关于芜宣路车辙破坏的分析及深层思考和探索[1].doc

关于芜宣路车辙破坏的原因分析及思考和探索

摘要：本文对影响芜宣路车辙情况的主导因素进行了分析，并通过芜宣路车辙破坏的经验教训，对此现象进行了思考，同时也对如何避免或减少车辙破坏进行了一些探索。

关键词：车辙超载级配软化点改性沥青厚度

一、引言

芜湖至宣城公路是安徽省“三纵四横”连接骨架公路网中的东部第一纵，是皖东南地区快速出省通道，在省干线公路网中占有十分重要的地位。由于芜宣高速公路处于夏热冬寒湿润地区，气候条件复杂，而且近年来交通量的迅速增长以及车辆轴载的增加，导致公路路面提前破坏—芜宣路在正式交付通车后没有达到服务年限便出现了较为严重的车辙破坏。2004年7月底，芜湖至宣城方向普遍出现车辙。在芜宣路路面路况调查中发现，车辙深度普遍为10mm~20mm，个别路段车辙深度达到30mm~40mm，造成了路面结构性破坏和路面严重变形，使得路面平整度恶化，直接影响车辆行使的速度和安全。

二、车辙破坏

2.1 抗车辙性能指标

我国先行规范对沥青路面车辙深度尚未提出具体要求。但通过专家调查以及参照国外经验，专家初步提出了有关沥青路面的容许车辙深度。

沥青路面容许车辙深度

2.2 车辙情况调查及分析

2.2.1 芜湖~宣城方向车辙严重

在对芜宣路路况调查中发现，芜湖~宣城方向车辙破坏严重，且行车道比超车道明显。宣城~芜湖方向车辙深度普遍在0.5mm左右，车辙不明显。以下是车辙调查统计表：

2.2.2交通量及超载情况调查

以下数据是长安大学课题组对芜宣路车辆轴重和车辆数的部分统计结果：

连接。

其中1s+2d~3d、1s+1d~3d型号即为最常见的大货车，其超载率为100%，同时对路面的损害最严重，其轴载最大达到70~80吨，为限值的3~4倍。

2.2.3 车辙破坏原因分析

沥青混凝土在夏季高温条件下，在车轮碾压的反复作用下荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限，使流动变形不断累计形成车辙。芜宣路车辙破坏情况主要表现为车轮作用部位下凹，同时车轮作用较少部位向上隆起，断面成W形状。

通过以上交通量调查以及车辆超载情况调查，芜宣路交通量和车辆超载现象已经远远超出设计要求，尤其在上坡、交叉口等路段，车速慢，轮胎接地产生横向应力大，在夏季高温条件下，沥青粘度降低而软化。由于超重的影响，加快了沥青面层的剪切破坏，从而导致了沥青面层破坏。

三、对车辙破坏的深入思考及探索

芜宣路所处气候条件比较复杂，在设计过程中从耐久性能既要考虑路面抗水损害以及防止雨水渗入基层的的功能，又要考虑高温稳定性要求。因此设计中沥青路面结构三层均采用I型沥青混凝土，上面层采用AC-13I型改性沥青混凝土，借以满足各项综合要求。但在路面损坏之后，事实证明并未获得预期效果。在病害分析之后，毋庸置疑，超载和交通量过大直接导致路面提前破坏，但同时其他因素也客观存在，可以说，车辙是各种综合因素引起的。借鉴芜宣路经验和教训，对于更充分了解和预防车辙病害，本人就以下几个观点进行探索。

