（道路与铁道工程专业论文）南京市道路交叉口路面病害防治研究.pdf

， 摘要 摘要 南京是我国有名的“火炉”城市，夏季气温高且持续时间长，常年雨水多，道路使用条什比较 恶劣：| 百jh 寸道路交y _ n 区域渠化交通严重，车辆起动、刹车频繁，车进缓慢。在上述多方面冈素综 合作h jf 使得南京市道路交叉口区域出现了不同程度的车辙、拥包、波浪等沥青路面破坏现象， 严重影响了整个道路的使用性能。 本文z t i 借鉴国内外沥青路面车辙问题的已有研究成果基础上，依据对南京市道路交义口的路面 破坏状况调商、承载能力评定以及路面材料性能检测，分析了南京市道路交叉口路面病害的主要原 冈，力针对交叉口路面的特殊使用要求，提出了防治对策，另外本文还介绍了课题组开发的南京市 道路交义口路面结构及使用状况数据库管理系统。 然后，本文针对南京市的气候条件和道路交叉口的交通特点，选择a c ，1 3 1 、a c - 1 6 i 调整型和 s a c 1 6 a3 组集科级配与3 种s b s 改性沥青共6 组沥青混合料进行全面的路用性能试验，对比研究 了混合料的水稳定性、高温稳定性、抗剪切性能、强度性能、低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗措性 能，巫点评价了材料的高温抗车辙性能，从而提出了最佳的南京市道路交义口路面上面层沥青混合 刳绀成设计。 嘏后，本文通过对沥青混合料抗车辙性能的研究，提出了适台于城市道路交叉口沥青路面的车 辙预估模刑，并对交叉口试验段工程进行了检测。 天键词： 道路交义口：路面病害；车辙：沥青混合料：s b s 改性沥青；级配：路川性能；交义口路 面下辙预估 a b s t r a c t a b s t r a c t n a n j i n gi so n eo ft h e “s t o v e ”c i t yi nc h i n a t h el o n gh o ts u m m e r , a b u n d a n tp r e c i p i t a t i o ny e a r l o n g a n dh e a v y t r a f f i cc o n d i t i o n ，c o u p l e dw i t ht i l ee f f e c to f h e a v yc a n a l i z a t i o nt r a n s p o r t a t i o n ，t h ef r e q u e n ts t a r t s a n db r e k c so f t h ev e h i c l e s ，a n dl o wt r a f f i cs p e e dr e s u l ti nt h ed e t e r i o r a t i n go f t h ea s p h a l tp a v e m e n t s u c ha s r u t t i n g u p h e a v a la n dw a v e n e s sa t r o a di n t e r s e c t i o ni nn a n j i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h ew h o l er o a di s s e li o u s l ya f f e c t e d ， a c c o r d i n gt ot h ea v a i l a b l ei n f o r m a t i o no f t h es t u d yo nt h ea s p h a l tp a v e m e n tr u t t i n g ，t h er e s u l t so f i n v e s t i g a t i o n o i ls t a t eo f p a v e m e n td e s t r o y i n g , c a r r y i n gc a p a c i t ya n dp e r f o r m a n c eo f p a v e m e n tm a t e r i a l sa t r o a di n t e r s e c t i o n si nn a n j i n g ，t h i sp a p e rf o u n do u tt h ep r i m a r yc a u s e s o fp a v e m e n td i s t r e s sa tr o a d i n t ejs e c t i o n s ，a n dp r o p o s e s m a i n t e n a n c e m e t h o d s f o c u s i n g o n t h es p e c i a lr e q u i r e m e n t o f r o a d i n t e r s e c t i o n s p a v e m a n t i na d d i t i o n ，t h ep a p e rd e s c r i b e st h ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e