淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理

1、淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理【摘要】摘要隨著社會經濟的發(fā)展，客貨運量迅速增加，特別是重載車輛的增多和高壓輪胎的使用，使得瀝青路面的車轍病害越來越引人們的關注，本文簡要介紹公路瀝青混凝土路面車轍病害形成原因以及車轍病害處理方法?！娟P鍵詞】瀝青路面車轍處理及修復班級：土木08-6班姓名：孟凡帆-2-/23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理一、前言公路建成通車后，隨著通車年限的增長，以及通行量的不斷增加，瀝青路面各種病害接踵而至。其中車轍始終是路面損害的最主要的病害之一。20世紀70年代末美國各州公路局曾做過調查統(tǒng)計，在調查的44條主要公路中有3條公路的破壞是由車轍

2、引起的，占調查總數(shù)的29.5%；日本的高速公路路面維修、罩面的原因，80%以上是由于車轍引起的。由于公路交通量日益增大、車輛迅速大型化且嚴重超載，行駛速度高，使公路路面產生永久變形的積累而導致路面出現(xiàn)車轍，削弱了面層及路面結構的整體強度，從而誘發(fā)其他病害，并最終導致路面的破壞，影響路面的正常使用。所以路面養(yǎng)護工作要在保證施工質量的前提下，及時、快速、安全且不能中斷交通。同時，應最大限度實行機械化養(yǎng)護,加強現(xiàn)場施工人員的安全保護；合理地組織施工，盡量避免頻繁調動機械設備。本文將對瀝青混凝土路面的車轍病的害成因及處理辦法進行簡要的分析。二、車轍的危害1、車轍底部和上部的邊緣位置產生集中應力，致使路

3、面產生縱向裂縫，造成雨水等滲入下面層及基層，造成基層水損壞，使公路服務質量下降，增加維修成本。2、輪跡處瀝青層厚度減薄，嚴重削弱了面層及路面結構的整體強度，從而誘發(fā)其它路面的病害，并導致路面喪失服務能力。3、車轍降低了路面平整度，影響行車的舒適性，嚴重影響路面的使用壽命和服務質量。4、車轍造成路面排水不暢，較深的車轍雨天容易積水，車輛駛過時路表水膜被帶起而形成水霧，影響其后續(xù)車輛的司機視線并且降低路面的防滑能力，影響行車安全；局部低洼處容易形成積水，給行車帶來極大的安全隱患同時也對路面的結構的穩(wěn)定性造成一定影響。5、車轍同時會影響行車的穩(wěn)定性，路面轍槽主要由重載車輛引起，當輕型車在有轍槽的路面

4、上行駛時，由于不同類型車輛的輪距不同，導致橫向穩(wěn)定性很差，從而可操縱性差，使方向盤難以控制，降低了超控性，使行車存在交通安全隱患。-3-/23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理車轍的出現(xiàn)，不僅嚴重的影響了瀝青路面的服務質量及行車安全，而且直接影響路面的使用壽命，造成維護成本的增加。因此，對瀝青路面車轍產生原因和處理對策進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。盡管我國現(xiàn)行規(guī)范和美國的瀝青混合料設計規(guī)范都把抗車轍能力作為設計瀝青混合料所要考慮的重要因素之一。但是由于瀝青混合料固有的粘彈性力學特性，再加上車轍形成的復雜性和影響因素的多樣性，使得瀝青混合料的車轍研究尚有許多不完善的地方。如何防治瀝青路面的車轍病害也

5、就成為目前所面臨的重要研究課題。為渾南大道，從圖上可以清楚的看見兩條車轍。-3-/23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理三、在路口的位置，車轍病害更為嚴重。四、車轍的分類車轍主要發(fā)生在高溫季節(jié)，在渠化交通的重要交通道路上。根據(jù)車轍的形成原因，可以分為三種類型。（1）失穩(wěn)型車轍這類車轍是由于瀝青路面的結構層在車輪荷教的作用下，內部材料流動，產生橫向位移而發(fā)生，通常發(fā)生在輪跡常發(fā)生在輪跡處。這種車轍一般都有剪切變形產生的兩側隆起現(xiàn)象，車轍斷面成w型，易發(fā)生在車速較慢、橫向應力大的上坡路段。失穩(wěn)性車轍危害最為嚴重，它是公路車轍病害的主要類型，影響因素多而復雜。（2）結構型車轍這類車轍是由于路面結構在交

