文档介绍：陕西省高速公路沥青路面车辙成因及预防措施
作者:伍石生郭平
摘要:文章主要介绍了陕西省的一些高速公路对于车辙形成的原因及其相关的预防措施等等。
0引言
    近年来,陕西省修筑的几条高速公路均不同程度出现了较严重的车辙,有些路段通车的第一个高温期就产生深度为10-50 mm的车辙,有的甚至达100mm以上(图1),而且桥面上也过早地出现了车辙(图2),远超出《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)要求的使用期末车辙深度不大于15 mm。这不仅使路面平整度变差,影响行车安全,而且很快出现推移、网裂、坑洞、坑槽等早期病害。
    为了有效预防路面车辙的产生,2004年西安公路研究所通过查阅原设计和施工资料、直接量测、钻芯取样、室内试验和专家咨询等手段对西宝、西三、三铜、铜黄、北绕、西阎、西临、临渭、渭潼等9条高速公路的车辙进行了调查,分析了车辙形成的主要原因,提出了防治车辙的技术措施。在此基础上,陕西省交通厅颁布了《陕西省高速公路沥青路面车辙防治指导意见》,以指导陕西省高速公路沥青路面设计、施工和养护管理。
1车辙形成原因
    影响沥青路面车辙产生的原因很多,归结起来可分为内因、外因及其他因素3大类。内因主要反映在材料本身的质量上,而外因则主要包括气候条件和交通条件,其他因素则是指路面基层和路面结构组成及其施工质量对路面车辙的影响。具体对陕西省高速公路而言,通过综合分析发现,出现严重车辙的主要原因有以下几个方面。
   
    陕西省高速公路沥青面层结构一般为:上面层采用4 cm沥青混凝土(AC-16 I)、中面层采用5 cm中粒式沥青混凝土(AC-20 I)、下面层采用6 cm粗粒式沥青混凝土(AC-25 I)。此种结构中的表层存在2个缺陷:一是空隙率大,雨水易渗入并聚积在结构内;二是表层集料最大粒径与层厚不匹配,满足不了3倍的关系,导致碾压效果不佳,使后续变形过大。
   
   《公路沥青路面设计规范》(J l J014-97)。强调,中、上面层主要功能是封水,其次是抗高温车辙性能,导致中、上面层都采用I型结构,有的甚至提出中面层的空隙率应降低为2%-4%。实际上I型级配属于悬浮密实结构,内摩阻力小,抗高温车辙性能差,如再将空隙率降低为2%一4%,则高温情况下自由沥青膨胀之后无处去,就会加剧高温形变。受此因素的影响,陕西省高速公路的沥青路面面层各合成级配均在中值附近。此级配最典型的缺陷是细料偏多、粗料偏少,混合料的内摩擦角小及强度较低,形成的骨架为悬浮式结构,强度以沥青粘结力为主,集料之间未形成骨架,结果表现为沥青混合料动稳定度降低、抗车辙能力差。
   
    从现场取芯发现(图3),基层与面层间没有发现透层油渗入的痕迹,且在取芯过程中,很难取出基层和面层连在一起的整体芯,而是2者分开的,这反映了基层与面层的粘结强度很低,故在陡坡地段发生车辙现象是必然的。
   
    陕西省高速公路的交通构成中,重载卡车数量较多,而且行车速度慢。调查发现,大型货车中轴载超过中国标准轴载10 t的比例为37%-46%,%;超过国际上最大标准轴载13 t的比例为24%-28%,%;有2%-4%的甚至超过了18 t,可见超重载
现象非常严重。但是,在陕西省的公路设计中没有详细考虑此因素。
   
    调查发现,车辙严重的路段均在陡坡路段(图4)。在铜黄高速公路调查超重载货车上坡路段速度一般为20 km/h,根据沥青材料的温度时间换算法则,长时间承受荷载与高温条件是等效的,而且时间是累积的。车辆如果以100km/h速度行驶, s;如果行驶速度只有20km/h, s。即以20 km/h速度行驶产生的形变相当于以100 km/h速度行驶5遍所产生的形变。因此,用于这种上坡路段上的沥青混凝土需要有较大的抗车辙能力,但是设计中没有对此进行特殊的要求。
      
    在陕西省2003年以前竣工的高速公路中,中、上面层均采用重交通90#沥青,其软化点大约在45℃左右;而2003年夏天陕西省持续40℃的高温,夏季中午路表温度最达60~C-70℃,有时路表温度大于60℃的时间大于5 h,远远大于重交沥青的软化点,其高温性能明显不足,很容易使路面产生车辙。
   
    近几年来陕西省高速公路发展迅速,但与之配套的石料市场却比较混乱,没有统一的标准,缺乏有关部门的引导和监督,大多是由当地群众自发组织的小石料厂,产量低、