.7MPa增加到0.9MPa以上。一些進口車型如斯爾太、太脫拉等設計軸載達到單軸13t，雙聯軸26t，且出現三聯軸型式，輪胎最高設計內壓達到0.85MPa。據調查，河北省干線公路運輸車輛中，超限車輛占滿載車的80％左右，超限噸位一般為額定軸重的60-100％。河南省國省干線公路運輸貨車(空車除外)超限車輛占80％，特別是運煤車及礦業運輸車超限噸位一般為額定軸重的50～200％。調查中還發現載重25kN以上貨運汽車80％-90％都超限，尤其以運建材，長途運煤，運鋼材等重物的汽車超限最為嚴重。

1 工程背景

某公路全長約33km，分A、B兩段，所調查的A段為瀝青路面，全長7.16km，于1997年底竣工通車。它和廣東專門的油料裝卸碼頭土洋碼頭相連，是整個廣東省以及華南諸省的出油大通道，承擔著繁重的交通任務。其交通組成以大型油罐車為主，這些車輛不僅軸數多，而且重量都比較大，通常在40-50t以上，具有明顯的重載交通特征。

某公路為山嶺重丘區一級公路，公路平縱曲線較多，路基寬23m四車道。路面結構為：16cm水泥穩定石粉底基層，18cm水泥穩定石粉基層，5cm碎石下面層，3cm式瀝青混凝土由于交通量繁忙，路面出現了不同程度的破壞。自1997年竣工以來，路面未進行過大中修，僅在局部破損位置進行了修補。

2 調查方案

某公路調查的路段樁號為K33+30g～K34+300，由于交通異常繁忙，在路政部門的配合下，均選取左幅超車道和行車道部分進行調查。主要進行路面結構強度(彎沉)、車轍變形、裂縫等調查，并在典型地點進行鉆芯調查。

主要依據《公路路基路面現場測試規程》《JTJ059－95)，彎沉采用后軸100KN東風車和2臺彎沉儀進行測定，每20m測定一個點。同時，在選取路段內每10m進行橫向最大車轍測定，遇到異常情況時加密測點。對于路面裂縫，主要記錄裂縫的位置、形狀及幾何尺寸(長度、寬度)等。

3 調查結果分析

3.1 車轍分析 根據車轍實測結果，得到車轍變形小于15mm的占52％，車轍變形在15～25mm的占38％，車轍變形值大于25mm的占10％。從這個結果可以看出：被調查公路的車轍變形都比較大。通常認為，車轍變形量在15mm以上時屬于較嚴重變形破壞，車轍變形量在25mm以上時屬于嚴重變形破壞。在這條公路中，車轍變形量在15mm以上的分別占48％，且車轍變形最大值分別為34mm，說明在重載交通下其路面已發生嚴重車轍變形。

3.2 路面結構層模量分析 彎沉是反映路面整體剛度的指標，根據彎沉調查結果，兩條公路的彎沉都比較大，說明路面結構的承載能力發生了較大變化。為比較路面結構層模量的變化，通過實測彎沉值，采用BISAR程序計算在現有情況下瀝青面層和基層的模量值，并與建設初期面層、基層的模量進行比較。

3.3 路況評定

3.3.1 路面狀況等級評定 根據現場實測結果，按照《公路瀝青路面養護技術規范》中關于路面破損狀況評定的方法，計算路面狀況指數(PCI)，評定公路的路況。

對于公路調查路段，計算得到PCI=100-15x30.8^0.421=38.4，根據評價標準，公路路面狀況等級為差。

3.3.2 路面承載能力評定 由于路表在荷載作用下的彎沉值可以反映路面的結構承載能力，根據實測彎沉值還可以評價路面結構的剩余承載能力，它能預測現有路面的剩余壽命和分析路面出現損壞的原因。通常采用路面強度系數SSI=I_d/I_r行評價。

將調查路段的最大彎沉值按下式整理成該路段瀝青路面承載能力的代表彎沉值：I_r=(I_r+zs)K_tK_s將檢測結果經修正后代入代表彎沉值計算公式，得到公路調查路段彎沉代表值為101.44(0.01mm)。而公路的路面設計彎沉值分別為2491(0.01mm)。根據I_r和I_d值計算路面強度系數，對于這條公路，SSI=0.187。

根據評價標準，公路的路面承載能力也有明顯的下降，評定結果均為差。

3.4 路面結構鉆芯調查 主要在典型路段路表縱向裂縫處鉆芯取樣，可以看出，縱向裂縫上寬下窄，主要起始于路表；相應瀝青路面結構下承層(基層、底基層)完好，裂縫由上向下發展。從龜裂處鉆芯可知，芯樣基本不能成型，說明路面結構下承層已經碎裂，面層裂縫與基層裂縫貫通，裂縫一般由下往上發展。

4 瀝青路面損壞調查分析

檢測結果表明，兩條公路已經出現較大面積范圍的破壞，產生了明顯的車轍變形、縱向裂縫、橫向裂縫及龜裂等破壞現象，且這些破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置。

在1km單個車道的檢測路段內，公路存在龜裂56處、明顯縱向裂縫3處，龜裂折合面積將近950m²有的路段龜裂范圍長度超過50m，寬度方向已發展至路面邊緣：最長縱向裂縫將近20m。另外，車轍變形最大值達到30～40mm，尤其是這條公路，可以隨處可見路面大幅度的隆起、波浪和推移變形。

調查中也發現，某公路主要以裂縫，尤其是大面積龜裂居多；而BL公路則以永久類變形和縱向裂縫居多。這可能是兩個方面的原因：一方面，PX公路路面結構相對較薄：另一方面，相比來講，盡管單個重車軸載差別不大，這也說明在重載交通條件下，瀝青路面破壞將以縱向裂縫和永久變形為主。

根據現場調查結果，龜裂破壞具有如下特點：瀝青路面的龜裂通常由輪跡帶位置向路面邊緣發展，出現龜裂的路面伴隨有表面沉陷現象，裂塊尺寸和裂縫寬度較小，且相應路面結構基層基本碎裂。在重載作用下，基層首先產生疲勞開裂，裂縫一方面在基層內部發展，使基層出現碎裂破壞：另一方面往上向面層發展，導致面層底部產生疲勞裂縫，并由下往上擴展，最后使路面產生龜裂和沉陷等破壞現象。

現場調查結果表明，縱向裂縫破壞具有如下特點：起始于路表，上寬下窄，由上向下發展，很少伴隨有龜裂出現，相應路面結構基層完好。這說明在重載交通作用下，瀝青路面路表縱向裂縫是主要的破壞表現形式，主要和瀝青面層路表破壞有關。這可能是由于超重荷載超過其材料本身強度引起路面開裂，但更可能是由于在重復重載作用下路表產生疲勞破壞所致。

5 結語

通過對某公路兩條典型路段瀝青路面破壞調查分析得知，在重載交通條件下，瀝青路面破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置，表現為裂縫類破壞和車轍變形破壞。而裂縫類破壞主要包括縱向裂縫和網狀龜裂兩種形式。

本次調查著重對彎沉、裂縫及車轍進行調查。受交通條件的限制，其他路面病害(如坑槽、松散等損壞類型)未計入，每條公路也只著重檢測了1條車道。但從調查評定結果可以看出，被檢測公路在重載條件下產生了比較嚴重的破壞，具有較好的代表性，能夠反映出重載交通下瀝青路面損壞模式及主要特征。