6、通荷載作用下產生整體永久變形而形成，主要是由于路基邊形傳遞到面層而產生。此類車轍的寬度較大，兩側沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面成淺盆狀的U字型（凹型）。（3）磨耗型車轍由于瀝青路面結構頂層的材料在車輪的磨耗和自然環(huán)境因素作用下持續(xù)不斷地損失而形成，尤其是汽車使用了防滑鏈和突釘輪胎后，這種車轍更易發(fā)生。圖1結構性車轍示意圖圖3失穩(wěn)性車轍示意圖目前，國內的高等級公路絕大多數(shù)都采用半剛性基層瀝青路面的結構形式，由于半剛性基層的強度高和板體性好，基層及基層以下的變形極小，車轍主要來自于瀝青面層在車載作用下產生的永久變形。-5-/23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理四、車轍形成的原因車轍是瀝青路面特有的一種損壞現(xiàn)

7、象，經常產生在車輪經常碾壓的兩條輪跡帶上，是在與時間有關的荷載因素和氣候因素共同反復作用下，路面上沿行車輪跡產生的縱向帶狀凹槽。車轍的產生受內因和外因的綜合影響，內因包括路面結構層次及材料組成，外因包括設計、施工、交通條件和氣象條件等。針對目前公路路線縱重車、超載車多且車速較高，夏季高溫等特點，通過綜合分析認為出現(xiàn)嚴重車轍的原因可歸納為以下幾個方面。1、路面結構及材料組成瀝青材料在路面結構中厚度越大，在行車作用下發(fā)生永久變形的變形量越大。故路面結構厚度既要有足夠的承載能力，又要有較好的抗車轍能力。采用剛性或半剛性基層，可以大大減少基層和路基的變形，從而減小路面的整體車轍。瀝青混合料具有一定的蠕

8、變和應力松弛現(xiàn)象，在行車載荷作用下，當瀝青混合料的受力超過其彈性極限和屈服點，就可能產生塑性變形，不斷積累形成車轍。瀝青混合料瀝青含量過多及混合料中過多的細集料，也會造成車轍的產生，在生產瀝青混凝土時，應該嚴格控制通過室內試驗確定的瀝青用量和小于0.075mm的粉料用量。2、設計與施工瀝青混合料配合比、基層材料配合比以及路基土壤組成等設計，都可能影響車轍的產生。施工時路基的壓實度、排水性能、基層壓實度、路面熱穩(wěn)定性等是否達到規(guī)范要求也都會影響車轍的產生。3、道路交通條件大量重型或超載車輛在路面上行駛，由于其單軸載荷增大，從而更容易產生車轍。同時車輪在不斷地磨損路面，特別是在車輛行駛較多的主車道

9、上，也是產生車轍的原因。學校內大部分車走減速杠邊緣，造成車轍并產生積水。4、氣象條件由于瀝青混合料是彈塑性材料，瀝青路面是黑色路面，吸收熱量能力強，所以在氣溫較高時，路面在行車載荷反復作用下極易產生車轍。在下雨或下雪時，由于雨水通過路面表面裂縫滲透侵蝕了基層材料，使其強度降低，從而使車轍擴大高溫更易形成車轍23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理此外，隨著車輛制造技術的發(fā)展，車輛的軸載越來越大，許多外在因素越來越不可以被忽視：重載、超教交通的影響中國“八五”科技攻關課題“道路瀝青及瀝青混合料使用性能的研究”對此進行了眾多的試驗，其中HXL瀝青AC-16I型瀝青混合料在60c時的動穩(wěn)定度和荷載關系式

