瀝青路面車轍調查及影響因素分析★

余 芳，韋 明

(廣西交通職業技術學院,廣西 南寧 530023)

0 引言

廣西地處亞熱帶氣候區,常年氣溫高、降雨量大,許多高速公路瀝青路面早期破壞表現為車轍的形式,車轍位置容易積水,影響行車的舒適度及安全性。本項目以區內某高速公路瀝青路面為調研對象,通過現場車轍檢測、交通量資料分析及現場調研、鉆芯取樣室內試驗等方面的工作,對車轍病害的原因進行詳細的分析,并為后期制定合理的養護管理方案提供建議。

1 工程概況

該高速路已建成通車8 a,為雙向四車道瀝青路面,檢測路段里程樁號為K31+000—K42+282。路段內面層結構為4 cm厚AC-13C上面層+6 cm厚AC-20C中面層+8 cm厚AC-25C下面層,基層為25 cm厚5%水泥穩定碎石,下基層為20 cm厚4%水泥穩定碎石,底基層為20 cm厚級配碎石。為充分了解路面狀況,為后續舊路罩面提供基礎數據,進行車轍檢測。

里程編號按設計圖紙規定起終點樁號,以小往大方向前進,如:K31+000—K32+000,按線路前進方向分左幅(下行)和右幅(上行)。車道編號規則由左右幅和順序號組成,車道順序號沿中間帶往路肩方向遞增原則編號,如圖1所示。

2 車轍深度檢測及分析

2.1 檢測方法

路面車轍采用智能道路檢測車配置車轍測量系統進行檢測。車轍測量系統由紅外激光發射器(安裝于車身尾部上方)和2臺MDR26接口CCD相機組成,在同步控制器的觸發控制下對道路變形進行測量。通過對相機拍攝的線激光在路面上的形變情況進行取點分析,可以檢測出道路變形、左右車轍深度等道路病害信息。

2.2 檢測結果及評價

對左右全幅路面四車道進行檢測,檢測每公里車轍平均深度結果統計如表1所示,車轍深度占比如表2所示,車轍深度隨里程變化對比示意圖如圖2所示。

表1 每公里車轍平均深度統計表 mm

表2 車轍深度占比表

根據表2數據可知,該路段車轍深度90%以上集中在5 mm～15 mm,說明該路段養護狀況良好,路面相對平整,根據養護技術規范,后續可直接進行表面填充處理。同時,從圖2可看出,該公路左幅車道的平均車轍小于右幅車道的平均車轍,這主要是由于道路起點方向盛產石灰巖,右幅(上行)車道較多滿載運石車輛,從而使得車轍病害相對較深。此路段超車道與行車道車轍深度相差不大,主要是因為車流量較大,車道相對少,行車道與超車道的交通量沒有過大區別。

3 軸載調查

對該路段通車以來的交通情況原始數據進行調查分析,發現交通增長率遠遠超過設計時的5%,達到9.6%。通車時間盡管只有8 a,已達到根據路面結構設計軟件的計算結果:從通車至首次針對車轍維修的期限內,設計車道上的當量設計軸載累計作用次數2 460萬次。

選取具有代表性的路段在雙向車道各布設1個調查觀測點,進行24 h連續不間斷監測,主要調查內容是交通量、流向、車(軸)類型及分布比例,發現重載情況較為突出,造成瀝青混合料層永久變形量較大。

4 路面結構調查及分析

為進一步分析路面結構情況,按照規范對該檢測路段進行鉆芯取樣,根據具體芯樣檢測路面成型厚度、結構層層間的黏結情況、混合料力學性能、瀝青含量、顆粒級配等情況,以此評估路面質量。由于篇幅限制,本文只截取部分代表性數據進行分析。

