高速公路大纵坡和连续上坡沥青路面车辙病害调查分析

　文章编号:1671-2579(2008)05-0068-03

高速公路大纵坡和连续上坡沥青路面车辙病害调查分析

梁　毅1,关宏信2,张起森2,徐　暘3,4

(1.四川雅西高速公路公司,四川成都　610041;2.长沙理工大学;

3.湖南省交通规划勘察设计院;

4.中南大学)

摘　要:车辙已经成为高速公路沥青路面主要病害,大纵坡和连续上坡路段尤其严重。该文以国内某两条高速公路大纵坡和连续上坡沥青路面车辙病害跟踪调查数据为基础,从环境温度、行车速度、轴载和材料性能及结构方面分析了车辙产生的客观原因。分析表明,大纵坡和连续上坡沥青路面车辙控制应结合路段实际条件开展结构组合和材料设计。

关键词:沥青路面;大纵坡;连续上坡;车辙

收稿日期:2008-04-02

作者简介:梁　毅,男,教授级高工.

山区高速公路为克服高程,避免工程造价过大,往往在线形指标上不如平原微丘区那样富余,回旋余地较小,通常平曲线半径较小,纵坡较陡、较长,当超载车辆在上坡段行驶时,往往在通车后几年甚至几个月就产生了严重的车辙。如何尽量减轻车辙病害,已经成为山区高速公路建设需要迫切解决的问题。

1　工程背景

调查路段一:A 高速公路某段为山岭重丘区高速

公路,双向四车道、全互通、全封闭,南行K15+900～K39+180路段有多段大纵坡上坡,北行方向K39+180～K52+180路段连续上坡,2003年4月建成通

车。调查路段二:B 高速公路某段双向六车道,1999年10月建成通车。两个调查路段路面结构如表1所示。

表1　调查路段沥青路面结构

结构层A 高速公路B 高速公路

表面层 4.5cm SMA -16Superpave4cmA K -16AB 中面层 5.5cmAC -20Ⅰ5cm 调整型AC -20下面层6cmAC -25Ⅰ6cmAC -30Ⅰ基层

36cm6%水泥稳定碎石28cm 水泥稳定碎石

20cm4%水泥稳定碎石

34cm 石灰土

2　车辙病害

(1)A 高速公路

A 高速公路通车当年经过酷暑后部分路段路面出

现了较严重车辙,于2003年12月重点对上坡路段车辙进行调查,车辙情况见表2。由于种种原因,2004年仅对车辙较严重的路段进行了临时处治。

表2　A 高速公路上坡路段车辙分布情况车辙深度/mm

车辙路段占全线比例/%

≥15

14.30

15～208.220～25

1.0≥25

0.6

经过1年多的运营,车辙进一步发展,于2005年

4月又对车辙深度2cm 以上的路段进行处治。针对不同的车辙状况采用了3种方案进行处治(表3),表中FAC 层均为先挖除原路面对应结构层,然后重新铺筑FAC 层。

又经过近2年的运营,2007年1月再次进行检测时发现,一方面处治后的路段车辙有明显改善,平均车辙深度大部分在10mm 以下,说明铣刨后重铺的方法可以快速修复车辙病害,在短时间内可以提高路面行车安全性,但同时车辙问题仍然是该段最主要的病害

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6　中　外　公　路

第28卷　第5期

2008年10月

表3　A高速公路2005年4月车辙处治方案

方案上面层中面层下面层基层

方案Ⅰ 4.5cm FAC-13改性沥青原路面中面层原路面下面层原路面基层方案Ⅱ 4.5cm FAC-13改性沥青 5.5cm FAC-20改性沥青原路面下面层原路面基层方案Ⅲ 4.5cm FAC-13改性沥青 5.5cm FAC-13改性沥青6cm FAC-25改性沥青原路面基层

