沥青路面车辙病害原因与处治方案

沥青路面车辙病害原因与处治方案沥青路面车辙病害原因与处治方案 一 一 什么是车辙 什么是车辙 车辙是车辆在路面上行驶后留下的车轮永 久压痕 过去 人类广泛应用马车 在泥土 路上走 由于土路较软 车过后路面就有压痕 雨后 路面有泥水压痕更深 古人云 前面 有车 后面有辙 车走多了 路上留下两条 平行的很深的车辙 现代路面车辙是路面周 期性评价及路面养护中的一个重要指标 路面 车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面 的安全性和使用期限 路面车辙深度的检测能 为决策者提供重要的信息 使决策者能为路面 的维修 养护及翻修等作出优化决策 二 二 沥青路面车辙的类型和产生原因 沥青路面车辙的类型和产生原因 沥青路面的车辙分为磨耗磨损型车辙 结构性车辙 失稳型车辙 压密型车辙四种类 型 1 磨耗型车辙 产生原因 在交通车辆轮胎磨耗和环境条件的综合作用下 路面磨损 面层内集料颗 粒逐渐脱落 在冬季路面铺撒防滑料 如 砂 时 磨损型车辙会加速发展 2 结构型车辙 产生原因 这类车辙主要是基层等路面结构层或路基强度不足 在交通荷载反复作用 下产生向下的永久变形 作用或反射于路面 3 失稳型车辙 产生原因 绝大多数车辙是由于在交通荷载产生的剪切应力的作用下 路面层材料失 稳 凹陷和横向位移形成的 此类车辙的外观特点是沿车辙两侧可见混合料失稳横向蠕变 位移形成的凸缘 一般出现在车辆轮迹的区域内 当经碾压的路面材料的强度不足以抵抗 交通荷载作用于它上面的应力 特别是重载车辆高频率通过 路面反复承受高频重载时 极易产生此类车辙 此外 在高速公路的进 出口 交费站或一般公路的交叉路口等减速或缓行区 这类 车辙也较为严重 因为这些地区车速较低 交通荷载对路面的作用时间较长 易于引起路 面材料失稳 横向位移和永久变形 4 压密型车辙 在施工中碾压不足 开放交通后被车辆压密而形成车辙 不过这类车辙如果是由于路 面施工质量控制不严造成的非正常病害 一般在讨论车辙时 多不考虑 从车辙的形成过程来看 车辙主要是高温下沥青面层因沥青软化而进一步密实 以及沥青 变软对矿质骨架的约束作用降低而使得骨架失稳 表明沥青对混合料的高温性能十分重要 当然骨架的稳定性和细集料的多少也会影响车辙形成的进程 在道路的交叉口或变坡路段 此类高温变形更易发生 这主要与较大的水平荷载作用下抗剪强度相对不足有关 三 三 影响沥青路面车辙形成及其深度的主要因素 影响沥青路面车辙形成及其深度的主要因素 1 沥青混合料 现行的沥青路面设计的主要依据指标是沥青混合料的强度 其取决于混合料的粘结力 和内摩擦角 受集料物理化学性质的影响 粘结力又取决于沥青材料的化学结构 胶体结 构 物理化学性质 稠度 沥青膜的厚度 沥青矿料比 沥青与矿粉系的分散结构特征以 及沥青与矿料的相互作用 增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混合料 的抗剪稳定性 材料性质 沥青的粘度和沥青与矿料之间的粘附性是影响沥青混合料高温稳定性的 两个因素 沥青粘度越大 沥青与矿料之间的粘附越好 那么混合料的高温稳定性越好 因此要选用粘度大的沥青和非酸性矿料以提高混合料的高温稳定性和强度 以便产生较高 的抗车辙能力 沥青改性是一种提高沥青高温稳定性的有效手段 据佐治亚洲的加载车轮 检测结果证明 改性沥青混合料同标准混合料相比车辙深度有明显减少 矿物集料的表面纹理 料颗粒大小 形状 级配 颗粒相互位置 矿料数量 可以 影响混合料的孔隙结构 即孔隙的大小 形状与连通闭合情况 沥青用量状况以及沥青的 用量和沥青同集料的互相作用情况 因而可以对车辙的大小表现出不同的影响 采用洁净 坚硬的碎石 硬度大 棱角尖锐的砂以及高质量的矿粉对于抵抗永久性变形十分有利 