md e v e l o p e db yt h er e s e a r c h t e a mf o rp a v e m e n ts t r u c t u r ea n dc o n d i t i o na tr o a di n t e r s e c t i o n si nn a n j i n g f u r t h e r m o r e ，a c c o r d i n gt o t h ec l i m a t ea n dt r a n s p o r t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c a tr o a di n t e r s e c t i o n si n n a n j i n g ，t h r e es e t so f a g g r e g a t e sg r a d a t i o n sn a m e d a sa c ( a s p h a l t - c o n c r e t e ) 一1 3 i ，a d j u s t e da c 1 6 1 a n d s a c ( s t o n e a s p h a l t c o n c r e t e ) 一1 6 a ，t o g e t h e rw i t h t h r e et y p e so fs b s ( s t y r e n e b u t a d i e n e 。s t y r e n e ) m o d i f i e da s p h a l t ，a r es e l e c t e dt oc o n s t i t u t ef o u rs e t so fa s p h a l tm i x t u r e s b yp a v e m e n tp e r f o r m a n c e st e s t s o ft h e s e a s p h a l tm i x t u r e s ，w a t e rs t a b i l i t y , s t a b l e i n h i g ht e m p e r a t u r e ，c u t t i n g - r e s i s t a n c e , i n t e n s i t y , c r a c k i n g - r e s i s t a n c e i nl o w t e m p e r a t u r e ，f a t i g u e - r e s i s t a n c e a n ds k i d r e s i s t a n c eo fm i x t u r e sa r e c o m p a r a t i v e l yi n v e s t i g a t e d i nt h i sp a p e r , r u r i n g r e s i s t a n c ei nh i g ht e m p e r a t u r eo fa s p h a l tm i x t u r e s a r e e s p e c i a l l ye v a l u a t e d ，a n do p t i m a lc o m p o s i t i o nd e s i g no fp a v e m e n t sa s p h a l tm i x t u r e sa tr o a di n t e r s e c t i o n s i nn a n j i n gi sp u tf o r w a r d ，r e s p e c t i v e l y f i n a l l y ，b a s e d o nt h es t u d yo nc u r i n g - r e s i s t a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e s ，t h i sp a p e rf o r m u l a t e st h e m o d e lf o la s p h a l tp a v e m a n t r u t t i n gp r e - e v a l u a t i o na tu r b a nr o a di n t e r s e c t i o n s ，a n dc h e c k s t h et e s tr o a d k e y w o r d s ：r o a d i n t e r s e c t i o n ；p a v e m e n td i s t r e s s ；r u t t i n g ；a s p h a l t m i x t u r e ； s b s ( s t y r e n e b u t a d i e n e s t y r e n e ) m o d i f i e d a s p h a l t ；g r a d a t i o n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e p a v e m a n tr u t t i n gp r e e v a l u a t i o na tr o a di n t e r s e c t i o n s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 倒 笕辛芎盔乏 改孥开放以来，随着我国国民经济的发展幂综合国力的提高，我国的城市建设迎来了发展最快、 建殴规模最人、最具活力的时期，城市道路无论从数量上和质量上都有了质的飞跃。