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从养护角度看特殊路段设计

日期: 2016-12-23
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       摘 要:随着国民经济的发展,道路交通量以及车辆荷载的不断增加,使得路面常常达不到设计使用年限就出现了损坏,而需要进行养护维修工作。增加了养护成本及工作量。特别是一些特殊路段,常常会出现早期破坏。从生命周期费用分析法(LCCA)的角度来看,是非常不经济的。本文就在养护工作中遇到的长大纵坡路段出现车辙的现象,从设计及施工方面如何加以控制,以减少这类病害的出现,浅谈一下自己的看法。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-6501390.htm
  关键词:公路养护 特殊路段 设计 
  中图分类号:U212 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(c)-0052-02 
  1 路面车辙现象及产生原因分析 
  (1)现象。 
  车辙一般最常见的是发生在高等级道路沥青路面上,由于高等级路面厚度大、实行渠化交通,加上大交通量重载作用,往往导致车辙病害的出现。但笔者在日常养护工作中发现,一般的二级公路,在某些特殊路段也同样会出现车辙。如我局养护的省道S215广宁线,在K51+300-450、K55+450--K56+320两段就反复出现车辙(如图1、图2),S215广宁路于2006年改建完成,路面设计结构为: 
  40 cm天然砂砾底基层+20 cm5%水稳基层+4 cmAC-20沥青混凝土+3 cmAC-13沥青混凝土路面。这两段道路因纵坡较大,分别达到4.85%和5%,自建成后就反复出现车辙病害。 
  (2)产生原因分析。 
  沥青路面在使用过程中出现车辙的原因,多种多样,归纳起来主要有以下几方面。 
  ①任何一种形式的沥青路面压实度都没有达到百分之百,也就是说压实完的沥青路面还留有一定的空隙,正因为存在这种空隙,遇到高温天气时,在车轮荷载的作用下,特别是在重载、超载车辆的作用下,路面进一步被压实,使沥青混合料产生了塑性流动,导致混合料中的矿质混合料原有的骨架重新进行排列。在大量行车,反复作用下,高温时已经软化的沥青使沥青混凝土的强度降低,沥青混凝土进一步密实,沥青混凝土空隙率减小,形成车辙现象。 
  ②在汽车发动机功率一定的情况下,道路纵坡较大路段,车辆在上坡时,在功率不变的情况下,为了加大牵引力而降低车速,路面所受推力加大,作用时间延长,剪应力急剧增加,导致路面出现早期破坏,出现车辙。 
  ③气候条件。主要包括气温、日照、热流、辐射、风、雨等。除了湿度对沥青混合料高温性能的影响机理不同外,其它因素归结起来都反映在温度上,这也是影响最为显著的因素。高温天气,特别是连续多天高温对车辙形成影响极大。近几年夏季高温的情况比以前更严重,经常遇到几十年一遇的高温天气,且持续时间特别长。2013年夏季广德县最高气温43℃,通过调查路面的温度比空气的温度高27℃;当空气温度达到43℃左右时,其地面温度达到60℃以上,最高温度甚至到70℃。在连续高温作用下沥青软化、体积膨胀,沥青就容易上泛,沥青混凝土的稳定度随温度的升高而急剧下降。公路的车辙通常发生在夏季高温季节,又是仅仅发生在最高气温的几天里,而低于某个温度,路面几乎不会发生流动变形。 
  ④混合料的级配。沥青混合料由沥青结合料粘接矿料组成,其高温稳定性的形成机理也源于沥青结合料的高温粘接性和矿料级配的嵌挤作用。沥青混合料的高温抗车辙能力有主要依赖矿料级配的嵌挤作用,级配不合理的沥青混合料,抗车辙能力会出现明显的下降。沥青混合料中的粗集料过少,矿质混合料形不成一定骨架。在这种结构的混合料中,集料实际上是悬浮在沥青砂浆中,车辆荷载主要有沥青砂浆承受着,在高温条件下,沥青砂浆粘度变小,承受变形的能力急剧降低,容易产生永久变形。再者粗集料表面光滑、棱角性太差,集料与集料之间不能相互嵌剂密实极易滑动,集料与沥青的粘结性也不足,集料表面不易形成沥青薄膜,造成混合料粘结不好,在车辆外力作用下,容易发生流动变形,造成车辙。 
  2 防治措施 
  对于大纵坡特殊路段的车辙防治,应该从设计和施工两方面来加以解决,本文着重从设计出发,来谈谈自己的观点。 
  (1)设计方面:设计质量是工程质量的前提和基础,是很重要的一环,设计单位应从实际出发,对地形特殊复杂路段,认真调查,精心设计,对于大纵坡路段,可以考虑局部特殊设计,采用改性沥青混凝土,或者SMA路面。另外,从沥青的选用到骨料级配的确定都要精心考虑。 
  ①采用改性沥青混合料。 
