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1、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
2、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
3、以下几个方面。 11路面结构不合理 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。 12面层级配不合理 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
4、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。 1.3层闯结合处理不当 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。
5、1.4交通荷载考虑不同 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，平均为406；超过国际上最大标准轴载13 t的比例为24-28，平均为257；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。 1.5没有考虑纵坡的影响 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 kmh，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100kmh速度行驶，对路面沥青层的作
6、用时间约为002 s；如果行驶速度只有20kmh，则对路面沥青层的作用时间约为01 s。即以20 kmh速度行驶产生的形变相当于以100 kmh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。 1.6沥青的影响考虑不充分 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60C-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。 1.7集料把关不严 近几年来
7、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、规格少、质量差。有的砂石料含泥量和风化料远远超标，但由于工期紧，也只能勉强应用。根据施工现场调查，有的高速公路用于面层的粗集料含泥量在1520，扁平颗粒占30-80，有的风化严重，有的细集料在饱水的情况下能成团。2预防车辙的技术措施 从陕西省高速公路沥青路面形成车辙的类型看，85以上车辙属于面层失稳型，即由沥青面层引起的。因此，目前陕西省预防车辙主要针对沥青面层主要的技术措施如下。 2.1加强矿料质量管理 沥青面层所用集料由项目建设执行机构制订准入条件，
8、将符合要求的石料场提供给承包商，由承包商负责采购。目前，陕西省交通厅还明确要求： (1)中、上面层所用集料必须水洗(图5)，并且针片状和软石含量不能超过10。 (2)矿粉必须在沥青拌和厂集中用1-2 cm石灰岩碎石加工而成，且亲水系数小于08。 2.2采用沥青稳定碎石基层+半刚性基层组成的混合式基层 正在建设的永威高速公路、凤永高速公路、蓝商高速公路、柞小高速公路等均采用了沥青稳定碎石基层+半刚性基层组成的混合式基层，沥青层厚度由原来的15 cm增加至18-22 cm，有效地降低了半刚性基层的疲劳应力水平和其层间的剪切应力，从而提高了沥青路面整体抗车辙能力。 2.3在半刚性基层上采用热沥青同步
9、碎石作下封层 为了增强半刚性基层与沥青层之间的联结，采用SBS改性热沥青同步碎石作下封层(图6)。碎石一般采用1-2cm石灰岩碎石。沥青洒布量一般在1.520 kgm2左右，碎石撒布量以沥青不粘轮为准。由于沥青洒布量大，因此，该层还起到封水和防止反射裂缝的作用。 2.4优化沥青混合料级配 各层沥青混合料均采用骨架密实结构，且中、上面层不允许采用天然砂，而采用机制砂，同时控制机制砂的粉尘含量不超过10。对下面层可采用天然砂，但其含量不应超过混合料总重量的10。 2.5严格控制沥青混合料中的沥青用量 通过室内马歇尔试验和GTM(或SGC)试验共同确定沥青混合料中的沥青用量，尽可能采用较低的油石比。
10、 2.6对长大陡坡路段的路面进行特殊设计 对纵坡大于25、坡长大于500 m的路段，其路面结构必须进行特殊设计。对西汉高速公路长大陡坡路段的路面结构为：上面层是4 cm AC-13C聚酯纤维SBS改性沥青混凝土，中面层为6 cm AC-20高模量沥青混凝土，下面层为8 cm ATB-30(A_70沥青)。 2.7在沥青混合料中添加抗车辙剂 为了提高沥青混合料本身的抗车辙性能，常在中面层的沥青混合料中添加抗车辙剂(图7)，其混合料的动稳定度均能达到6 000次mm以上。常用的抗车辙剂有法国PR公司生产的PR Plasts，其用量一般为沥青混合料总重量的03。 2.8采用沥青混合料转运车 在永咸高速公路上，为减轻沥青混合料的温度离析和集料离析，在沥青混合料的摊铺过程中采用了自加热式沥青混合料转运车(图8)。从铺筑的效果来看，能显著缓解集料离析现象，从而提高沥青混合料的抗车辙能力。 3结语 车辙是高速公路沥青路面早期破损最经典的一个病害，尽管国内外许多学者对其进行了较深人的研究，取得了一定的研究成果和实践经验，但是由于理论上没有完全跳出半刚性基层沥青路面这一框框的约束，也没有解决车辆超载问题，使得这一病害还在各条高速公路上不同程度的存在。