沥青路面车辙,毕业论文.doc

2008级毕业论文 毕 业 设 计 论文题目：关于沥青路面车辙的探讨姓 名 院 系 专 业 年 级 学 号 指导教师 【摘要】： 车辙是沥青路面除了裂缝和水损害之外的一种危害性较大的病害类型,在现代重交通条件下,车辙出现的速度和普遍性大大超过了预期。随着公路交通量的增加,汽车轴载的加大以及渠化交通的形成,我国公路沥青路面的车辙问题越来越突出。在高温地区，车辙成为沥青路面最主要的质量病害，与路面开裂、水损坏相比，车辙的危害性最大，对交通安全产生直接的威胁，并且车辙的维修困难，治理费用高，因而提高沥青路面的抗高温车辙能力是高温地区的公路建设应考虑的首要因素之一。正文前言 沥青路面上坡路段最容易产生车辙，特别是在坡度较大，上坡坡道较长的路段，车辙破坏程度远远大于平坦路段，而且产生破坏时间也较早。随着我国高速公路建设的不断发展，建设方向将会逐渐从平原、微丘地区转向山岭、丘陵地区，高速公路建设将不可避免的面对上坡路段增多，坡道坡度增大和连续纵坡等问题，而如何有效预防沥青路面车辙破坏，已成为十分迫切的问题。本文分析了车辙的类型和产生车辙的原因以及车辙对公路交通运输带来的危害,旨在寻求如何通过路面设计防止和减少车辙的发生,同时对已有严重车辙的沥青路面采取何种技术措施进行补救处理进行了探讨。1车辙的类型根据车辙形成原因的不同，车辙可分为三种类型： (1)失稳型车辙 这类车辙主要发生在半刚性或刚性基层沥青路面上，车辙主要源于沥青面层，由于沥青面层混合料的高温稳定性不足，在车轮荷载反复作用下，产生压缩和剪切流动。通常轮迹带的沥青面层在下凹的同时，两侧伴随着隆起，二者组合起来构成车辙。 (2)结构型车辙 这类车辙是由于路面结构在荷载反复作用下产生的整体永久变形而形成。这类车辙主要发生在柔性基层沥青路面上，其外形主要表现为路面下凹。 (3)磨耗型车辙磨耗型车辙主要是由于沥青路面结构顶层材料在车轮的物理磨耗和自然环境因素的作用下不断损失造成的，特别是在冬季某些冰冻滑溜路段，车辆使用防滑链或采用带钉轮胎，造成路面的严重磨损。车辙形成过程 纵观车辙的形成过程，大体上可分为三个阶段：初始阶段的压密过程在沥青路面碾压成型开放交通以后，沥青面层以及各结构层材料中均存在一些空隙，在汽车荷载作用下。仍会有进一步的压密过程。沥青混合料的流动过程高温下的沥青混合料处于以粘性为主的粘弹性状态，在车轮荷载作用下，沥青及沥青胶浆便产生流动，从而使混合料的网络骨架结构失稳。而向两侧隆起。矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏高温下处于半固体状态的沥青混合料，由于沥青及沥青胶浆在荷载作用下的流动，此时矿质骨架逐渐成为荷载的主要承担者，再加上沥青的润滑作用，矿质集料会产生错动，促使沥青及胶浆向其富集区流动。 2车辙产生的机理 理论上，沥青路面的车辙主要是由路基、基层和面层3部分的永久变形组成。考虑沥青路面车辙计算问题时，应弄清沥青混合料受力变形特性。一般认为，沥青混合料受到一定荷载作用后，即发生瞬时弹性变形。之后，随荷载作用时间的推移，材料又完成粘弹性变形，并伴随有粘性流动变形。据试验及实际路面观测可知，沥青混合料在受力过程中，粘性流动变形并非随荷载作用时间无限增长，其增量随时间逐渐减小并趋于零，即粘性流动变形随时间发展而趋于恒定值。这就是所谓的沥青混合料的“固结效应”。当卸载后，沥青混合料即刻产生弹性恢复，再后随时间的推移，又有粘弹性变形的恢复，而粘性流动变形不能恢复，这就是永久变形，反映在由沥青混合料构成的路面上即所谓的路面车辙。