其中，南京在 最近儿年的城市道路建设中取得的成绩尤其令人瞩目，出现了许多样板工程。但是，随着这些道路 的投入使j j ，新的问题接踵而至，特别是道路交叉口路面的病害问题显得尤为突出。 众所周知，南京是我国有名的“火炉”城市，夏季气温商且高温持续时间长，常年雨水多；而 交义 j 是城l i i 道路交通的枢纽位置相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集、通过，由于 交通管制，交通信号灿的设置，交叉口附近成为各种车辆经常刹车停住和起动的地方：交管部为 提高道路交义口的通行能力，通常又在交叉口的各路口减小车道宽度增加车道数，这进一步加剧 了交义口区域的渠化交通程度。因此，在上述儿方面因素的综合作用下，使得南京市道路交叉口区 域m 现丁不同程度的车辙、拥包、波浪等各种路面病害。 国内外对公路和城市道路路面早期破坏现象的成因及防治措施有许多研究但是极少有专门针 对城市道路交义口区域路面病害防治的研究课题。事实上，由于城市道路交叉口的交通特殊性，城 l 订道路交义口区域的车辙、拥包、波浪等沥青路面破坏现象，尤其是车辙病害与城市道路其它路段 相比，不仅破坏时 c | 早，而且破坏程度严重，严重影响了整个道路的使用性能。为此，东南大学交 通学院帚i 南京市市政一r 程管理处合作开展了“道路交叉口路面病害防治研究”课题，专门针对南京 市道路交义口路面病害的严重情况进行防治研究，本文正是在该课题的研究背景f 完成的。 1 2 国内外关于车辙问题的研究 下辙是洲青路面特有的一种常见病害，国内外研究人员对车辙问题的研究主要是从车辙的形成 机理、影响刚素以及车辙预估羽i 防治措施等多个方面展开的，以下本文将分别作介绍。 1 2 1 车辙形成机理及影响因素 1 2 1 1 下辙形成机理 午辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的积累。这种变形主要发生在气 湍高j j2 5 3 0o c 的高温季：市，它起因于沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形，并包括一定 释度的乐实作川和材料磨耗i j l 。 固际上将洫青路面的车辙分为三种类型口l ： ( 1 ) 结构性下辙 由丁茼载f i - ：j l j 超过路面各层的强度，车辙主要发生在洳青面层以下包括路基在内的备结构层的 永久- h 变形，叫做结午 ：i 性乍辙。这种午辙的宽度较人两侧没有隆起现象横断砸早浅盆状的u 字 形( 凹形) 。 ( 2 ) 汕青泄合料的侧向流动变形( 或失稳性车辙) n ，高温条什f ，由丁乍轮碾压的反复作h 荷载产生的剪应力超过沥青混台料的抗剪强度( 即 稳j 芷皮撇限) 使流动变形不断积累形成车辙，叫做沥青混合料的流动性车辙，或火稳性：辙。一方 足1 i 轮作川部能f 凹，另一方面车轮作川蕞少的乍道两侧反而向上隆起，在弯道处还明显向外推 挤1 ：道线及停下线冈此可能成为曲线。这种车辙主要取决于毫! i j 青混合料的流动特性，一般都有剪 切变形产生的两侧隆起现象车辙断面呈非对称的w 形，尤其容易发生在交叉口附近以及城市道路 南京市道路交叉l j 路面璃害防治研究 公共1 辆停靠站附近等i ：速慢、轮腑接地产生的横向应力大的地方。 ( 3 ) 冬季婢钉轮胎形成的磨耗性车辙 由丁沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然因素作用f 持续不断的损失而形成，尤其是汽 乍使儿 了防滑链年埋钉( 胶钉) 轮胎后，这种车辙更易发生。这种车辙在北欧些国家常见，但在 我国，纯粹的磨耗性车辙很少见。 扯我国，高等级道路沥青路面由于基层基本上是半刚性基层，强度高、板体性好，基层及基层 以f 的变形极小，路面永久变形主要发生在沥青面层中，路面上产生的车辙基本属于沥青混合料的 流动性下辙。另外还有一种在国外较少发生的车辙，在我国却常常发生，它是由沥青面层本身的压 密造成的。这是一种非正常的车辙。尤其是有些道路施工时没有很充分的压实，或片面追求平整度， 在降低温度厉碾压，造成压实度不足，致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密，路面产生压 密变形，同时平整度迅速下降，进而形成明显的车辙。在这样的路段上，沥青层只有在交通车辆的 反复碾爪作h r ，空隙率不断减小，待到极限的残余空隙率后才趋于稳定。这种车辙的特点是只有 轮迹带的f 凹，也呈u 字形或w 形，但两侧没有隆起，丽在车道线附近，即车轮作心次数较少的 部位变形很小或保持原状。 综上所述，我国高等级道路上半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于面层沥青混合料的粘滞流 动和一定程度的压实作用。