10、為IqDS=3.45930.5746p式中：P接地壓強，MPao計算不同荷載下動穩(wěn)定度見表1與圖5所示。錯誤!未指定書簽。-9-/23對于汽車荷載，如果輪壓小于標準輪壓（0.7MPa）,動穩(wěn)定度將急劇增大，對產生車轍的影響就小得多。而現(xiàn)實情況是超限超載車輛的比例很大，隨著荷載的增加，動穩(wěn)定度將按對數(shù)的比例下降。以HXL瀝青混合料為例,輪壓從0.7MP&增大至1.2MPa,動穩(wěn)定度從1140次/mm降低到589次/mm,動穩(wěn)定度將下降到原1/3。同時研究表明，路面沉降的增量幾乎與超載同步增長。保持基層彈性模量不變，將輪載從0.70MPa增加50%至1.05MPa,產生的路表車轍則為標準軸

11、載下產生車轍的185.9%（圖6）。如任意一輪載作用下均有上述規(guī)律，則達到路面塑性變形的極限狀態(tài)時，超載下道路的累計軸次僅為標準軸載作用下累計軸次的54%左右。O O 。 。 Q.O.O 1 2 3 4 5 一 二 1 一 口官之盟正祖景圖6正常荷載及超裁下路表豎向理性變形長安大學對比了在滿載、超載30%、超載60%、超載100%情況下的累計標準軸次與路面結構的使用壽命的關系（表2、圖7）。表2某高速公路瀝青路面結構使用壽命對比.*累計軸次累計軸次（X1。4）一定時軸載WJX104）；的使用壽命/年滿載7559I15X）0超載30%1878.87.10超載60%4303.13.40超載100%

12、10982.8J1.4012 00010 000R W 6 000 4 000 2 0000設計使用年限，年圖7超載與累計當量標準軸次與設計使用年限的關系可以看出，隨著超載率的增加，車輛換算系數(shù)明顯增加；使用初期計算標準軸次與設計壽命年限內累計標準軸次均明顯增加；使用壽命明顯降低，超載60%時，使用壽命為3.40年，超載100%時，使用壽命僅為1.40年，可見超載對路面使用壽命的影響極大。超載對瀝青路面結構應力的影響當瀝青路面結構所承受的車輛軸載增加時，路面結構內部的應力分布必然發(fā)生變化，結構的壓應力、拉應力和剪應力均隨之增加。圖8是陜西省銅黃公布的高速公路半剛性基層瀝青路面不同軸載應力分析數(shù)

13、據(jù)，壓應力隨深度的增加逐漸減小，面層上部05cm范圍內的壓應力最大，5cm以下壓應力減小得較快；軸載從10t增加到18t,壓應力在面層中的分布曲線基本平行，面層中不同深度的壓應力增加值幾乎相等。因此，表面層承受的壓應力最大，最容易產生壓密形變，超載車輛（特別是嚴重超載的車輛）將顯著加快壓密形變的產生，而且使產生較大壓密形變的深度增加。淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理隨著深度的增加，半剛性基層瀝青路面結構內剪應力迅速增加（圖9）,到某一深度處達到峰值，然后剪應力值開始逐漸減小。峰值的深度位置隨軸載增大而加深，在lot軸載作用下剪應力在深4cm處達到峰值0.233MPa,在181軸載下峰值0.28

14、MPa的位置為深5cm處。說明隨著軸載的增大和輪胎接觸壓力的增加，剪應力隨之增大，且剪應力峰值會向下擴展。在面層表面下4cm深度范圍內的剪應力值較小：在表面下410cm范圍內的剪應力值最大，也是最易產生轍槽的區(qū)域，在重載作用下影響更加明顯，10t軸載作用下的平均剪應力約為0.21MPa,18t軸載作用下的平均剪應力值為0.25MPa；面層表面10cm以下剪應力值較小，在10t軸載作用下的平均剪應力值約為0.16MPa,在18t軸載作用下的平均剪應力約為0.22MPa。因此，隨著軸載增加，瀝青層產主失穩(wěn)性車轍的可能性就會增加，在中面層更容易產生失穩(wěn)性車轍，且軸重愈大，同一層位內的剪應力也愈大，因