  相对于普通沥青混合料来说,采用改性沥青,在沥青中掺加树脂类高聚物、橡胶类高聚物和树脂橡胶共聚物,可以改善沥青多方面的流变性质,提高沥青在高温时的抗流动性,低温时的脆性,以及抗滑性和耐久性。使路面具有较高抗流动性即高温下抗车辙能力,良好的路面柔性和弹性即低温下抗开裂的能力。根据实际需要可对改性剂作如下选择:为提高抗变形能力,宜使用热塑性橡胶类(SBS)或热塑性树脂类(EVA、PE)等改性剂;为提高抗低温开裂能力,宜使用热塑性橡胶类(SBS)或橡胶类改性剂(SBR);为提高抗疲劳裂缝能力,宜使用热塑性橡胶类(SBS)、橡胶类(SBR)或热塑性树脂类(EVA、PE)改性剂;为提高抗水分侵害能力,宜使用各类抗剥脱剂等外加掺剂。 
  ②采用SMA路面。 
  SMA是一种间断级配的沥青混合料,4.75 mm以上的粗骨料比例高达70%~80%,矿粉的用量达7%~13%,沥青用量较多,高达6.5%~7%。这种混合料摊铺的路面具有非常好的高温抗车辙能力、低温变形性能和水稳定性。且构造深度大,抗滑性能好、耐老化及耐久性等路面性能都有较大提高。 
  ③沥青的选用。 
  沥青混合料的使用性能是受沥青结合料影响的,沥青质量的优劣与沥青路面的好坏有着密切关系,直接影响到沥青路面的使用性能,在给定温度和加载速率下,高粘度的沥青会产生劲度高的沥青混合料,较高的劲度具有较高的抗车辙能力。沥青种类对车辙深度也要很大影响,使用稠度大,温度敏感性低的沥青可以减少或延后车辙的发生。因此,沥青路面采用的沥青品种及标号,应安照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等确定。对于大纵坡路段,宜采用稠度大、60°C粘度大的沥青。   ④优化沥青混合料的级配。 
  沥青混合料分为按嵌挤原则构成和按密实原则构成的两大结构类型。按嵌挤原则构成的沥青混合料的强度,是以矿料颗粒之间的嵌挤力和内摩擦力为主、沥青结合料的粘结作用为辅而构成的。路面是以较粗的、颗粒尺寸均匀的矿料构成骨架,沥青结合料填充其空隙,并把矿料粘结成一个整体。这类混合料的结构强度受温度影响较小。按密实级配原则构成的沥青混合料的结构强度,是以沥青与矿料之间的粘结力为主,矿料之间的嵌挤力和内摩擦力为辅而构成的。这类沥青混合料的结构强度受温度的影响较大。因此,在路面结构设计时,在大纵坡路段应该综合考虑,充分发挥两种结构的优点,选用骨架密实型结构。以较多数量的间断级配粗骨料形成空间骨架,发挥嵌挤锁结作用,同时由适当数量的细骨料和沥青填充骨架间的空隙,形成既嵌挤又密实的结构,不仅内摩擦角较大,粘聚力也较高。这种结构混合料在实际使用中具有很好的路面使用性能,抗车辙能力强,沥青玛蹄脂混合料(简称SMA)是这种结构的典型代表。 
  ⑤结构层厚度。 
  根据实际沥青路面车辙产生的情况看,结构层厚度大的路面,产生车辙的严重程度要大于结构层薄的路面,因此,设计时在保证路面满足力学性能和使用性能的情况下,应减小路面结构层厚度,从而控制或减轻车辙的发生的程度。 
  ⑥沥青混合料最大粒径的选择。 
  在大纵坡路段,主油层沥青混合料的最大粒径宜适当选择较大粒径,可考虑采用AC-25沥青混凝土或ATB-25及以上密级配沥青稳定碎石,以充分发挥粗骨料的嵌挤作用,增强混合料的抗变形能力,以减少车辙的发生。 
  (2)施工方面:良好的工程质量是通过良好的设计质量和施工质量来保证的,施工质量是工程质量形成的重要环节,施工过程中必须严把质量关,确保工程质量。应主要从以下几点出发: 
  ①建立完善的质量保证体系。 
  ②严把原材料质量关,沥青及矿料质量要符合规范要求。 
  ③精心做好沥青混合料配合比设计。 
  ④正式施工前进行试验段施工,收集有关混合料拌合温度、摊铺温度、初始碾压、复压、及终压温度、压路机碾压遍数、碾压速度、振动频率及振幅、摊铺机行走速度、机械组合等有关数据,以指导后续施工。若试验段末达到预期目的时,应重新铺筑试验路段,直到满足要求为止。 
  3 结语 
  车辙是一种常见的路面病害,在大纵坡路段更容易发生,路表过量的变形影响路面的平整度,轮迹处沥青层厚度减薄,削弱了路面整体强度,易于诱发其它病害,从而影响路面的使用性能,加大养护工作量和养护成本。因此、道路车辙现象应引起我们足够的重视,应在设计和施工阶段采取有效的措施予以防止。 
  参考文献 
  [1] 公路沥青路面施工技术规范(TJG F40-2004)[S]. 
  [2] 市政公用工程管理与实务(第三版)[S]. 
  [3] 公路工程质量通病分析与防治(山西省公路局)[S].

       原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-6501390.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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