公路改擴建中瀝青舊路面的性能評價指標研究

寇　亮　穆雪野

摘要:在高速公路擴建工程中需要對部分舊路進行選擇性的保留利用,以節省工程造價。而對舊路的路況進行評價,是決定其去留的關鍵所在。文章對擴建工程中舊路的路況評價方案進行了研究,分析其存在的不足之處,提出應對舊路瀝青混合料路用性能進行評價。

關鍵詞:改擴建;瀝青路面;性能評價;路用性能

當公路加寬或由于線形需要大范圍調整時,通常選擇重建。當公路養護或維修無法進行或效益低,以及舊路路面破壞到使用原結構成本效益低時也可選擇重建。重建包括拆除舊路路面結構,返工或改善路基土,重新碾壓路基土,以及攤鋪新的或再生混合料路面結構組成。由于需要大范圍的施工,伴隨著交通控制和用戶不便,全面重建可能是昂貴的維修方法。重建過程中瀝青路面和粒料基層材料可再生利用,大大減少整個公路重建費用。公路的重建與路面的結構類型、氣候、交通、所用材料質量和種類以及工程質量有關。

1 工程評價

工程評價是公路改建路面再生利用的一個最重要的方面,盡管路面再生利用是有效的方法,但并非適合所有道路。改建的方法是通過對舊路的路況調查和路面評價后進一步確定的,如果路面評價方法選擇不當,都無法達到預期性能。

瀝青路面的影響因素有環境或氣候因素、交通因素、施工缺陷和材料缺陷。由于各因素相互關聯,很難確定表面損壞是哪一因素引起的。路面評價應結合這些影響因素,詳細檢查所有的損壞類型、類型的嚴重性和損壞類型的頻度,以及評定給定區域的表面不平整度、裂縫和缺陷等。

2 路面性能評價指標

路面評價階段,是基于直觀外表對路面狀況進行主觀評價。為了提供更多的數據確定路面破損原因,需對舊路面性能進行量化,這就需要通過現場和實驗室試驗來確定路面物理性能,需測定的路面物理性能有不平整度、車轍、摩擦系數、強度和材料性能。

2.1 不平整度

不平整度是引起不舒適或不理想的行駛質量的路面變形。用于量化道路不平整度的方法有主觀評價、縱斷面測量后獲取道路縱斷面數據和感應測量設備,測量車輛經過道路時的反應。采集不平整度數據的設備和方法,有傳統的標尺和水準測量,以及高速非接觸法。設備和方法的選擇取決于所要求的數據采集速度、準確度和取樣的大小。

主觀評價方法雖精度不夠,但比較快;縱斷面測量設備是結果最準確的,但比較慢;而采用感應測量設備評價的結果介于兩者之間。每種方法以其獨特的方式表示不平整度,如行駛舒適性指數(RCl)、行駛舒適性評價(RCR)等指標。

國際平整度指數(IRI)是道路平整度測量和分析的標準,它對任何路面類型都有效并且它能表示所有平整度水平。為便于比較,有時不同的測量設備和方法的平整度測量和評價之間可相互關聯,也可與IRI關聯,但是這種關聯不能普遍應用。

路面平整度可用來控制路面的服務能力,且直接與車輛行駛費用有關。路面完工時的平整度直接影響服務年限,如平整的路面通常使用年限比粗糙的路面要長且維修要少。平整度是最常用來確定道路是否需要維修或重建的控制因素。

2.2 車轍

車轍是通常用來確定道路是否需要維修或重建的控制因素。隨路面車轍程度的加重,伴隨著道路安全性能的下降,影響道路安全的因素有車轍形狀和深度,車輛類型和行車速度,輪胎類型和輪胎磨損,路面空隙率、橫坡和縱斷面,路表干濕狀況,降雨強度和持續時間等。