1、改善级配组合

由于芜宣路气候复杂，雨水较多。为提高上面层的耐久性，更好抵抗水损害，经综合验证研究，沥青混合料级配采用AC-13I型改性沥青混凝土。

以下是施工单位中获取的试验资料分析：

AC-13I矿料生产配合比

级配类型不同对混合料的使用性能影响很大，在集料级配组成设计理论中目前主要有n法，及混合料最大密度曲线可以通过公式计算，采用最大密度n次幂

的通式为：P=100*（d/D）n

式中：P——计算的某级集料的通过率

d——计算的某级集料的粒径（mm）

D——混合料的最大粒径（mm）

N——指数

美国联邦公路局则以n=0.45作为最大密度曲线的标准。

为了综合考虑路面因素的影响，美国Supeipave混合料设计方法对混合料级配提出了控制点和限制区的概念，主要为了通过控制点和限制区对集料的细集料进行控制，并指出，当交通量增加时，级配曲线应向限制区底部偏移，即减少细集料含量，增加粗集料的含量

Supeipave控制点和限制区

按照Supeipave的控制点和限制区理论，AC-13I型级配曲线比较接近0.45次幂最大密实线，但其级配曲线穿过了Supeipave限制区，从这个理论上来讲，说明细集料过多，其高温稳定性不能满足高速公路重载交通的要求。

为了提高路面高温稳定性以及增强表面抗滑性能，近年来高速公路普遍采用了优质级配，并且增加级配最大粒径，例如SMA-13、AK-13A和SAC-16的结构类型，基本都能满足Supeipave的控制点和限制区的要求，同时在不同路段中也取得了较好的路用性能。

2、提高改性沥青的软化点

为综合提高沥青路面的综合使用性能，目前大多数沥青路面上面层均采用改性沥青，希望沥青混合料既不会高温软化产生车辙，也不会在低温下开裂。为提高耐久性希望采用针入度大、用量较多的沥青，但从高温抗车辙能力则希望采用软化点高、针入度较小的沥青。改性沥青在提高部分指标的同时，其它指标可能会有所降低。所以，如何适当的改性沥青的性能，目前还有争议。

从芜宣路路况调查中发现，芜湖~宣城方向整体车辙严重地带，支线上跨桥下尚未遭到车辙破坏。简单的说就是没有遭受高温的地方没有车辙。在其他指标能够满足要求的前提下，适当提高沥青软化点（改性沥青控制在75以上），能够提高沥青混合料的抗车辙能力。但对其他性能的影响，还有待探讨。

3、使用两层改性沥青

在芜宣路面施工中，桥面采用两层改性沥青。路况调查中，桥面基本没有车辙破坏。事实证明，在经济条件允许的同时，使用两层改性沥青从一定程度上能够提高沥青混合料高温稳定性能，同时对其他性能也能有效的提高。

4、关于厚度的影响

美国SHAP最新研究成果表明，Supeipave混合料设计方法中提出沥青面层厚度宜采用集料公称最大粒径的3倍，这一观点在我国得到了一定认同，但尚需进一步研究。

沥青层厚度是影响车辙的重要因素。但也不一定是厚度越厚，车辙破坏越小。从车辙破坏严重地方的芯样来看，局部地方厚度越大，车辙也越深。在壳牌沥青设计手册中指出，车辙与厚度的关系，在其他条件不变时，在大于某一临界厚度时，是增函数；在低于这一临界厚度时，是减函数。此临界厚度与路面结构、材料组成有关，一般在15cm~25cm之间。

5、施工影响因素

沥青面层足够的压实度是确保路面优良使用性能的重要环节。施工过程中，由于碾压不充分或碾压时温度过低导致压实度不足，致使通车后在高温环境下混合料继续压密，在反复菏载作用下，空隙率不断减小。沥青混合料的稳定度、抗拉强度和劲度越小。一方面产生压实变形，同时平整度不断下降，形成明显的车辙。

在施工过程中，有条件的情况下，应当适当的提高路面的压实度标准，特别是中、上面层的压实度，同时应尽可能做到压实均匀一致，减少压实度的离散性。

四、结语

由于气候条件复杂和交通量的急剧增加，车辙破坏已经成为目前高速公路路面破坏的常见病害，交通执法部门与其他行业主管部门应联合执法，大力打击超载运输，保证公路的正常使用。在当前不能杜绝超载车行使的情况下，加强养护管理，防止病害的进一步发展。