長(zhǎng)大縱坡路段抗車轍瀝青路面的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王　玲

(保定市保通公路勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司　保定　071000)

長(zhǎng)大縱坡路段抗車轍瀝青路面的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王玲

(保定市保通公路勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司保定071000)

摘要針對(duì)瀝青路面特別是長(zhǎng)大縱坡路段車轍的成因，分析抗車轍瀝青路面設(shè)計(jì)對(duì)策，包括瀝青路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)和瀝青混合料設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，通過(guò)加大瀝青層厚度，優(yōu)化瀝青混合料性能，能確保瀝青路面良好的抗車轍性能，促進(jìn)路面使用性能提升。

關(guān)鍵詞車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)

車轍是高速公路瀝青路面常見病害類型之一，尤其是在長(zhǎng)大縱坡路段，車轍病害往往更加嚴(yán)重。車轍不僅影響路面外形美觀，還會(huì)對(duì)車輛正常通行帶來(lái)不利影響，甚至引發(fā)交通安全事故。目前在高速公路路面設(shè)計(jì)和施工中，幾乎還沒有對(duì)長(zhǎng)大縱坡路段路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門研究，影響路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量提高，對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)管理也帶來(lái)不利影響。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)長(zhǎng)大縱坡路段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討分析，并提出抗車轍路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策，希望能夠?yàn)閷?shí)際工作提供指導(dǎo)與借鑒。

1瀝青路面車轍的成因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，高速公路長(zhǎng)大縱坡縱向車轍在坡底及坡頂段表現(xiàn)最為嚴(yán)重，并且車轍分布情況與坡度、坡長(zhǎng)有密切聯(lián)系，呈先增長(zhǎng)后平緩再增長(zhǎng)趨勢(shì)。一般坡度越大，車轍變形越大，當(dāng)坡度較小而坡長(zhǎng)較大時(shí)，坡頂車轍變形往往比較大。從車轍橫斷面來(lái)看，車轍在輪跡帶凹陷，兩邊伴有隆起現(xiàn)象，呈W形。車轍在外觀上表現(xiàn)為路面變形，瀝青混合料在車輛荷載反復(fù)作用下，會(huì)產(chǎn)生較大剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，當(dāng)荷載超出混合料承受能力時(shí)，路面會(huì)出現(xiàn)車轍。尤其是在高溫條件下，在車輛荷載影響下，瀝青及瀝青膠漿會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象，由于受到剪應(yīng)力的影響，混合料會(huì)出現(xiàn)剪切流動(dòng)變形現(xiàn)象[1]。因此，瀝青路面車轍可以看成是壓應(yīng)力與剪應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，主要目的是掌握混合料性能，優(yōu)化混合料的材料配置和瀝青路面性能，為提高路面綜合性能，有效預(yù)防車轍現(xiàn)象提供參考。

2抗車轍瀝青路面的設(shè)計(jì)對(duì)策

由于車轍可以看成是剪應(yīng)力和壓應(yīng)力共同作用的結(jié)果，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要從瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和瀝青混合料設(shè)計(jì)入手，綜合采取有效對(duì)策，提高路面工程質(zhì)量，預(yù)防車轍現(xiàn)象發(fā)生。

2.1　瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與平坡路段相比，長(zhǎng)上坡路段瀝青層承受的剪應(yīng)力更大。針對(duì)這種情況，在抗車轍設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范要求，還要對(duì)路面結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行全面考慮。一些學(xué)者建議采用加大瀝青面層厚度的方法，以避免結(jié)構(gòu)性車轍現(xiàn)象發(fā)生，使路面損壞僅限于頂部25~100 mm處，并定期進(jìn)行路面銑刨，罩面修復(fù)，保證瀝青路面使用性能。

