阚文广,张娇娜,庞会杰

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.哈尔滨工业大学)

随着公路建成交付使用,在行车荷载和环境因素的作用下,道路的路面质量和服务能力逐渐下降。路面损坏的形式有很多种,使用二年以上的公路出现车辙的病害比较多,是沥青混凝土路面的主要病害之一。具有关资料显示,20世纪 70年代末美国各州公路局曾作过调查统计,在被调查的44条主要公路中有 13条公路的破坏是由车辙引起的,占调查总数的 29.5%;日本的高速公路路面维修、罩面的原因,80%以上是由于车辙引起的。

1 车辙病害主要类型

1.1 结构型车辙

由于荷载作用超过路面各层的强度,发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形。这种车辙宽度较大,两侧没有隆起现象,横断面呈V字形。

1.2 失稳型车辙

在高温条件下,由于沥青混合料中颗粒之间沥青膜在外力作用下产生了剪切变形,引起集料颗粒出现相对位移,车轮反复碾压作用载荷应力超过沥青混合料的稳定度极限使流动变形不断积累形成车辙。一方面是车轮作用部位下凹,另一方面车轮作用甚少的车道两侧反而向上隆起,在弯道处还明显向外推挤,车道线及停车线因此可能成为变形的曲线。对主要行驶双轮车的路段,车辙断面呈W形。

失稳型车辙主要发生在大坡道长坡段、弯坡桥匝道及收费站出入口等。

1.3 压密型车辙

该类车辙病害是由于施工质量控制不严,沥青面层本身压实度不足,致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密,在交通荷载的反复碾压作用下,空隙率不断减小,达到极限残余空隙率才趋于稳定。它不仅产生压实变形,而且平整度迅速下降,形成明显的车辙,在我国是较普遍。

1.4 磨耗型车辙

当路面结构稳定,车辆行驶时,轮胎磨耗路表而产生此类车辙,车辙深度一般在 5mm以内。这类车辙属正常现象,不需处理。

2 车辙病害主要危害

车辙的出现,严重影响了沥青路面的服务质量及行车安全,并直接影响路面的使用寿命,造成维护成本的增加。

(1)车辙底部和上部的边缘位置产生集中应力,致使路面产生纵向裂缝,造成雨水等渗入下面层及基层,造成基层水损坏,使公路服务质量下降,增加维修成本。

(2)车辙降低了路面平整度和稳定性,影响行车的舒适性。

(3)车辙造成路面排水不畅,降低路面的防滑能力,影响行车安全。

3 车辙病害产生原因

分析车辙产生的各种综合影响,主要为以下 3种因素。

(1)我国现行规范中可供设计人员选择的路面结构单一,而且级配范围较宽。实际上,目前大量出现的路面早期损坏是现行理论和规范所难以做出更深解释的,现行理论和规范已经制约了国民经济的发展。

(2)我国大规模进行基础设施建设,设计路基、路面结构不合理;施工队伍技术力量薄弱;施工机械设备陈旧、不配套;建设周期不符合要求。

(3)随着我国经济的迅速发展,运输行业出现了不公平竞争,运输能力供大于求,某些部门从自身利益出发,超载严重,甚至达到了令人无法想象的地步,缓慢行驶的超大型超载车辆的轴载远远超过设计计算中标准的轴重。