4.1 厚度統計

分別從左右幅芯樣中各取一個,對路面結構層厚度進行分析,如表3所示。

表3 路面結構層厚度統計表

在表3中可以看出,各結構層黏結情況較好,鉆芯測得各層厚度與設計施工時差異不大,說明該路段施工時質量控制較好。右幅K38+754處芯樣上面層AC-13C、中面層AC-20C和下面層AC-25C的厚度分別減少0.3 cm,0.2 cm及0.3 cm,減少幅度分別為6.0%,3.3%及3.8%,可見上面層厚度變化最為明顯,這主要是上面層直接受到車輛荷載作用,集料粒徑小,抵抗車轍作用相對較差。

4.2 瀝青混合料密度試驗及馬歇爾穩定度試驗

對鉆取的芯樣,依據JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[1]分別檢測芯樣的密度、空隙率、穩定度、流值等參數。空隙率、穩定度、流值等技術指標參數,試驗結果如表4所示。

表4 瀝青路面芯樣面層數據

從以上數據看,面層芯樣空隙率比設計值略小,這是因為車輪荷載重復碾壓的作用。穩定度值都大于8.0 kN,流值基本在1.5 mm～4 mm范圍內,說明整體抗變形能力尚可,仍能滿足使用要求[2-3]。但由于自然因素作用以及繁重的交通狀況,芯樣中可看出瀝青無光澤、粘彈性較差,導致瀝青路面的彈性模量喪失較為嚴重,變形無法及時恢復,從而造成永久性的車轍病害,影響路面的使用壽命。

4.3 瀝青含量試驗

通過對鉆取芯樣進行瀝青含量抽提試驗,結果如表5所示。

表5 瀝青含量數據

從表5瀝青抽提試驗數據可知,各結構層的油石比在4%～5%之間,與施工時采用的油石比差距不大,未出現明顯的瀝青流失現象,說明車轍病害的出現不會改變混合料的油石比。根據該路段建設階段施工資料,AC-13C用的是SBS改性瀝青、AC-20C和AC-25C用的是70號基質瀝青,路面施工質量控制得較好,這也是瀝青未出現流失的主要原因[4-7]。

4.4 礦料級配組成

通常認為集料間的嵌擠力是影響混合料抗車轍能力的重要因素之一。對某個芯樣抽提瀝青后進行礦料的篩分,判斷車轍處集料發生的變化情況,如表6,圖3所示。

表6 K38+656右幅芯樣上面層AC-13C集料篩分結果

集料級配決定了礦料顆粒間嵌擠力的大小及混合料的密實程度,直接影響瀝青混合料的高溫穩定性,考慮到此因素,該路段在施工時集料配合比設計粒徑偏粗。通過圖3對施工時集料通過率與芯樣集料篩分分析對比發現,9.5 mm篩孔通過率達到86.4%,超出了規范的上限85%;4.75 mm篩孔通過率達到57.5%,超出設計時的47%。這主要是瀝青混合料在重載的長期作用下,輪跡帶部分粗集料被碾壓破碎,導致集料細化,改變了原有的級配。

5 結論及建議

根據上述分析,針對高速公路瀝青路面存在的早期車轍問題,建議從以下幾個方面進行改善:

1)對超載車輛的控制。瀝青路面的承重能力相對不高,尤其在高溫條件下,瀝青混合料發生軟化,在重載重復作用下,面層易發生車轍等永久變形,需在高速公路入口對超載車輛嚴格管控,避免對路面的破壞。

2)優質瀝青的選用。在廣西,由于高溫持續時間長,修建瀝青路面時應優先考慮選用具有較好抗高溫、抗變形能力的改性瀝青用在上面層和中面層,以改善其高溫抗變形能力。

3)采用骨架密實型級配。集料的顆粒級配是瀝青路面的高溫性能的重要影響因素,采用骨架密實型級配,既可以增大材料的密實度,減小空隙率,也可以利用骨架集料之間的嵌擠力來增加瀝青混合料的內摩擦力,減少瀝青面層的早期車轍。