路面車轍的評價可以從簡單的外觀評價,或使用超聲波或激光測量車輛通過時道路的橫斷面變化的自動化技術。最常用的測量車轍深度的方法是在車轍上橫放一根參考直尺,測量直尺底部到車轍最深處的距離。這表明車轍最大深度跟直尺的長度有關。值得注意的是存在其它描述車轍深度的方式,如平均車轍深度(最大車轍深度除以車轍寬度),因此車轍深度的比較跟測量描述車轍深度的方式有關。

2.3 摩擦系數

摩擦系數是非常復雜的現象,它取決于路面、車輛、環境和行駛因素之間的相互關系。它很大程度上取決于路面粗集料的“微觀紋理”,微觀紋理是集料礦物學的作用及其與交通和氣候因素的相互作用。摩擦系數在短期內可迅速變化,通常跟表面狀況與降雨有關。從長期來看,隨著交通次數的增多,大多數路面均表現為摩擦系數逐漸減小,隨時間和交通量的變化,可能使路面摩擦系數減小的路面因素有面層磨損、車轍、瀝青泛油、污染、面層空隙率和面層集料磨光。可采用路面抗滑力足尺輪胎測試方法和擺式摩擦測定儀的方法對改建路面的摩擦系數進行數據的采集。

2.4 強度

舊路路面在合理的服務水平下,承受預期的交通能力與它的結構能力直接相關。路面結構強度的評估可以直接通過現場測試來得到,主要方法分為破壞性或非破壞性,破壞性方法有試鉆、試掘或取芯。通過取芯確定舊路路面層厚度,通過動力圓錐觸探儀(DCP)試驗、現場十字板試驗、現場加州承載比(CBR)試驗等評價現有強度,通過對舊路路面材料取樣進行室內試驗評定。

非破壞性方法評價現有結構能力,通常是通過確定在外加荷載作用下路面的反應或彎沉進行的,非破壞性彎沉測試設備可分為靜力彎沉、振動設備和動力沖擊設備。

靜力設備有貝克曼梁、承載板加載試驗、彎曲儀等。這些設備使用簡單且費用不高,但獲取數據的時間較長,數據采集時涉及安全問題,且勞動強度大,此外,試驗不能準確模擬移動的車輪荷載的影響且重復性較差。

振動設備有動力彎沉、路面彎沉儀、WES重型振動器等。這類設備能測量彎沉盆,相對于單個點測量,通常易于操作,獲取數據較快,且有較好的重復性,但是價格比較昂貴。此外,彎沉盆信息可用于更高級的力學經驗設計方法以推算路基回彈模量和有效路面模量。彎沉盆測量也可用于計算各種作為性能標準的路面參數。

3 評價方法概述

根據下面所列的要求對路面狀況進行評定, 結合實際情況后決定下列情況之一需要銑刨或翻修舊路瀝青面層。

彎沉超過30×10-2mm的地段為重點維修地段,這種情況下一般舊路的瀝青面層要全部銑刨;路面破損,行車道在100m范圍內修補面積超過15%時,該100m行車道瀝青面層全部銑刨;表面出現坑塘、凹陷、網裂、疲勞裂縫等病害連續不斷的路段,瀝青面層要全部銑刨;路面橫向裂縫連續不斷,間距小于15m并出現多處唧漿點的路段瀝青面層全部銑刨。但是僅僅依靠路面的彎沉檢測和病害判別路面的銑刨標準是不科學的,隨著路面使用齡期的增加,瀝青混合料的路用性能是逐漸降低的,但路面的病害情況無法全部反映出這種降低的趨勢,舊路的路用性能會對新鋪罩面的耐久性和使用性能產生影響。

在對舊路檢測時,除了路面病害,還應對瀝青混合料的路用性能進行評價。在路面層鉆芯取樣,然后在室內進行試驗研究瀝青混合料的抗水損害性能和低溫性能隨使用時間的變化情況。其中評價低溫性能主要進行小梁低溫彎曲試驗,評價抗水損害性能主要進行了浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

4 結論

路面評價階段需要確定的路面物理性能指標有:有不平整度、車轍、摩擦系數、強度和材料性能。

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