形式:①车辙路段主要位于南行方向(大纵坡)主车道,平均车辙深度集中在15～30mm,少数路段平均车辙深度超过40mm,如S K27+900～S K28+200段右轮迹位置平均车辙达到40.5mm,最大车辙达到65 mm;②北行方向(连续纵坡)车辙主要集中在爬坡车道,在设置了爬坡车道的路段,车辙比同路段主车道车辙深,局部平均车辙达到15～25mm,说明爬坡车道发挥了分流重车的作用。

(2)B高速公路

B高速公路2002年9月调查时发现,K121～K137段的许多上坡路段在较短的时间内出现严重的高温车辙变形,较大车辙深度达到5.3cm。根据现场钻取芯样的分析,路面产生车辙处各层厚度变化情况主要在中下面层,其中下面层的厚度变化尤为突出,沥青混合料中的粗骨料明显产生横向蠕动。根据对钻取芯样抽提出的级配变化情况分析,上面层、中面层混合料的级配没有发生明显的变化,而下面层混合料的组成发生了明显的变化。

3　车辙成因分析

(1)高温

A高速公路自动气象站逐分钟路面温度、气温资料显示,2003年3月～2005年8月间,晴天平均14:00路面温度(测试路段为SMA16表面层,其热容量较高,升温不明显)在全年有11个月都超过30℃,其中5～9月达到48.4～53.3℃(月平均气温达到31.1～33.9℃),年平均晴天14:00路面温度达到41.8℃(气温达到26.3℃)。而且在2004年6月27日～7月3日和2005年7月14～21日当地发生了两次典型的高温天气过程,这两次高温过程路表温度最高都接近60℃,而且路表超过55℃持续了3d。如果考查沥青面层下2cm的温度,以上路面温度数据还将增加,而且在表面层为A K-16的路段,这个数据还将变大(有关实测数据表明,大气温度35℃时A K-16表面温度达到了61℃)。因此,可以说A高速公路调查路段之所以频繁产生车辙病害,与高温有直接的关系。

2002年7月8日～7月17日,以及7月31～8月3日,B高速公路调查路段遇到50年一遇的持续高温天气,根据气象部门的实测资料,当地的最高气温超过历史最高气温42℃,达到42.1℃。并且超过35℃的持续时间之长也是少见。在几天的持续高温下,路面温度根据有关单位现场的简单测试,沥青路面2cm以下的实际温度接近80℃。远远超过了所使用沥青(加德士A H-70普通重交沥青)的软化点,这正是产生车辙现象的主要原因之一。

(2)慢速

上坡路段越接近顶部车辙越严重,如对A高速公路调查路段南行约23km连续上坡路段采用雷达测速仪实际测量车辆行驶速度结果显示,货车坡顶平均上坡车速41km/h,北行多段大纵坡上坡中最低车速仅28.11km/h,最高也仅55.5km/h,充分说明慢速导致上坡段频繁产生严重车辙。

再如B高速公路调查路段开始发生车辙的路段一般在上坡段坡角以上几百米的位置,该位置一般重型车辆的速度不超过50km/h,由于车重速低,有些重车只能局部蛇行前进,因此对路面的破坏作用相当大。

众多的研究已经表明,与小纵坡相比,大纵坡路段沥青路面受到的水平分力更大,而且车辆行驶速度更慢;与短纵坡相比,连续纵坡不仅车辆行驶速度普遍较慢,而且到达长纵坡顶部时速度更慢,因此导致纵坡沥青路面产生严重车辙。

(3)重载

A高速公路调查路段2003年的轴载调查显示,货车比例大,南行方向货车313辆,其中超载车278辆,占85.2%,北行方向货车194辆,其中超载车165辆,占88.3%。特别是近年经济的快速增长,省际物流也快速增长,作为进出该省的南北交通大动脉的A高速公路该段交通量也不断增长。从轴载数据可以看出,与北行连续上坡路段相比,南行大纵坡路段货车数量多、轴载重,导致车速慢(车速调查已经证明了这一点),重载与慢速的综合影响导致南行大纵坡比北行连续纵坡车辙严重。

B高速公路调查路段2002年的轴载调查显示,中大型货车比例超过30%,车轴重在14～23t所占的比例最高,其中最重单轴可达到33t。而车辙调查显示,

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