15、而亥層位瀝青混凝土的高溫強度或抗轍槽囊力也應提高。510深度km15圖8半剛性基層瀝青路面正應力分布51015深度，cm151005 o o o o o O §7著飄0 5 03 2 2-10 - / 23圖9半剛性基層瀝青路面剪應力分布淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理行車速度根據(jù)汽車行駛理論，載重汽車在長陡坡路段爬坡行駛時一般先做加速度減小的減速運動，后做勻速運動的過程。因此，車輛載重越大，坡道越陡，汽車行駛速度減小的越快，穩(wěn)定時速度越小。上坡路段載重汽車行車緩慢，行駛速度的降低延長了軸載對路面的作用時間，對路面結構層內的應力和應變等產主影響。瀝青混合料作為一種粘彈性材料，遵從流變

16、學的一般規(guī)律，按照流變學的波茲曼(Boltzmann)疊加原理，每次汽車荷載通過的作用可以按荷載作用時間疊加，每一輛車的荷載不同也是司樣疊加的。如果汽車荷載相同，通過一輛20km/h的慢速車，與通過5輛100km/h的快速車的作用時間是相同的。因此，軸載越大的載重車，在爬坡時的速度越慢，車速越低，換算的重載車輛數(shù)也越多，軸載和車速的疊加影響就更大。從表1可看出，如軸載從0.7MP&增加到1.2MPa,HXL瀝青混合料動穩(wěn)定度從1140次/皿降低到589次/mm,同樣產生1mm的車轍，荷載次數(shù)將降低一半。如果速度再從100km/h降低到20km/h,荷載作用次數(shù)增大5倍，產生同樣大小的車

17、轍的車輛數(shù)減少了10倍。因此，車速降低對車轍的影響比荷載的影響大得多。附加水平力的影響由力學分析可知，車輛荷載分為行車水平力和垂直力。在縱坡路段，水平力由車輛荷載水平分力、車輛慣性力、變速力等通過車輪傳遞給路面。在陡坡路段，車輛荷載水平分力較正常情況大得多，加上綜合超載車在爬坡時跳躍式前進的水平；中擊力的影響，面層將承受更大的剪應力。表3為標準軸載下縱坡與汽車自重引起的剪應力分量的關系。表3縱坡與汽車自重引起的前應力分量之間的關系縱坡坡度/%1.02.03.0：4.05.06.0剪應力分量/MPa0.010.020.030.040.050.06五、六、車轍的防治及處理1、隨著車轍問題的逐漸被重

18、視，各種處理及防治辦法層出不窮，下面我就簡單介紹幾種比較流行的防治及處理方法。.飛治工藝.車轍防治階段瀝青軒維同步封層”橡股改性瀝害”微表處“同步砰石封層Q錢創(chuàng)后熱攤鋪、粘結層適用y適用F.適用，-面層儺鋪P適用。/"車轍出現(xiàn)后一1一.一.適用適用n適用33、傳統(tǒng)的銃刨車轍路面后重新熱攤鋪傳統(tǒng)的處理車轍的方法是將路面出現(xiàn)車轍部分及周圍路面進行銃刨，然后進行熱攤鋪重新罩面，罩面后路面的路用性能往往可以得到很好的恢復，但是由于熱攤鋪成本比較高，同時也不利于環(huán)保。但是當路面車轍比較嚴重的時候，熱攤鋪還是很有效的一個方法。施工工藝流程(1)銃刨前路面測量。通過測點高程的比較和車轍嚴重程度來確

