淺談瀝青路面車(chē)轍危害及綜合預(yù)防

楊應(yīng)德

1 背景

青海省公路建設(shè)主要采用瀝青混凝土路面。一方面,由于公路沿線氣候多屬高原大陸性氣候類型,總的特點(diǎn)是干寒、多風(fēng)、四季不分、晝夜溫差大,多年平均氣溫一般小于 0℃,多年最熱月平均最高氣溫的平均值一般不大于 30℃,多年極端最低氣溫一般低于-20℃。另一方面,青海的交通量一般為輕或中等交通。因此,在設(shè)計(jì)、施工及管理中,對(duì)瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能即高溫抗車(chē)轍性能按常規(guī)處理,而其低溫性能即低溫抗裂性能則為主要研究與改善的對(duì)象。

最近幾年青海省夏季高溫的情況比以前更加嚴(yán)重,加之隨著青海經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),交通渠化及交通量也急劇增加,同時(shí),局部路段存在超載和重載現(xiàn)象,致使局部路段瀝青路面車(chē)轍問(wèn)題較突出,影響到了公路的正常運(yùn)營(yíng)。因此,有必要加深對(duì)瀝青路面車(chē)轍危害的認(rèn)識(shí),同時(shí)有針對(duì)性地提出綜合預(yù)防措施。

2 車(chē)轍的危害性

車(chē)轍是瀝青路面早期損壞的主要形式之一,也是渠化交通的高等級(jí)公路瀝青路面的主要損壞形式之一,其危害主要表現(xiàn)在以下方面:

1)路面整體變形嚴(yán)重,平整度下降,影響路面行駛的舒適性;

2)雨天路表排水不暢,造成轍槽積水,影響高速行車(chē)的安全性;

3)路面結(jié)構(gòu)減薄,削弱面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度,誘發(fā)其他路面路基病害;

4)車(chē)輛在超車(chē)或更換車(chē)道時(shí)方向失控,影響行駛的安全性;

5)車(chē)轍的產(chǎn)生導(dǎo)致不良的社會(huì)影響。

3 綜合預(yù)防

3.1 設(shè)計(jì)方面[1,3,4]

3.1.1 材料組成設(shè)計(jì)

1)車(chē)轍指標(biāo)。

青海二級(jí)及二級(jí)以下公路一般采用4 cm～6 cm(AC-13)瀝青面層厚度,一級(jí)公路或高速公路則一般采用 9 cm瀝青面層厚度(4 cm AC-13+5 cm AC-16)或者15 cm瀝青面層厚度(4 cm AC-13+5 cm AC-16+6 cm AC-20),基層則采用水泥穩(wěn)定碎石或水泥穩(wěn)定砂礫。

建議對(duì)輕交通按一般情況考慮,中等交通以上的公路,應(yīng)該明確上面層或上、中面層瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)要求,可參考JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范并根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)值。對(duì)炎熱地區(qū)、重交通、特重交通,連續(xù)長(zhǎng)、陡縱坡段,橋面鋪裝,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的要求。

2)瀝青的選擇。

夏季高溫是瀝青路面產(chǎn)生車(chē)轍的直接誘因。最近幾年夏季高溫的情況比以前更加嚴(yán)重,全國(guó)各地每過(guò)幾年就能夠遇到幾十年一遇的高溫天氣,且持續(xù)時(shí)間特別長(zhǎng)。2010年 7月下旬以來(lái),青海省的高溫天氣是自 2000年以來(lái)最嚴(yán)重的。據(jù)實(shí)測(cè),西寧不小于30℃的持續(xù)時(shí)間創(chuàng)歷史極值,并于7月 28日出現(xiàn) 37.4℃的高溫天氣。同年 7月 21日海西大柴旦地區(qū)的瀝青路面路表溫度為 67℃～70℃,8月 21日西海鎮(zhèn)附近G 315線瀝青路面路表溫度為52℃。青海省瀝青路面一般采用 110號(hào)克拉瑪依瀝青,其軟化點(diǎn)僅為 44℃,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于路面溫度,即瀝青已出現(xiàn)了嚴(yán)重的軟化,瀝青混合料的勁度模量已顯著降低,其抗車(chē)轍能力已顯著下降。