据有关资料分析，由沥青面层产生的车辙深度可能l i 路面总车辙深度的 9 0 以上【3 ，“。对于这种情况，沥青混凝土路面开放交通之后，在行车荷载反复作用下逐渐产生严重 的1 j 辙，人致可以分为三个阶段p ( 如图1 1 所示) ： 永久形变 荷载作用扶数 图1 1 沥青混凝土路面在行车反复作用下的车辙发展过程 ( i ) 初始的乐密阶段 ! 】j 青抛台料在被碾压成型前是由骨料、沥青及空气组成的松散混合料，经碾压后，高温f 处丁 、 ，流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排列成具有一定骨架 的结构。碾压完毕交付使用后，当汽车荷载作用时，此压密过程还会有进一步发展。 ( 2 ) 沥青混台料的流动 高温r 的洳青、魁台料处于以粘性为主的、l ! 固体，在轮胎荷载作州下，沥青及沥青胶浆便产生流 动，从而使泄合料的网络骨架结构失稳这部分半阍态物质除部分填充混台料空隙外，还将随澌青 混台料臼由流动，从而使路面受载处被压缩而变形。 ( 3 ) 矿质骨料的重新排列及矿质骨架的破坏 高濑f 处丁 l q i 态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作j _ j f f f 先流动，混合料中粗、细骨 料细成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，再加上洳青润滑作川，硬度较人的矿料颗粒在荷载直接作 jp 会沿矿利间接触面滑动，促使沥青及胶浆向其甯集区流动，以致流向混台利臼由面，特别是当 饲荆问沥青及脞浆过多时，这一过程会更加明显。 2 第一章绪论 1 2 1 2 下辙影响冈素 影响沥青路面乍辙的因素主要有：沥青混合料本身和沥青路面结构的内在因素，以及气候平交 通! t 及交通纲成等的外界因素。表11 中列举了影响车辙的主要冈素，并在下文中就沥青混合料、 路面结构纰成和沥青丽层厚度、道路交通条件和环境条件等三个方面进行分析。 表1 1 沥青路面车辙的影响因素 汹青混台料 结构设计交通和气恢条件 内峰擦力粘结力 1 、沥青标号和高温粘度1 、行车轴裁( 轴 l 、集料的最人粒衽和 2 、沥青的感温性重、轮胎压力) 47 5 r a m 以i 碎4 i 的含量 3 、沥青与集料的粘结力1 、沥青面层厚度2 、交通量和渠化 2 、集荆的纹理深度( 表 4 、沥青一矿粉比和矿粉 2 、结构类型( 柔程度 面车糙度) 和颗粒形状 的种类性路面或半刚性路3 、荷载作用时间 3 、册青用量 5 、沥青用量 面) 和水平力( 交叉口) 4 、洳青混台料的级配和 6 、馄台料的级配和剩余4 、路面温度( 气 剩余卒隙牢 空隙率温、日照等) 1 、沥青混合料 沥青混合料是由沥青、集料、矿粉及添加剂混合而成，它的材料组成决定了其颗粒性与粘性性 质。一方面，澌青混合料是一种颗粒性材料，沥青混凝土的强度取决于混合料的内摩擦角( 力) 和 粘结力，可以采用m o h r o c o u l o m b ( 摩尔一库仑) 方程来说明矿料和沥青对沥青混凝土抗剪强度的 影响。如幽1 2 所示，图中应力圆的公切线即摩尔一库仑包络线，即抗剪强度曲线。包络线与纵轴 相交的截距表示混合料的粘聚力c ，与横轴的交角驴表示混合料的内摩阻力。”。 圈1 2 强度摩尔圆圈解 摩尔一库仑定律的数学描述如下式所示 r = c + o c g o 式中：f 一一泐青混凝十的抗剪强度，m p a ； 3 一、一 一 、 ，j，fp 。j ， 。 !鹾 0 ，妒 东| 扣人学f l ! i | i 学位论义南京市道路交叉u 路咖病害胁治研究 c 沥青或沥青一填料胶泥的粘结力，m p a ； o - 一一泐青混合料所受的正应力，m p a ； 舻内摩擦角，。 另一方面，溉青混合料是一种粘、弹、塑性材料，其物理力学性能与温度和荷裁作用时间密切 相关。汕奇路面在使用期间，经受从低温到高温不同环境条件的考验。而沥青混合料的弹性、粘塑 性的性质主要取决丁沥青的性质、粘结矿物颗粒的沥青膜的厚度以及集料与结台料相互作用的特性 【2 l 。 在我国，道路发生的车辙主要为沥青混合料的流动性车辙，因而面层沥青混合料的高温稳定性 干强度性能对丁沥青路面预防和减小车辙变形具有决定性的意义。以f 本文将从集料级配、集料的 颗粒形状、纹理深度及破碎颗粒含量、集料的鼹大粒径及4 7 5 r a m 以上碎析含量、沏青品种、混台 剃的沥青川揖以及混合料剩余空隙率等多个方面分别叙述其对沥青路面车辙产生及严重群度的影 h 阿。 ( 1 ) 集料级配 集料级配组成对沥青混凝土路面表面层的性能有很大影响。佛罗尼达大学w e s t 的研究表明，集 利的抗剪强度显著影响混合料的永久变形速率1 9 j 。路面通过互相嵌挤的集料骨料结构传递所承受的 荷载，其抗剪强度主要不取决于沥青或胶浆i i ，而是取决于集料的性质。在通常情况f 沥青路面的 抗下辙能力中，集料级配的贡献率占6 0 ，沥青结合料则只占4 0 j ，所以尽管合理选择沥青结合 料可以使乍辙病害减轻，但集料的性质对抵抗车辙有更大的影响，这里集料的性质主要包括集料的 粒j 寻! 、颗粒形状、棱角性及表面纹理，尤其指集料的级配类型，大量的试验研究和i 程实践显示混 合料中集料级配组成显著地影响沥青路面的性能，尤其高温抗车辙性能。 