目前我国广泛采用半刚性基层沥青路面，这种路面结构使得路基和基层产生的永久变形占路面总永久变形的比例很低，而主要的永久变形发生在沥青混合料层，大量的试验路观测和计算结果表明以半刚性材料为基层的高等级沥青路面，沥青层产生的车辙占路面车辙总量的9o以上。因此沥青层的永久变形对沥青路面的车辙起决定作用。路面结构的最大剪应力峰值会随着半刚性基层模量的增加而增大，这说明半刚性基层刚度的增加对路面结构，特别是面层的抗剪特性是不利的。从这个角度来讲，基层刚度越大虽然使得路面结构的整体强度提高，但也使得路面结构材料层受剪切的影响增加，从而发生车辙的可能性增大。3 车辙产生的原因影响沥青路面车辙产生的原因很多，归结起来可分为内因、外因2大类。内因主要反映在青混凝土和路面结构本身的内在因素，而外因则主要包括交通条件及气候环境等外部因素。 1.内因 （1） 内摩擦角。 一般认为沥青混合料的高温抗车辙能力有60%是通过集料颗粒的嵌挤能力来实现的，通过嵌挤形成内摩擦力，内摩擦角越小，越容易发生车辙。通常在高温条件下，沥青结合料的劲度模量会下降，便容易形成车辙。而影响沥青混合料内摩擦角的因素又包括：集料的颗粒形状、表面纹理深度、天然沙含量、破碎颗粒含量、沥青用量、混合料集料级配及空隙率。 （2） 粘结力。沥青粘结力越差，越容易发生高温车辙。沥青混合料粘结力的影响因素包括沥青的针入度和粘度、沥青的感温性、沥青与碎石的粘结力、填料种类和粉胶比、纤维沥青混合料等。沥青的针入度越大，粘度越低，感温性越大，沥青与碎石的粘结力越差，其抗高温车辙能力越小；此外，控制好粉胶比及适当的控制纤维含量也有助于提高沥青路面抗车辙能力。（3） 路面结构类型和沥青面层厚度。通常沥青面层的路面结构共有柔性路面、半刚性路面和刚性组合式路面这三种形式，选取的结构类型不同，沥青路面的抗车辙能力也不同。此外，路面的排水结构的完善程度及沥青面层的厚度也会对抗车辙能力有较大影响。 （4） 沥青混合料配合比设计不合理。沥青混凝土太细(大尺寸粗集料的粒径太小) 或含量太低,集料的级配不合理,沥青高温劲度太低。集料孔隙率太低(低于2 %) ,粗集料“浮”在沥青中,使集料的嵌挤和锁结作用丧失,因而失去一定的抗变形能力。.路面车辙除与以上材料因素有关外，还与路面结构组合有关，相同的材料在不同的路面结构中表现出不同的性质，沥青路面厚度与车辙的关系比较复杂。有关室内环道试验表明：当路基为砂土材料时，面层厚度对车辙影响很大，面层较薄时车辙较深，而且主要是由路基的变形引起的；面层较厚时，路基变形很小或者基本不产生车辙。当路基为刚性、半刚性等强度刚度较大的材料时，宜采用薄沥青面层，面层越厚车辙越深，面层越薄车辙越浅；而当路基和基层材料强度刚度较弱时，应适当增加面层厚度，以减轻车辙深度。在路面组合设计中，应选用合理的结构形式以减轻车辙的出现. 2.外因 导致沥青路面车辙的外因主要有外部气候和车辆荷载及车速等。外部气温越高，路面抗车辙能力便越差，路段的交通量越大，重载车辆越多，发生车辙的现象也越多。炎热的夏季是车辙的发展和泛滥期，在高温作用下，沥青容易软化，再加上重载车辆的碾压，路面所受的压力甚至超过碾压阶段所受的力。这样小颗粒的沥青混凝土背挤向下部和车轮的两侧，破坏了路面的平整状态。车辙严重的路段，车辙处内外侧隆起高度加大，深度随之增大，能明显观察到，车辆行走其上能看到车辙的存在。这样在雨天会有积水，在汽车高速行驶的过程中，容易出现滑移，危及行车安全。3、 车辙产生的危害车辙的出现，严重影响了路面的使用性能和服务质量。影响路面平整度，降低了行车舒适性和安全性。车辙底部的沥青层厚度减薄，减弱了沥青层以及路面结构的整体强度，轻易引起更多的病害，如龟裂和水损坏等。雨天车辙积水和冬季结冰都将降低路面抗滑能力，影响行车安全。车辆换向或变道时，影响车辆的可操作性及稳定性。