浅析高速公路车辆荷载与车辙病害的关系

发布时间:2010-01-14 共1页

    沥青混凝土路面的车辙病害是路面的一种主要病害,维修费用高,维修周期长,往往影响正常交通运输。车辙产生的原因是多方面的,内部的因素主要包括:沥青种类和性质、集料的形状及表面纹理、沥青用量、矿料级配、粉胶比、沥青混合料残留空隙率等方面;外部因素主要包括:高温、重荷载、车流量、路面坡度等方面。高速公路因渠化交通,更易产生车辙。
    对已建成的高速公路沥青路面,车辙产生的主要原因是车辆荷载,特别是超重车的影响,本文主要分析车辆荷载与车辙的关系。
    1.不同轴载作用下沥青层内剪应力
    车辙产生的主要原因之一是在车轮荷载作用下,沥青层内产生剪应力,致使沥青混合料产生剪切变形,不可恢复变形的不断累积形成车辙。因此,剪应力的小影响车辙的小。
    哈尔滨工业学分析了不同轴载对沥青路面车辙的影响,研究中采用有限元力学计算分析方法,以半刚性基层沥青混凝土路面作为典型结构(这也是我国现阶段高速公路建设采用的最普遍结构),结构厚度和各层材料力学参数(各结构层层间均为连续状态):表面层沥青混合料h=4cm E=1400MPa u=0.25,下面层沥青混合料h=6cm E=1200MPa u=0.25,基层水泥稳定碎石h=30cm E=1400MPa u=0.25,底基层二灰稳定土 h=20cm E=800MPa u=0.25,土基 E=40MPa u=0.35.
    对计算结果的分析,无论在平坡还是在上坡路段车辆轴重越,剪应力越。车辆在平坡路段行驶时,当车辆轴重从100kN增加到150kN、200kN时,最剪应力(文内所涉及到的最剪应力均为产生于沥青层内不同深度的剪应力的最值。)由0.157MPa增加为0.232MPa、0.308MPa,分别增加了48%和96%,这与车辆轴重的增加比例是相同的,不同轴重的剪应力分布曲线的形态基本一致,在深度4-6cm范围内剪应力较。
    通过上述分析发现,随着车辆后轴轴重增加,剪应力几乎按照相同的比例增,即剪应力与车辆轴重近似地表现为45度线性递增的比例关系。
    2.不同轴载作用下沥青混合料动稳定度分析
    我们在室内对不同荷载作用下动稳定度次数进行了试验,试验结果如下:
    为研究荷载对动稳定度的量化性影响,选取一种沥青混合料AC-161,分别进行0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa三种压力下的车辙试验,发现在标准温度60°C下动稳定度与轮压成指数关系,1054, 801和634;荷载对动稳定度的影响是非常的。当荷载由0.7Mpa增加到1.1Mpa时,动稳定度几乎要降低一倍,按现在标准轴载设计的路面在重载车作用下,沥青混合料抗剪强度远远超过允许值,造成路面流动性车辙。
    3.不同荷载作用下车辙试验对比   
    交通部《高速公路早期病害预防措施的研究》课题提到,夏季路面温度从60°C升高到66℃时,相当于荷载从0.7Mpa升高到0.9Mpa,当荷载由0.7Mpa升高到1.2Mpa时,相当于温度从60.7℃升高到70.2℃。
    我们曾经进行了室内实验,比较不同荷载情况下沥青混合料的动稳定度次数变化情况,室内试验选取了AC-131中值和AC—161级配中值进行试验,最佳用油量的确定分别采用GTM法和马歇尔试验方法,GTM采用三种不同的设计压强0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa,车辙试验采用三种轮压0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa分别进行,试验结果可以得出:①随着荷载的增加沥青混合料的抗车辙能力降低,每增加0.2Mpa的压强,抗车辙能力降低约20%;②增加设计压强可以有效的提高抗车辙能力,对于AC—131沥青混凝土来说,采用马歇尔重载指标设计的沥青混合料DS为1087,而GTM0.7的DS为1248,GTM0.9的DS为2242,GTMl.1的DS为3217, 分别是马歇尔重载设计的1.15、2.06、2.96倍。对于AC-161沥青混凝土来说,采用马歇尔重载指标设计的沥青混合料DS为1093,而GTM0.7的DS为1541,GTM0.9的DS为2004,GTMl.1的DS为3117,分别是马歇尔重载设计的1.41、1.83、2.85倍。
    从上面的分析不难发现随着车辙试验的轮压增时,车辙次数降低,但是轮压与车辙次数并不是简单的线形关系,只是随着轮压的增加,车辙次数下降速度加快,当轮压小于设计设计压强时,动稳定度次数幅提升。
    4.重车流量与车辙调查分析
    从几条高速公路车流量的调查结果来看,很明显,京石高速公路车流量较,按照重车所占车辆总数比例看,京沈高速河北方向车辆总计188255辆/月,重载车比例占13.7%,车辙深度16.8mm:保津高速主线收费站车辆总计194845辆,重载车比例占33.0%,车辙深度20.2mm;京石高速公路主线北行车辆总计367800辆/月,重载车比例占44.0%,车辙深度21.3mm;京秦高速公路廊坊段香河站沈阳入口方向车辆总计120510辆,重载车比例占35.3%,车辙深度18.5mm.重载车辆较多,再加上夏季持续高温的影响,2003年京石高速公路出现严重车辙,调查切割试样显示,变形以中面层最为严重。
    沥青路面车辙分析结论:重车,特别是超重车是车辙病害产生的主要之一。只有规范运输市场,限制超载车,轮压控制在0.7mp以内,才能使公路达到或超过使用年限,减少额外养护费用,确保道路安全畅通。