目前我国的t 程实践中，大多采用连续级配，间断级配应用较少。对于连续级配，一般情况下， 粗粒式混台利具有较好的稳定性，因此大多数高等级道路的沥青路面都采用粗粒式沥青混凝士作为 承重层，在特别炎热的地区，甚至采用粗粒式沥青混凝土作为面层，以增强抗车辙的能力。而细粒 式溉合料，尤其是细料含量较多的混合料，则高温稳定性较差。近年来应用的多碎石沥青混凝十、 沥青玛蹄脂碎i i 平| i 多孔性排水沥青路面，其级配为间断级配，这些混合料的粗集料能相互接触，形 成骨架，直接承受车轮荷载的作用，使混合料具有良好的稳定性。 ( 2 ) 集料的颗粒形状、纹理深度及破碎颗粒含量 通常要求集料的颗粒形状接近立方体，同耐限制扁平长条颗粒的含量不超过1 5 。冈为颗粒形 状愈接近立方体以及扁平长条颗粒的含量愈少。混合料的内摩擦角愈大。 集料表面的纹理深度( 或微观结构) 和集料品种对混合料的内摩擦角也有显著影响。另外，碎 i f 具有丰富的棱角雨发达的纹理构造，经压实后颗粒之间能形成紧密的嵌锁作刚，有利于增强混合 料的稳定性：相反，j ： j 砾石拌和的沥青混合料，在高温状态下，砾石颗粒之间缺乏嵌锁力，在荷载 作川r 极其容易滑移，使路面出现变形。 ( 3 ) 集料的最火粒彳i | = 乖f4 7 5 m m 以上碎石的含量 2 01 h 纪8 0 年代，美国开始研究大尺寸碎石沥青混合料做沥青面层的中、f 层，以增加洳青路 面的抗育玛敞能力，减轻大交通量州际公路上热拌沥青混合料面层产生的严重车辙。试验结果表明， 人尺一j 集料混合料具有良好的抗永久变形能力】。冈此在9 0 年代初，美国引进欧洲的s m a 后，通 常采川0 1 9 r a m 的级配，而德国使用的= 睦粗s m a 是0 1 1 的级配。 澌肯泓台判中4 7 5 m m 以上碎4 i 含埴的多少对混合料的山摩擦角及强度有显著影响，碎_ 1 含鲑 愈多，山胯擦角及强度愈高。 ( 4 ) 沥青的品种 稠度较高| _ ( j 洲青，软化点赢，温度稳定性好，在高温f 仍能保持足够的枯滞性，使混台料具有 。定的强度年i | 锄度，而不致出现过火的变形。而稠度低的沥青，软化点低，在高温r 粘度迅速降低， 泓台料杓荷裁作圳f 即出现大的变形。 第一章绪论 符种泐青对濡度有不同的敏感性，感渝性强的沥青高温稳定性必定不良；而含蜡量高的沥青， 、j 温度接近软化点温度时，蜡的熔融也会因引起沥青粘度的明显降低而使混合料火稳。另一方面， 盘澌青中涂加聚合物，则能有效地提高其混合料的高温稳定性。 ( 5 ) 混合料的沁青川量 泄合利中的泐青朋量对其热稳定性有明显的影响。由马歇尔试验可知，马歇尔稳定度随沥青h j 量的变化币】不同，一般存在一个最大稳定度所对应的最佳沥青用量。这是因为当沥青用最过少时， 集料表面洲青膜过薄，溉合料呈干枯状而缺乏足够的粘结力，不能形成高的强度，稳定度不高。增 加沥青j j 颦，混合料粘结力增强稳定度随之提高。然而当沥青用量进一步增加，集料表面沥青膜 增厚门山沥青增多，自由沥青就犹如集料颗粒之间的润滑剂，使颗粒在荷载作用下易于滑动位移， 从而稳定度降低。有关环道试验表明：对于热拌沥青混合料，最大的车辙是与高沥青含量相联系的 l ”l 。冈此，混合料中沥青用量过多往往是产生车辙的重要原因。 ( 6 ) 混合料剩余空隙率 混合料剩余空隙率为3 5 的密实型沥青混合料具有较高的力学强度。如果剩余空隙率继续 增人，洮合料强度将会降低，因此尽可能减低混合料的剩余空隙率有利于提高沥青路面的强度和耐 久性。但是混合料剩余空隙率也不宜过低，例如剩余空隙率为1 3 的沥青混凝士，当温度升高 州混合料中f l , j f j j j 青发生体积膨胀，软化的沥青无空隙可容，则会从路面中挤出来而形成泛油，也容 易：u 现波浪、推挤及下辙等病害。 2 、路面结构绸成驯泐青面层厚度 沥青路面的抗车辙能力除了受面层材料及其性能影响外，还与基层类型以及沥青路面厚度等因 素有关。基层类型与币辙的关系较为复杂，一方面，当基层为刚性或1 - p j t j 性材料时，车辙总量的9 0 柬n 沥青混合料面层本身，由基层所产生的车辙变形所占比例很小：另一方面，对于一些粒料类 基层，戏 f 1 4 i l 性基层质鼙不空：时，基层局部松散，没有形成完整的整体或基层局部强度差，会在行 午f - j 4 f 逐渐破裂，从而使路面产生严重的车辙破坏，此时，基层因素又有可能成为路面车辙形成 的主要原冈。另外，澌青路面厚度与车辙的关系也很复杂，同样的材料在不同的路面结构厚度组合 中会表现出不同的性质。 3 、道路交通条4 q ：；f i l 环境条件 交通量的猛增，重载、超载车辆的增加以及渠化交通程度加剧对高等级路面提出了更高的要求， 在高谝季恬洲青路面极易产生波浪、推挤及车辙等病害。另外，道路的环境条件对沥青路面的高温 稳定性 r 直接的影响。夏季的持续高温常使沥青路面过于软化，而导致路面的变形加剧：而雨水的 渗入删易引起混合料的水损害从而对沥青路面车辙病害的形成产生一定的影响。 总之澌青路面1 i 辙病害的形成机理很复杂，与诸多因索都有关系，在实际 ：程中须结合各自 道路与交通的具体情况综合分析和研究。 1 2 2 车辙深度标准 1 。辙辙褙深度r d 值较小时，对行车的舒适性没有明显影响。