(1) 瀝青層組合設(shè)計(jì)。對(duì)長(zhǎng)上坡路段瀝青路面來(lái)說(shuō)，瀝青層是最主要的承重層，車輛通行后，瀝青路面會(huì)受到較大的水平推力和剪應(yīng)力，最終導(dǎo)致車轍問題發(fā)生。通過(guò)大量的調(diào)查和實(shí)證研究表明，如果瀝青面層厚度足夠大，裂縫和車轍只會(huì)停留在瀝青面層和表層，通過(guò)對(duì)這些表面裂縫和車轍的處理，可以實(shí)現(xiàn)路面加固的目的，進(jìn)而延長(zhǎng)路面使用壽命。根據(jù)該研究成果，一些學(xué)者建議設(shè)計(jì)容易維修、標(biāo)準(zhǔn)荷載、安全耐久的長(zhǎng)壽瀝青路面，這樣不僅可以延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，還能預(yù)防瀝青層底開裂現(xiàn)象發(fā)生，有效預(yù)防路面車轍問題出現(xiàn)。長(zhǎng)壽瀝青路面結(jié)構(gòu)體系通常采用以下設(shè)計(jì)方式：70~100 mm厚的HMA基層、100~175 mm厚的中間層、40~50 mm厚的面層，以提高瀝青面層質(zhì)量，促進(jìn)車輛順利通行。另外，采用該瀝青面層設(shè)計(jì)方式，中間層可以起到連接和擴(kuò)散荷載的作用，HMA基層能消除疲勞破壞，確保路面基層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固與可靠。通常高速公路瀝青路面輪載下100~150 mm是高受力區(qū)，容易發(fā)生車轍等病害，最大拉應(yīng)變產(chǎn)生在HMA基層底部，因而設(shè)計(jì)和施工中需要加強(qiáng)該層的彎拉應(yīng)變控制，防止路面結(jié)構(gòu)層受損[2]。根據(jù)高速公路施工建設(shè)基本情況，為提高瀝青路面工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)車轍的有效預(yù)防，建議上面層采用SBS改性瀝青的SMA13型混合料，中面層采用RA抗車轍改性瀝青的AC-20C型混合料，下面層采用90號(hào)普通瀝青的AC-25型混合料。采用這種路面結(jié)構(gòu)形式，既能滿足瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度要求，也能提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，促進(jìn)工程質(zhì)量提高。

(2) 瀝青層厚度設(shè)計(jì)。瀝青層厚度設(shè)計(jì)首先要滿足力學(xué)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保證瀝青層厚度與混合料最大粒徑匹配，更好滿足施工需要。根據(jù)瀝青路面早期損壞研究成果，考慮車輛荷載情況和路線經(jīng)過(guò)地區(qū)的氣溫條件，長(zhǎng)上坡路段高速公路瀝青路面瀝青層總厚度應(yīng)該大于或等于18 cm。

2.2　瀝青混合料設(shè)計(jì)

提高混合料設(shè)計(jì)性能，既能滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，還能提高路面荷載，增強(qiáng)路面剛度和抗裂能力。根據(jù)車轍變形監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，車轍通常出現(xiàn)在路面以下10 cm范圍內(nèi)，低于路面以下18 cm的混合料，車轍幾乎不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。就瀝青路面結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，混合料變形主要由材料側(cè)向引起，如果基層具有足夠承載力，混合料剪切力不足，容易導(dǎo)致混合料出現(xiàn)橫向變動(dòng)，對(duì)車轍帶來(lái)較為嚴(yán)重的負(fù)面影響[3]。因此，為提高混合料的高溫穩(wěn)定性，應(yīng)該確保粗細(xì)集料具有良好的棱角性，并讓粗細(xì)集料形成嵌擠結(jié)構(gòu)狀態(tài)，應(yīng)用性能良好的改性瀝青和抗剝落劑，確保瀝青面層壓實(shí)度良好，孔隙率適當(dāng)，承受力合格，促進(jìn)混合料抗車轍性能提高，保證整個(gè)瀝青路面工程質(zhì)量。

3抗車轍瀝青路面設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1　應(yīng)用對(duì)策

研究表明，骨架密實(shí)型級(jí)配抗車轍能力良好，根據(jù)該設(shè)計(jì)方案，按照多級(jí)嵌擠密級(jí)配設(shè)計(jì)方法，以邢臺(tái)-衡水高速公路K12+000~K15+210段混合料設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)中面層抗車轍混合料。由于結(jié)合料的類型對(duì)瀝青混合料抗車轍性能具有一定影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)90號(hào)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、RA抗車轍劑瀝青混合料路用性能進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　3種不同瀝青混合料路用性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