因此,可根據(jù)工程所在地的氣候情況,選擇比常規(guī)使用的瀝青低一個(gè)等級(jí)的瀝青,如由原來(lái)常用的 110號(hào)或 130號(hào)瀝青改為采用 90號(hào)或 110號(hào)瀝青。若試驗(yàn)、工程驗(yàn)證結(jié)果仍不能滿意時(shí),可考慮在瀝青中摻加改性劑如天然瀝青、抗車(chē)轍劑來(lái)提高其抗車(chē)轍能力,還可以考慮采用SBS或EVA,PE等改性劑,同時(shí),采用美國(guó)SUPERPAVE中瀝青PG分級(jí)采用的試驗(yàn)方法對(duì)改性瀝青進(jìn)行綜合評(píng)估并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與改善,使其既能滿足高溫穩(wěn)定性要求,同時(shí)又有良好的低溫抗開(kāi)裂性能。再者,在經(jīng)濟(jì)條件允許的前提下,建議超重載路段路面上面層和中面層都采用改性瀝青,以提高瀝青路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。

3.1.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

瀝青路面在車(chē)輛垂直荷載及水平荷載作用下產(chǎn)生過(guò)大的剪應(yīng)力,是導(dǎo)致車(chē)轍的主要原因。尤其是超重載路段,往往是車(chē)轍發(fā)生的集中路段。對(duì)于超重載道路,其損壞評(píng)價(jià)指標(biāo)有:路表彎沉指標(biāo)、面層底部拉應(yīng)力指標(biāo)、基底拉應(yīng)力指標(biāo)、車(chē)轍指標(biāo)。

1)以路表彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸載換算方法為:

推薦對(duì)于重載瀝青路面的彎沉等效換算指數(shù)n取為5.5;對(duì)于常規(guī)道路仍按規(guī)范取值為 4.35。

2)以基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸載換算方法:

當(dāng)車(chē)輛超載時(shí),彎沉等效指數(shù)n近似為9.0;當(dāng)車(chē)輛非超載時(shí),等效指數(shù)仍取規(guī)范值為 8.0。

3)以車(chē)轍為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸載換算方法:

對(duì)假定不同軸載對(duì)相同的路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了相同的車(chē)轍,此時(shí)的加載次數(shù)等效,推薦以車(chē)轍為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)的軸載換算指數(shù)n為4.5。

3.1.3 礦料級(jí)配

青海省目前主要采用連續(xù)級(jí)配 AC型,形成懸浮密實(shí)型混合料。一方面,連續(xù)級(jí)配混合料的級(jí)配曲線平順光滑,具有連續(xù)不間斷的性質(zhì),其密實(shí)度與強(qiáng)度較高,水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、耐久性能都比較好。但是,由于其不能構(gòu)成最大的內(nèi)摩阻力,同時(shí)受瀝青材料的性質(zhì)和物理狀態(tài)的影響較大,在現(xiàn)代重型汽車(chē)交通荷載作用下,這種類型的瀝青路面常常因高溫穩(wěn)定性不足而容易產(chǎn)生車(chē)轍。另一方面,在青海公路工程檢測(cè)中發(fā)現(xiàn),局部路段上面層混合料中4.75mm及9.5mm篩孔的通過(guò)率均接近上限,而且 0.075mm通過(guò)量也超出要求,粗集料明顯偏少,細(xì)集料偏多。再者,青海天然砂礫豐富,瀝青混合料中采用天然砂礫較多,而天然砂礫質(zhì)地主要為花崗巖或砂巖,與瀝青的粘附性差,這些因素也進(jìn)一步減弱了瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力。

因此,對(duì)于 AC型連續(xù)級(jí)配瀝青混合料,為確保其高溫抗車(chē)轍能力,同時(shí)兼顧低溫抗裂性能,級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)宜適當(dāng)減少公稱最大粒徑附近的粗集料的用量,減少0.6mm以下部位細(xì)料的用量,簡(jiǎn)稱為“抬頭平尾”,使中等粒徑集料較多,形成S形級(jí)配曲線,并取中等或偏高水平的設(shè)計(jì)空隙率。同時(shí),要求瀝青混合料中天然砂的用量上面層不宜超過(guò) 10%,下面層不宜超過(guò) 15%,并選用優(yōu)質(zhì)石料生產(chǎn)石屑或機(jī)制砂[4]。另外,有研究表明,在最佳瀝青用量時(shí),在不同粒徑的混合料中,中粒式瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能最好,其次是細(xì)粒式,粗粒式的反而最差[5],因此,建議對(duì)重載交通路段路面面層用AC-16型替代常用的AC-13型。