但是当r d 增大到某一值历，在 h h 人辙 j 会现积水，透入面层的水导致沥青剥落，并会影响基层强度，从而馒路表辙槽发展 姗陕，辙椭内产，j 三裂缝，槽内沥青混凝土产生剪切变形并向槽两侧鼓起，辙槽处沥青面层发生破坏， 这1 i 仪影响了路面的行乍舒适性还影响行车安全。 一些国家和组纵根据本国的气候、交通等具体条件提出了较高的车辙辙槽深度标准。英国规 定l d 达1 0 r a m 时为路面的临界状态需要采取措施恢复路甄的使用性能，而r d 达2 0 r a m 为路面 n 1 做坏状态必坝采j ) 【措施恢复路面麻有的使刚性能：美国沥青协会的沥青路面设计方法中规定r d f | j 蚪f j | i 为l3 r n r n ：a a s h t o ( 美国各州运输t 作者协会) 的路面设计指南中规定路面现有使川( 服 东南人学倾l 学位沦义 南京带道路交叉u 路i 囱瓶害防治矾究 务) 性能指数p s i 的临界值为2 5 ，与p s i = 25 相应的r d 值平均为1 5 r a m ；国际壳牌7 i 油公司的沥 青路曲设计手册中规定高速公路r d 的临界值为1 0 r a m ，低速道路r d 的临界值为3 0 r a m ；日本规定 在洳青路面需要加铺上覆层恢复应有的使用性能时，r d 一般为2 0 r a m ，同时据日本研究人员所进行 的人蟮路况表明，交义口路段的车辙深度为非交叉口路段的2 5 倍。由此可见，由于道路等级及路 面状态( 临界或破坏) 的不同，国外路面非交叉口路段的容许车辙深度一般为1 0 3 0 m m ，交叉口 路段的窬许1 ：辙深度为非交叉口路段的2 5 倍1 4 川。 在我国，由丁修建高等级道路时间不长，使用期短，里程也较短，田此尚未有确定的下辙深度 标准。j 二海同济人学的徐世法通过有一定可靠度的专家咨询法，得出了不同等级道路的容许车辙深 度建议值”，如表12 2 所示，虽未纳入规范要求，但可根据具体情况( 环境、交通量、路面结构及 材料特性等) ，并参照国外同类标准论证地选用。 表1 2 容许车辙深度推荐值 其它高等级道路 道路等级高速公路 非交叉口路段交叉口路段 存许下辙深度v m m1 0 1 51 5 2 02 5 3 0 1 2 3 车辙预估方法评述 路面车辙米源于路基、基层和面层的永久变形。随着施工技术的提高，施l ：质量控制与管理的 完善以及j r 刚性材料基层的广泛应用，沥青面层永久变形占车辙总量的比例越来越人，特别是以、f 刚性柯料为堑层的高等级沥青路面，沥青层产生的永久变形已经达到了路面车辙总赞的9 0 以上。 冈此，r 苛等级沥青路面的车辙预估的关键是对路面沥青层永久变形的计算。 沥青泓凝土面层永久变形的预估方法可分为统计法、理论统计法和理论法p j 。 ( i ) 统计法 通过对沥青混合料进行三轴试验，建立沥青层的永久变形同荷载及材料特性之间的统计关系式， 在此基础上，结合路面结构应力分析及有关的材料性能试验，从而确定沥青层在荷载下产生的车辙。 ( 2 ) 理论统计法 采州弹性层状体系理论或粘弹性层状体系理论求解路面的应力与位移，在结合室内外有关试验， 统计出沥青层的永久变形同路表弯沉材料参数及荷载之间的经验关系式。 ( 3 ) 理论法 利州弹性层状体系理论或粘弹性层状理论计算路面内的应力分布，并根据路面材料永久变形同 麻力之间的关系，求得沥青层的永久变形。根据弹性层状体系理论预估沥青层的永久变形，在国际 l 一最有影响的理论分析法是壳牌方法。壳牌车辙预估方法是在大量的蠕变试验、轮辙试验利系列 假设的基础上建立起米的。其有关假设为：沥青混台料的变形是由于相邻矿料之间的滑移所形成 的：山蠕变试验测定的沥青、混台料的动弹模量s 。与沥青劲度模量s 。的关系，等丁反映 j j j 青泓 台利永久变形特性的粘滞助度模颦s 。p 与反映沥青永久变形的沥青粘滞劲度模量s m 。的关系。同 时考虑到荷载的动态与静态对路面作j _ _ | 的著异，提山了车辙计算的动态修止系数。因此，永久变形 项估模，w 如式1 2 所示。 址c 。喜黯n ，= i 、“， 6 ( 12 ) 笫一章绪论 式中：自一一浙青层的永久变形； c 。动态修正系数； p 。) ，第i 层的平均应力； b ，) ，第i 层沥青混合料的粘滞劲度 h 一沥青层第i 层的厚度。 研究表明，汕青混合利为粘弹性材料，因此可以选用适当的流变学模型并利h j 粘弹性理论进行 7 f 辙孙f ，。“七五”划间，我国就半刚性基层沥青路面的车辙问题进行研究过程中，在对国内外粘弹 性层状体系理论的各种解法、各种车辙计算方法及材料流变模型深入评比与研究基础上，采用了拉 背拉斯变换中的极大值和极小值解法，结合室内试验和现场检测结果，提出了一种预估澌青路面车 辙量的简单可行方法，基于半刚性基层沥青路面的车辙量的计算值等于加载时的总变形减去卸载时 的弹性变形，但其计算参数较多、计算过程复杂，尚不利于工程实际应用9 1 l ”。 综上所述，二种预估方法中，由于统计法和理论统计法都需要大量的实际路面车辙观测数据， 需耗费人姑人力物力利时间，且统计法公式外延型差，适用面窄因此目前国内外车辙预估方法仍 以理论法_ = j ：j 主流。 