19、定銃刨的面積和銃刨深度。(2)銃刨機銃刨。依據(jù)工程技術人員提供的銃刨面積和銃刨深度沿著行車方向逐刀地進行銃刨。銃刨后的工作面如下圖所示。CL/.w、一銃刨前原路面7T銃刨深度h、銃額后工作面，/一般來說銃刨的深度應根顯現(xiàn)場妥際情況確定，直至徹肩露時藤底層且無夾層為止；分層銃刨時，應注意預留縱橫向臺階，以便于施工和避免縱橫接縫在同一斷面上。(3)廢料運輸。銃刨機銃刨時，通過傳輸皮帶將廢舊混合料裝上運輸車輛,運到固定地點進行存放。(4)銃刨邊角處理。用風鎬將銃刨機提刀的斜邊與切割機切縫間的少部分殘留路面清除掉，然后人工將坑槽內殘留雜物清掃干凈。(5)工作面清掃。用人工配合清掃車將工作面中的雜物及銃

20、刨粉塵清除，然后用鼓風機吹干凈，直至符合要求為止。(6)噴灑乳化瀝青。用瀝青灑布車將乳化瀝青噴灑于槽內及槽邊接口，破乳后，即可進行攤鋪作業(yè)。乳化瀝青噴灑過后，應保持工作面的清潔。瀝青混合料攤鋪攤鋪作業(yè)是整個修補過程中保證施工質量的關鍵一環(huán)。(1)在攤鋪作業(yè)之前，應根據(jù)原路面設計數(shù)據(jù)結合現(xiàn)場實際情況對施工路段進行測量放樣，以確定整個攤鋪面。(2)攤鋪作業(yè)時應檢查混合料的溫度是否符合規(guī)范要求。(3)根據(jù)原路面設計要求，當槽深超過10cm時，應分層進行攤鋪。(4)攤鋪厚度應考慮松鋪系數(shù)，確保碾壓完成后的路面應與原路面保持接縫平整。(5)對于攤鋪不到的邊角，要人工即時進行填補，對于新舊路面的接口要篩分

21、一些細料，然后人工進行整平。(6)攤鋪開始后，應盡量避免停機，同時攤鋪機應勻速行駛，速度控制在35m/min為佳，若為改性瀝青混合料則攤鋪速度控制在13m/min為佳。瀝青混合料碾壓碾壓采用雙鋼輪振動壓路機、膠輪壓路機，分初壓、復壓、終壓三道工序完成(SMA除外)。(1)碾壓要及時，應盡量在較高的溫度和較短的時間內完成碾壓。(2)碾壓要遵循“從低向高，由外向內”的原則，碾壓應呈階梯狀逐步向前推進。(3)初壓采用雙鋼輪振動壓路機碾壓2-3遍，復壓采用膠輪壓路機碾壓4-6遍，終壓用雙鋼輪壓路機靜壓1一2遍收光。(4)對于新舊路面橫向接縫，首先用雙鋼輪壓路機(DD-110)進行橫向碾壓，然后實行45

22、度斜壓，斜壓從中間向兩側依次分開。橫接縫碾壓溫度一般比正常溫度低5-10度，溫度太高容易產生混合料推移，溫度太低，橫接縫不能壓實，易造成路面早期破壞。(5)壓路機啟動、停止應緩慢，碾壓過程中不得隨意調頭、剎車。瀝青混合料拌合和運輸由于攤鋪的不連續(xù)性，所以拌和廠要有足夠大的熱料儲存罐。(1)對于瀝青混合料的級配，由于原材料、施工環(huán)境和拌和條件都與路面最初施工時存在差異，所以標準級配可以適當進行調整(當然要經過試驗論證確定)。(2)每天路面工程技術人員都要將次日所需混合料的類型、數(shù)量和時間書面通知拌和廠，然后拌合廠根據(jù)試驗室開出的通知單一次性集中拌制。由于攤鋪是逐段(塊)進行的，所以所報混合料數(shù)量

23、應盡量準確，以避免浪費和完不成作業(yè)面的施工而增加施工成本。(3)充分發(fā)揮試驗室的作用，做到用數(shù)據(jù)指導生產。試驗室人員要對每批進場的原材料進行各項指標檢驗，確保原材料合格；要對出廠的混合料進行馬歇爾和抽提篩分試驗，保證出廠的混合料合格；同時要實地鉆芯取樣，做密實度試驗，指導攤鋪碾壓作業(yè)。(4)結合實際情況，對路面車轍特別嚴重的地方，大膽采用新材料、新技術(如合徐公路南段采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13上面層及Supersave-20中面層)進行修補，提高路面抗車轍能力、低溫抗裂能力、耐疲勞能力和水穩(wěn)性能等。(5)不論運距長短，瀝青混合料在運輸過程中均應采取保溫措施。保證到現(xiàn)場的瀝青混合料溫度