1）安全问题车辙的隐蔽性强，不容易被驾驶员发觉和重视。这样在高速行驶中，方向稍微转动时，容易出现难以应对的事故。由于车辙的原因,车辆从一个车道驶入另一车道的危险性增加。对于高速公路,车辆有可能失去控制。车辙积水会造成行车时水花飞溅。车辙内积雪难以清除。冬季车道结冰,车辙处的路面状况会变得很差,致使车辆制动距离增长,在恶劣气候条件下,当行人横穿公路时,极易造成恶性交通事故。2）路容问题车辙直接危害路面的质量，降低了路面的使用寿命，缩短维修周期。车辙处积水下渗，对路面基层、路基均有不同程度的损害，是路面坑槽产生的原因之一。还会进一步促进沥青的老化速度，进而产生大量病害。随着公路建设的不断发展,公路的美学问题越来越被人们所重视。公路设计及施工组织计划都必须考虑公路与其周围景观的协调一致,无论公路修筑得如何美观,路面上的车辙会使路容的美观性受到很大影响,使公路的设计和施工意图得不到充分体现。车辙造成行车震动颠簸,使道路的服务水平大大降低,使乘客不舒适,严重车辙会使交通环境变得恶劣。经济问题由于车辙的原因,路面往往需要进行加铺或定期维修,如果路面设计欠妥,车辙的出现将很快达到非修补甚至非重建不可的程度,这就需要花去大量的费用,造成不必要的经济损失。车辙造成交通延误、交通中断、交通事故,其中一些损失的严重性是无法用经济指标来评价的。4、 防止和减少车辙的措施由于沥青路面车辙病害的危害大，并且治理难度大、成本高，所以对沥青路面车辙应遵循防治结合、预防为主的原则。1.控制好原材料的质量 施工前，应对各种材料进行调查试验，严禁工程中采用不符合规范和设计要求的材料，经确认的材料和料厂，尽量不要随意改动，以确保用于施工的材料是合格的。 配合比设计 密级配的沥青混合料比开级配混合料的抗车辙性能好，此外，还可适当提高混合料中粗集料的用量，这样也有利于提高沥青混合料的高温性能。尽量采用GTM方法、SUPERPAVE方法设计混合料，按马歇尔方法进行检验。沥青含量对于沥青混合料高温性能的影响非常大，对于细粒式或中粒式密集配沥青混合料，为提高抗车辙性，可略微降低沥青用量，所以在设计混合料配比时，若主要考虑抗高温车辙性能，便可将沥青用量控制在最佳沥青用量范围靠下限之处，并适当增加矿粉用量，增大粉胶比。但对于粗粒式或开级配沥青混合料，切勿单纯地采用减少沥青用量来改善抗车辙性能，还应综合考虑级配、集料与沥青之间的粘结力、集料对沥青的吸收性、混合料的空隙率等因素，否则会取得适得其反的效果。3.合理控制路线设计及路面结构 在公路设计时，应认清长大纵坡路段的车辙十分严重，所以在比较炎热的地区，应尽可能地减小道路纵坡，控制坡长，尤其是在重载车较多的路段，可考虑改隧道、桥梁等构筑物来替代设置长大纵坡。此外，还应合理选择路面结构形式和沥青层的厚度，改善基层的排水性能，做好封层，洒好透层油。 4.加强施工质量的控制 对于提高沥青路面的抗高温车辙性能，在施工中关键要控制好施工温度和压实度。5.车辙作为路面病害的一种，交通主管部门应出台一套切实可行的标准或规范，对车辙予以明确的分类，并明确高速公路车辙达到何种程度时应建议或强制暂停运营，先对车辙进行维修处理。在关于车辙的标准出台以前，高速公路养管部门应及时统计、观测车辙的数量、变化情况，对那些确实影响了行车安全和舒适程度的车辙，特别是设置超高弯道上的车辙应下决心进行维修或大修。对由于车辙引起的车辆、人身安全和损失，高速公路管理部门应承担相应责任。交通主管部门必须限制、制止车辆超载现象，超载车辆对公路的破坏程度是正常车辆的几十倍、几百倍，有的甚至是毁灭性的。因此，管理中，对超载现象应该给于严肃处理，不能是超载了，多收费用就放之认之。6.