4 车辙病害预防措施

(1)设计阶段充分考虑可能出现的问题,调查沿线的水文、地质及环境因素,力求设计合理,避免车辙的出现。

(2)施工阶段狠抓质量管理,采用先进的施工技术,按照设计文件严格施工。

(3)运营阶段及时养护,在高温天气,对沥青路面通过散水降温,限制超载车辆的通行,警示超载车辆绕道行驶,否则,由交警部门对其罚款和卸载。

5 车辙病害治理措施

(1)对于车辙深度小于 2cm的路段直接采用微表处填补车辙。

(2)对于车辙深度大于 2cm且小于 3cm的路段,采用铣刨机铣刨掉拥包后用微表处填补车辙后,再进行罩面处理。

(3)对于大于 3cm的路段,根据现场情况采用铣刨机铣刨到破坏层后,分别采用 1～2层改性热沥青混合料进行摊铺处理。

根据处理后期的观察情况,从处理效果看,微表处填充是一种较好的车辙处置手段,对于热沥青处置的效果不是很好。

6 车辙病害工程实例

黑龙江省某段高速公路沿线路基稳定,排水、防护系统维护完好。

路面主要病害为车辙,且单方向极少出现车辙,或者说基本无车辙,而另一侧整个行车道和超车道均出现破坏程度不同的车辙,其分布具有一定的规律和特点。

起点段车辙出现较轻微,多数不足 10mm,个别路段达到 20mm,且多出现于行车道;中间段车辙出现频率最高,破坏最为严重,虽经多次治理(严重路段,以铣刨机刨除破坏严重的沥青混凝土路面,重新铺筑),但仍有个别路段车辙深度达到 5cm左右;终点段车辙破坏程度相对起点路段重,相对中间路段轻,车辙深度在 10～20mm之间。

首先,该路段为旧路帮宽工程,包括单侧帮宽和双侧帮宽,在单侧帮宽路基中,有左侧帮宽也有右侧帮宽,新旧路基存在不均匀沉降的隐患,在建设中使用了多种方法进行处治和预防,但其效果很好。从目前出现车辙的路段看,和路基的帮宽没有直接关系,因为,只在局部出现轻微车辙路段,同样存在多种帮宽形式,而且,即使左幅出现车辙最严重的路段,路面也未出现纵向裂缝,这说明路基是稳定的。

另外,从不同时期观测的结果看,车辙破坏有加速发展的趋势。

经过对大量观测资料的整理分析,我们认为,该路段出现车辙病害,除去气候影响外,还和路基填料、路面结构、施工质量、管理养护水平以及汽车荷载等诸多因素有关。

(1)汽车荷载。

该段的交通量有一个非常显著的特点,即单向的汽车重载多而且荷载大(多为砂石料),但相反方向的重载汽车就少。该路段的车辙非常集中的出现在左侧行车道及超车道,也印证了如此巨大的单向汽车荷载,是导致路面出现车辙的主要原因。

(2)路面结构。

从全线的车辙破坏的轻重程度分析,有着很明显的特点,中间路段最重,起点方向次重,终点方向最轻,和路面结构设计路段(也是施工分标路段)基本重合。

全线基层设计均采用水稳砂砾及水稳砂砾掺碎石结构,混合料组成和厚度设计均相同,因此并不能分析基层和车辙破坏的关系。只是在取芯过程中,车辙最严重位置,取出的基层试件,在 5cm处出现断裂,即该基层在 5cm处已破坏。这说明在现有荷载情况下,基层强度不足。

中间路段和终点路段,在路面面层结构设计中均采用5cm中粒式沥青混凝土+7cm粗粒式沥青混凝土,总厚度12cm,不同之处在于终点路段上面层采用改性沥青混凝土,而中间路段采用普通沥青混凝土;起点路段采用普通沥青混凝土 4、5、6结构,总厚度 15cm。根据车辙破坏的严重程度和以上结构对照分析,显然,增加路面结构层厚度和采用改性沥青混凝土都有非常明显的抗车辙效果。

(3)路基强度。

和路基填料的关系:根据分析,车辙破坏的严重程度和各路段采用的路基填料有着近乎完美的对应关系。终点路段的取土场均位于地势很高的岗地,为黄色低液限粘土,填料最好,而目前看车辙最轻;起点路段路基填料为砂性的粉土,填料次之,而其车辙稍重;中间路段取土场多位于地势平坦低洼的荒草地(由于征地原因),填料多为黑色的粉质低液限粘土,填料最次(虽经掺灰使用),而目前看其车辙是全线最为严重的路段。