1 2 4 车辙防治研究 列丁d 乍辙的防治措施，研究的重点在于提高沥青混合料抗流动能力，这包括评价沥青混合料抗 粘性流动能力的试验方法和物理力学指标的确定及抗粘性流动能力优良的沥青混合料的研制，目前 这方面的研究还只是处于初步探索阶段，因此，随着高等级道路在我国大规模兴建，还有许多研究 l 。作要做。 1 3 本文主要研究内容 = = | 前国内外对沥青路面j ! 辙问题虽有较多研究，但是针对城市道路交叉口路面车辙的严重状况 进行专j 的防治研究在我国并不多见。本文拟在以下四个方面进行调查分析以及试验和理论研究： ( 1 ) 通过对南京市道路交叉口路面破坏状况调查和承载能力评定，充分掌握交叉口路面的结构 组成和使川现状，从而分析出路面病害的主要原因，并提出防治对策： ( 2 ) 利_ l j 交义口路面病害综合调查的数据资料建立南京市道路交叉口路面结构及使用状况数据 库管理系统，为道路交义口路面养护维修提供决策支持； ( 3 ) 列a c 一1 3 1 、a c 1 6 i 调整型和s a c 1 6 a 三种不同级配型式的s b s 改性沥青混合料进行路 肿陛能试验研究，重点评价混合料的高温稳定性、抗剪切性能和强度性能，从而提出最佳的南京市 道路交义u 路面上面层沥青混合料组成设计； ( 4 ) 迎过对沥青泄台料抗车辙性能的研究，提出适台于城市道路交叉口沥青路面的车辙预估模 刑。 第二章南京市道路交叉u 路面瘸害综台训矗 第二章南京市道路交叉口路面病害综合调查 本章通过对南京市道路交叉口路面病害的综台调查，充分掌握交叉e l 路而的结构组成羊使爿j 现 状，从而为交义口跆面病害的原因分析以及交叉口路面养护维修方案的制定奠定基础，同时也为南 京市交义口路面宝占构与使用状况数据库的建立提供依据。 2 1 调查内容 南京市道路交义口路面病害综合调查内容主要包括：路面修建历史及养护情况调南、交通量涠 舟、路面破损调奋、面层材料组成调查和路面强度调查。 2 2 路面修建历史及养护情况调查 2 2 1 调查内容及方法 通过走访调夯，向城市道路的规划、使用和管理等有关部门了解各交叉口路面原修筑时间和设 计、施l ：、历年使用、养护以及改建情况，收集调查交叉口各相交道路的有关技术标准、道路病害 及其原吲、处理措施和效果等。 2 2 2 调查结果 南京市的城市道路一般采用沥青路面，其路面结构组成及修建、养护历史非常复杂，许多交叉 口的路面结构从基层到面层在这几年已经得到全面的翻挖重建，但也有不少解放前修筑的道路仍在 使j = _ j 。f 面以中山东路上洪武交叉口和龙蟠中路上小营交叉口为例简要介绍其修建、改建历史。 ( 1 ) 洪武交叉口 洪武交叉口位于南京市的繁华商业圈新街口广场的东面，人流密集，过往车辆川流不息。其中 中j 自t 路曲起新街口广场，东至中山门，是南京市道路网中的主干道，采用三幅路，机动车道与非 机动印道川分隔栏杆隔开，路幅总宽度为4 0 米。 洪武交义口段的中山东路在其前身中山大道的东部，民国1 8 年( 1 9 2 9 ) 4 , s l ，首先建成中问1 0 水宽的机动印道。1 9 5 8 年8 月，改建新街口至大行宫段机动车道为厚7 艇米的沥青混凝士路面，这 是南京市以人1 拌和修筑的第一条沥青混凝土路面。1 9 9 7 年又由南京市政设计院设计，市政1 ：程管 理处建设，对全线进行改造，保持原路幅宽度不变，将两侧绿化分割带由4 米缩至2 米，非机动车 道由6 米缩至5 5 米，机动车道由1 0 米拓宽至1 5 米，同时对原车行道进行了整体补强，人行道全 线彩扳化，机动乍道局部翻挖，采用新的路面结构( 如表2 1 所示) ，同时调整路拱改造后的中山 尔路平犯美观被誉为“景观路”。 ( 2 ) 小营交义口 龙虫罱中路北起北京尔路，南至节制闸路，俗称城东千道，规划为高架与地面相结合的快速通道。 全线中问有5 米宽的中央分割带，是准备建设高架桥的基础部分。 该踏系规划路网中“经三路”的一段，分两期进行建设，小营交义口段的龙蟠中路在一二期l ：程 i i j 杯宽段建，由南京市市政设计院设计，南京军建群公司建造，1 9 9 7 年2 月开i ：，同年6 月竣l ：， 采川烈幅路尔、r 幅处在原小营路上，西半幅为拆迁原路边建筑物拓宽而成，地势略有变化，路幅 总宽度4 6 米采川澌青溉凝十路面结构，其中每幅路车行道宽1 7 5 米，分机动乍道、非t 机动下道 两种绱构，其路面结构组成如表2 2 所示。 南京市道路交叉【_ 】路商牺害防治研究 表2 1 改建后中山东路的路面结构组成 改建部分车行道 位置捕宽部分车行道 机动车道非机动车道 6 c m 沥青混凝十 1 0 c m 沥青棍凝十 路 1 4 c m 泐青混凝十4 6 c m 沥青贳八式 8 c m 洳青贯入式 而 2 0 c m 一扶碎石( 5 ：l5 ：8 0 )1 0 c m 弹砸 结 构 1 5 2 0 c m 泥结碎石 3 0 c m l 0 灰十 1 0 c m 煤欢 2 5 c m 大片 2 0 c m 碎砖 表2 2 改建后龙螨中路的路面结构组成 位胃机动车道非机动车道人行道 瘟度 1 1 1 3543 3 c m 细粒式沥青混凝土 6 c m 粗粒式沥青混凝土 3 c m 细粒式沥青混凝土 5 c m 六角形道板 路 8 c m 黑碎 面 5 c m 粗粒式沥青混凝土3 c m 米砂 结 构 3 0 c m 二灰碎石 15 c m = 灰碎石8 c m l 0 驭十 2 0 c m 】2 欢土 3 0 c m 6 灰土 南京市的城市道路网中各类交叉口多达数千个，如果对这些交叉口全部进行调查分析，不仅不 现实，l 而且也没有必要，因此本文结合2 0 0 2 年南京市城市道路路面出新工程，在下面的调查分析中 重点选择了中山尔路、汉中路和北京西路上的十余个主要交叉口，并根据南京市道路交叉n 路面结 构和病害的实际情况，特别选择了两类典型交叉口，一类交叉口路面的大部分车道下仍然采用泥结 碎4 滞：i h 基层( 以中山永路上的洪武交叉口为侧) ，另一类交叉口的路面结构从基层到面层已经得到 全面的翻挖匝建，新基层一般采用二灰碎石( 以龙蟠中路上的小营交叉口为例) ，这两类交叉口基本 e 可以代表南京市道路交叉口路面状况的一般情况。 