积极推行车辙处理的新技术，例如在广韶高速公路在建成开放交通后，经过一年的运营，由于大量重车荷载的反复作用，广韶高速清远段主车道的轮迹带位置，沥青路面产生了严重的车辙和坑槽，影响正常行车。同年，在广韶高速清远段沥青路面处治工程施工设计审查会上，确定了治理路段总长度为6180米，对其中车辙较深的路段采用FAC高模量改性沥青混凝土进行铣刨重新摊铺治理，对车辙较浅的路段采用微表处及NovaChip施工方案进行处理。像这样的处理方法，可以应用于车辙的处理，将能起到良好的效果。5、车辙病害分析的结论（1）与原设计和材料等方面存在先天不足有关。我国早期建设的沥青路面设计标准低，路面结构厚度偏薄。（2）交通量增长快、超载车辆多，加上持续的高温天气，这些是近年来路面出现早期车辙的主要外在因素。 荷载：交通条件对沥青路面高温稳定性能的影响可以归结为荷载、轮胎气压、行车速度、车流渠化等。荷载对沥青路面高温车辙的影响是不言而喻的，特别是重载车、超载车加速了沥青路面的变形。荷载越大则轮胎气压越高，车辆超载和超限将使汽车轮胎接地压力增大，其对沥青路面永久变形的影响与荷载的影响是一致的。行车速度越慢，荷载作用时间越长，在相同交通量所引起的路面变形越大。这种情况主要出现在停车场、车站、交叉路口、爬坡车道、收费站以及其它交通拥挤的地方。（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。有关资料认为：在4060范围内，沥青混合料的温度每上升5，其变形将增加2倍。因此，尽管我们不可能改变天然的气候状况，但若能采取可能的措施，降低路面温度，路面在潮湿状态下，沥青混合料的水敏感性增大，同时使高温稳定性降低。尽管下雨能使路面温度下降5左右，但有水态比干燥状态将容易产生车辙。（4）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60%依赖于矿料级配的嵌挤作用，沥青结合料的粘接性性能只有40的贡献。试验表明：热拌沥青混合料在最佳沥青用量，空隙率8时，粗级配的车辙深度最大，细级配次之，中级配最小。和我国试验结果完全一致。（5）材料：一般来说，选择优质材料，采取合适的沥青用量，进行适当的级配设计，能显著地提高沥青混合料的抗车辙能力。在诸多材料影响因素中，集料所具有的特性对沥青混合料高温稳定性的影响尤其显著。加大成型荷载可以使配合比设计的最佳沥青用量减少。当然沥青用量减少将使碾压困难，采用较少沥青用量之后，通过重型压路机碾压成型的路面有较好的高温抗车辙能力。适当减少沥青用量，加大压实功，使混合料充分嵌挤，没有留下大的空隙率是提高沥青路面高温稳定性性能的重要措施，如果沥青用量减少而没能得到充分的压实，则可能还没有来得及产生车辙，水损害却形成了。美国工程兵团的搓揉压实仪（GTM）,它可以根据道路的荷载情况，加大压实荷载，通过搓揉达到要求的密实度。这样确定的油石比要比马歇尔试验确定的油石比小的多，不过如果施工时没有足够吨位的压路机和良好的压实效果，达不到要求的压实度，在还没有形成车辙便产生了水损害。（6）高速公路沥青路面混合料类型与结构层的厚度不匹配，以及施工过程的离析；同时也是沥青路面出现早期损害的主要原因之一。沥青混凝土路面上面层厚度不足，路面施工时产生了较为明显的离析现象，并且这样的结构混合料压实困难，路面压实度得不到保证。由于高速公路的车辙主要发生于中面层或下面层，从深度来讲位于面层以下8、9厘米的位置，因此建议今后的高速公路建设中，中面层可采用改性沥青，加强中面层的抗变形能力，以提高路面结构整体的抗车辙能力。6、小结车辙是公路路面的一大病害。产生车辙的一些原因我们并不陌生,归纳起来有气候因素、建筑材料因素、设计因素、行车因素和施工因素。为