3.2 施工方面

3.2.1 溫度控制

1)運(yùn)輸瀝青混合料的運(yùn)輸車(chē)必須加上保溫蓋布,以減少運(yùn)輸過(guò)程中的溫降。

2)用大噸位的雙鋼輪壓路機(jī),確保路面壓實(shí)度。

3)增加壓路機(jī)的數(shù)量,縮短壓實(shí)時(shí)間。

4)在混合料拌合過(guò)程中加入溫拌劑,提高壓實(shí)效果。

3.2.2 離析控制

1)運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)料車(chē)中混合料做好保溫措施。

2)攤鋪過(guò)程中攤鋪機(jī)兩翼混合料做好保溫措施。

3)使用混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē),充分拌合,保證混合料在進(jìn)入攤鋪機(jī)前溫度的均勻性。

3.2.3 長(zhǎng)大縱坡施工質(zhì)量控制

根據(jù)瀝青材料的溫度—時(shí)間換算法則“由于瀝青材料的粘彈性,它的任何性質(zhì)都是溫度和時(shí)間的函數(shù),瀝青在 60℃下流淌1 h,相當(dāng)于 25℃下流淌 10 h”,長(zhǎng)時(shí)間承受荷載與高溫條件是等效的。超重載貨車(chē)在上坡路段的速度一般為 20 km/h,車(chē)輛如果以100 km/h速度行駛,對(duì)路面瀝青層的作用時(shí)間約為0.02 s,如果行駛速度只有20 km/h,則作用時(shí)間為0.1 s,作用時(shí)間成倍增長(zhǎng)。因此,在長(zhǎng)大縱坡路段最容易產(chǎn)生車(chē)轍、推擠的現(xiàn)象。

為減少長(zhǎng)大縱坡路段車(chē)轍的產(chǎn)生,要求在施工中攤鋪機(jī)速度不能太快,較正常路段有所降低,同時(shí)要求攤鋪應(yīng)由坡底向坡頂方向攤鋪,碾壓必須由坡底向坡頂方向振動(dòng)碾壓,嚴(yán)禁由坡頂向坡底倒推時(shí)進(jìn)行振動(dòng)碾壓,即攤鋪和碾壓要求沿行車(chē)方向進(jìn)行,不要反方向進(jìn)行施工。

3.3 管理方面

1)通車(chē)時(shí)間。

一般車(chē)轍產(chǎn)生早期破壞往往都是在第一次遇到高溫的時(shí)候,因此新建道路通車(chē)時(shí)間盡量避開(kāi)高溫季節(jié),防止路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料流動(dòng)變形,產(chǎn)生車(chē)轍。

2)初期重車(chē)管理。

在新建道路運(yùn)營(yíng)初期,盡可能減少重型車(chē)輛駛?cè)?保證初始?jí)好苓^(guò)程的緩慢進(jìn)行,避免路面結(jié)構(gòu)破壞。

3)超限治理。

4 結(jié)語(yǔ)

車(chē)轍防治是一個(gè)理論和實(shí)踐都很強(qiáng)的專題研究,隨著青海省交通渠化及交通量的迅速增長(zhǎng),而環(huán)境條件不斷發(fā)生變化,瀝青路面使用條件變得更加嚴(yán)峻與苛刻,如何在確保瀝青路面的低溫抗開(kāi)裂性能的前提下有效提高其高溫抗車(chē)轍性能,必將成為有志于青海公路建設(shè)的工程人員必須面臨而又亟待解決的問(wèn)題。本文簡(jiǎn)略地介紹了車(chē)轍的類型及危害,并從設(shè)計(jì)、施工及管理的方面對(duì)車(chē)轍提出了綜合預(yù)防措施。

[1] 沈金安.瀝青及瀝青混合料錄用性能[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] JTJD 50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 青海省交通廳文件青交公[2010]588號(hào)“青海省公路瀝青路面車(chē)轍病害防治技術(shù)研討會(huì)紀(jì)要”[Z].2010.

[5] 李闖民,李宇峙.淺析重復(fù)荷載作用下的瀝青路面車(chē)轍因素[J].公路交通科技,1999(6):70-71.