24、滿足要求。加強料溫控制在拌合、運輸、攤鋪、碾壓等各個環(huán)節(jié)中，由于施工程序繁雜，所以一定要確保瀝青混合料的溫度，密切協(xié)調配合，盡量減少混合料運輸汽車的停置時間?；謴蜆司€瀝青混合料碾壓、冷卻后，應對路面施工路段進行驗收，合格后用劃線車恢復標線。充分提高攤鋪效率由于乳化瀝青噴灑后2-3h才破乳，因此同時同地施工時，就會因為破乳時間長而影響攤鋪進度。應盡量讓銃刨作業(yè)提前一天進行，這樣既可把前一天銃刨量作為第二天的計劃攤鋪量，又可使攤鋪作業(yè)連續(xù)進行，不受銃刨機的影響，保證攤鋪效率。2、.瀝青纖維同步封層工藝的應用瀝青纖維同步封層工藝，主要應用于道路面層或粘結層施工，由于破碎后的纖維細絲形成不規(guī)則網(wǎng)狀結構

25、與瀝青結合同時灑布在路面上，極大的增加了瀝青粘結層的強度，這種工藝能有效的解決路面的裂縫反射問題，有效的吸收應力和分散應力，防止車轍的產生。-16-/23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理玻璃纖維本身具有剛性和韌性，其受力特點是應力分散，應力分散作用的直接效果是加筋路面，從而實現(xiàn)抗車轍、抗裂縫作用。同時由于采用瀝青纖維同步封層工藝，玻璃纖維與瀝青結合料的粘結性，具有很好的防水性。SECMAIR公司最新研制的新型瀝青纖維同步封層機法國賽格瑪3、橡膠改性瀝青材料的應用國外用膠粉改性瀝青鋪設公路已有30年以上歷史，美國至今已有1.1萬公里的高等級公路采用了膠粉改性瀝青。此外日本、俄羅斯、加拿大、瑞典、

26、韓國、芬蘭等亦已成功地將膠粉改性瀝青用于修建高速或高等級公路。、用膠粉改性瀝青鋪設的路面具有優(yōu)良的抗高溫性和耐久性。據(jù)了解，用膠粉改性瀝青鋪設的路面，與普通路面相比，可延長使用壽命13倍,提高路面的耐熱（80C高溫不軟），有效的避免和減少由于普通瀝青材料的高溫穩(wěn)定性及耐久性等較差而造成的車轍。、橡膠改性瀝青具有良好的彈性和分散應力的作用。目前世界上生產的橡膠改性瀝青最新型工藝是采用連續(xù)式高剪切降解工藝，美國道維施DALWORTH公司是該技術的領導者，使用該技術生產的橡膠改性瀝青膠粉分散更均勻，產品的穩(wěn)定性及改性效果均顯著提高。23淺議瀝青混凝土路面車轍原理及處理* (SBS)橫股改性瀝青設g之二 生產單元一美國DALWORTH橫股改性新肓設備美國道維施DALWORTH連續(xù)式高剪切降解橡膠瀝青生產工藝4、微表處技術的應用微表處修復車轍施工技術是以聚合物改性乳化瀝青為粘結料、借助專用的攤鋪設備進行施工的一種冷拌瀝青混合料不等厚薄層攤鋪技術，具有施工進度快、成本低、效果好等特點，可以迅速恢復和改善原瀝青路面的平整度提高防水性和抗滑性。車轍橫斷面一般為下凹型曲線，其填補厚度為變量，這就需要混合料中骨料粒徑按照轍槽的斷面正態(tài)分布。用于微表處的攤鋪機配置一個“V”形攤鋪槽，在攤鋪過程中混合漿體中各種粒徑的骨料