2 3 交通量调查 2 3 1 调盘内容及方法 城l 苴路交义【二l 交通量碉啬内容主要包括：道路交义口的各路i z i 现有昼夜交通量、不利季1 1 i _ 及 繁。旷季姗0 昼夜交通量、交通组成及交通增k 率等，采 | = j 走访调查和实地观测相结合的方法。 2 3 2 调查结果 2 0 0 1 年f 、| 年2 0 0 2 年上、r 年，南京市市政 ：程管理处专门组织人员进行交通颦现场调查，f 给山跚个典j 弘交义口( 洪武交义口及小营交义口) 部分路口交通量调查结果，如幽2 1 、幽2 2 所 示。 9 第一二章南京市道路交叉 1 路面痫害综台测查 恻2 1 洪武交叉口东西两路口6 ：0 0 2 2 ：0 0 车辆通行情况 图2 2小营交叉口南北两路口6 ：0 0 2 2 ：0 0 车辆通行情况 通过南京市道路交义口的交通量调查可以发现，各交叉口的交通量变化较大，但是从城市主干 道上的两个典j f l ! 的主要交义口洪武交叉口和小营交叉口的交通量调查结果可以看出： ( 1 ) 城市主要交叉口交通量很多，其各路口的混合交通量般均在3 0 0 0 0 3 5 0 0 0 辆日以上。 ( 2 ) 在交义口通行的车辆中小型车辆所占的比重远远大于其它车辆，其中小客车和面包车的 数量1 ，总通行车辆数的9 0 左右。 2 4 路而破损调查 由_ 南京市道路交义口多采用沥青路面，交叉口路面破损调查一般主要测定沥青路面的各类破 损状况。 2 4 1 沥青路面破损分类 柏。公路跷基路面现场测试规程( j t j0 5 9 9 5 ) 中，t 0 9 7 4 规定了沥青路面破损类型如f “ ( 1 ) 裂缝类破损：包括龟裂、块裂及各类单根裂缝等 ( 2 ) 变形类破损：包括车辙、沉陷、拥包、波浪等： ( 3 ) 松散类破损：包括掉粒、松散、剥落、脱皮等引起的集料散失现象、坑槽等： 0 东南人学坝l 。学位论文 南京市道路交叉f _ = f 路_ 卣病害防治研究 ( 4 ) 其他破损：包括泛油、磨光( 抗滑性能差) 及各类修补等。 破损严重群度可分为轻微、中度、严重三种不同情况。 2 4 2 调查方法 在现场调夯时，酋先蠼测调查交叉口的各组成部分尺寸，绘制交叉口平面示意图。由于南京市 道路交义口区域泐青路面的车辙病害极为严重，因此本文把车辙检测从其它一般破损调查中抽出来 单独舣述。 1 、一股破损调夯 采h j 人l 检测，由2 4 名专业检测人员组成一组，沿路面仔细观测路面破损情况，并川量尺测 试路段的路面上各类般损的艮良或范丽，并计算路面破损率及裂缝率等。 2 、1 j 辙检测 ( i ) 1 。辙测试的基准测量宽度为一个车道的宽度，测定断面选在路口各车道最火j ：辙深度处： ( 2 ) 将路面横断面尺架在测定断面上，由目测确定最大车辙深度位置，用尺量取最大辙槽深度， 并州皮j t 墩取各路口最人车辙长度； ( 3 ) 测定结果计算整理。 2 4 3 调查结果及分析 交义口路面破损调查分为两阶段，第一次调查在2 0 0 1 年1 0 月份，第二次调态在2 0 0 2 年4 5 月份，r ：要调夯了中山东路、汉中路和北京两路上的十余个主要交叉口和小营交叉口。下面本文以 两个典型交义口洪武交叉口雨i , h 营交叉口为例，绘出其平面示意图，如图2 3 、图2 4 所示。 取芯位置 口矗 洪武路 一一：| 、 j 、t j | 、二一 豳2 3 洪武交叉口平面示意豳 嗤 _ _ 谣j 赵 vf 皿 罩。一 一 i ， 一一一一 旦崤旷町盯。霞 i一一 第二章南京市道路交叉口路面病害综台训直 珠江蹄 ，一 n 、二二二垦：= r 一一一一一薹。 r手。t 一一一= a 。一一。一 。生! 、 图2 4 小营交叉口平面示意图 一 j 二 。* w 、 。、 。 v l j三! r 由幽2 3 、图2 4 可以看出：近年来，城市道路交通管制方法有所调整，交管部为提高道路交 义口的通行能力，在交义口的各路口采用减少车道宽度，增加车道数的方法，从而使道路交叉口区 域的渠化交通程度进一步加剧，另外由于交叉口交通信号灯的设置，交叉口附近往往是车辆刹车停 住弄起动频繁的地方，很容易产生严重的车辙、拥包等病害。 第一次调查的重点是洪武和小营两个典型交义口，现场调查时南京市主要道路交叉口的沥青路 面新罩面仅有2 个月，来发现剥落、坑槽、松散等现象，但车辙问题已非常明显地暴露出来，并伴 有一些推挤和拥包破坏。在洪武交叉口西路口最严重处车辙辙槽深度已达1 0 l m m ，车辙辙槽两侧还 什有隆起现象，内外侧是非对