由表1可見，RA抗車轍劑瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、未凍融和凍融劈裂強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度比、彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變等指標(biāo)，都滿足規(guī)范要求，并且綜合性能要比其他2種材料更好。另外，RA抗車轍劑能顯著改善混合料的高溫穩(wěn)定性，不僅可以明顯提高瀝青混合料的高溫性能，還能改善瀝青混合料抗變形能力，促進(jìn)混合料綜合性能提升。這表明RA抗車轍劑瀝青混合料能顯著提高瀝青路面抗車轍能力，是優(yōu)良的抗車轍混合料。

3.2　應(yīng)用效果

RA抗車轍劑施工包括混合料拌和、施工、攤鋪、碾壓、接風(fēng)處理等工序，常用“干法”拌和施工，“干拌”時(shí)間8~10 s為宜，然后加入瀝青濕拌約45 s，讓改性劑迅速熔化，提高混合料綜合性能[4]。此外，整個(gè)施工過(guò)程中還必須加強(qiáng)溫度控制，見表2。

表2　RA瀝青混合料溫度控制標(biāo)準(zhǔn)　℃

礦料加熱溫度175~185 ℃，混合料出料溫度170~180 ℃，混合料攤鋪溫度大于等于155 ℃，碾壓溫度大于等于150 ℃，碾壓終了表面溫度大于等于70 ℃。試驗(yàn)段施工完成后對(duì)路面性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，RA抗車轍劑瀝青路面強(qiáng)度、水穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)均大幅提高，抗滑性能良好，路面滿足使用要求。通過(guò)觀測(cè)路面抗車轍能力試驗(yàn)結(jié)果，其動(dòng)穩(wěn)定度在10 000次/mm以上，而改性瀝青混合料僅為4 000次/mm，90號(hào)瀝青混合料僅為3 500次/mm，對(duì)比分析可以得知，RA抗車轍劑混合料抗車轍性能良好。此外，RA抗車轍劑混合料的成本比SBS混合料低，性價(jià)比優(yōu)，在瀝青路面設(shè)計(jì)中值得推廣和應(yīng)用。

4結(jié)語(yǔ)

瀝青路面抗車轍性能與路面材料、路面結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系。路面車轍在外觀上表現(xiàn)為路面發(fā)生變形現(xiàn)象，根本原因是路面結(jié)構(gòu)荷載較低，難以承受行車荷載。因此，為提高瀝青路面抗車轍性能，應(yīng)該從瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和瀝青混合料設(shè)計(jì)2個(gè)方面入手，對(duì)路面結(jié)構(gòu)和工程建設(shè)基本情況進(jìn)行全面分析，加大瀝青層厚度，延長(zhǎng)瀝青混凝土使用壽命。同時(shí)還要優(yōu)化瀝青混合料級(jí)配與膠結(jié)材料性能，增強(qiáng)混合料的高溫穩(wěn)定性，促進(jìn)瀝青路面抗車轍能力提升。此外，在施工中，還要做好瀝青混合料的攤鋪、碾壓工作，加強(qiáng)各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，提高瀝青路面綜合性能，有效預(yù)防車轍現(xiàn)象發(fā)生，為車輛安全順利通行創(chuàng)造良好條件。

參考文獻(xiàn)

[1]麻麗妹,王強(qiáng).抗車轍瀝青路面技術(shù)應(yīng)用研究[J].公路交通科技,2010(11)：77-78,101.

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[3]柳浩,楊麗英.抗車轍技術(shù)在北京路面工程中的應(yīng)用[J].公路交通科技,2008(9)：150-154.

[4]危強(qiáng).山區(qū)長(zhǎng)大縱坡路段抗車轍瀝青混合料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2013(24)：34-39.

Design and Application of Anti Rutting in

Asphalt Pavement in Long and steep sections

WangLing

(Baoding Bao-tong Investigation & Design Of Highway Co., Ltd, Baoding 071000, China)

Abstract：This paper introduces the causes of asphalt pavement rutting, especially in long and steep sections,pavement design and analysis of anti rutting asphalt, mainly including the asphalt pavement structure layer design and asphalt mixture design. Application results show that the addition of Dali green layer thickness and optimization of asphalt mixture performance can ensure good performance of anti rutting of asphalt pavement, and improve pavement performance.

Key words:rutting; asphalt pavement; structure design; thickness design

收稿日期：2015-09-10

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.031