在 整个矿料混合料中对沥青温度稳定性影响最大的是矿粉 用石灰岩和冶金矿渣制成的矿粉 掺拌的沥青混合料有较高的高温稳定性能 矿料级配 为探讨集料级配对车辙大小的影响 有关研究人员将集料分为过细级配 组 细级配组和粗级配组三种 环道试验结果表明 热拌沥青混合料在最佳沥青含量 8 空 隙率时粗级配有较大的车辙深度 过细级配次之 细级配组车辙深度最小 另有单轴荷载 试验资料 在最佳沥青含量时中粒式沥青混合料车辙最小 细粒式次之 粗粒式大于细粒式 沥青碎石车辙最大 可见 单纯增大矿料粒径并不能提高路面抗车辙能力 而良好的级配 和最大的密实度因增加了矿料之间的嵌挤力 而提高了混合料的高温抗车辙能力 空隙率 在进行沥青混合料配合比设计时 对空隙率的选择一般都是根据当地材料 和经验进行的 当取值过高时 提高密实度可增加骨料间的接触压力 从而提高路面的抗 车辙能力 相应地沥青和矿粉用量也要增加 从而又削弱其抗车辙能力 当空隙率小于某 一临界值后 继续减小空隙率 使得混合料内部没有足够的空隙来吸收材料的流动部分 造成混合料外部的整体变形 由此而形成车辙 大量试验表明 各种级配的混合料在最佳沥 青含量时 随空隙率的增大车辙有所增加 2 路面结构组成 沥青路面的抗车辙能力除了受所用材料及其性能影响外 还与路基类型和路面厚度有 关 沥青路面厚度与车辙的关系较为复杂 同样的材料在不同的路面结构中会表现出不同 的性能 有关室内环道试验表明 当其路基为砂土材料时 面层厚度对车辙影响很大 面层 沥青混合料较薄时车辙较深 而且较大部分来自路基的形变 而当面层较厚时 路基基本 上不产生车辙 在当路基为刚性或半刚性材料时 车辙的深度随沥青混合料面层厚度的增 大而增加 这时的车辙总量 90 来自于沥青混合料面层本身 由此认为 当路基和基层强 度较高时 采用薄沥青混合料面层可以有效地控制车辙深度 而当路基基层强度较弱时应 适当增加面层厚度 但这样构筑的道路 往往由于路面回弹模量与路基回弹模量之间的比 值过大 带来不尽合理的结构组合 而且也不够经济 3 交通荷载及环境条件 渠化交通 由于城市道路交通组织的渠化 导致沥青路 面车辙破坏的情况日渐突 出 在同一结构 同一条道路上 划分出不同交通形式的两段道路进行试验 结果证明 渠 化交通路段的车辙显著增长 混合交通路段车辙增加较慢 其原因是混合交通时荷载作用 范围较宽 变形面较大 同一位置的车辙累积较小 而渠化交通同一位置处的车辙累积量 大 荷载 日本研究人员的试验结果证明 车辆超载加快路面的病害 在不同的轴载作用 下 重轴载作用产生的车辙较轻轴载大得多 道路交叉口和停车点的车辙通常为正常行驶 路段的 2 5 倍 4 环境气候条件 当气温较高时 沥青路面表现为强度降低容易产生车辙 各种试验均表明 路表温度升 高车辙增长加快 这是因为沥青粘度的大小反映了沥青抵抗蠕变的能力 当温度升高时沥 青粘度变小 其抵抗蠕变的能力下降 在受到外力时很容易产生永久剪切变形导致沥青材 料横向流动而产生车辙 当路面积水或路面结构含水量增加时 沥青和矿料之间的粘结力 在潮湿条件下会被削弱或破坏 在行车荷载和水分的联合作用下 这种病害会明显加剧 从而导致沥青路面产生较大的车辙 四 解决措施四 解决措施 1 合理的结构组合设计 面层直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响 因此要有 足够的承载力 以承担设计期内累计轴载次数 限定车辙发展深度 合理选用技术参数 各结构层模量不宜相差太大 特别是中间层的级配要合理 表面层最佳油石比可以弥补第 二层抗车辙能力 同时 考虑到集料粒径对试件厚度的影响 应根据集料粒径大小选择适 宜的沥青层厚度 并预留一定空隙率 开放交通后沥青进一步压密填充 2 材料的合理选用 集料强度 形状 表面性状 清洁状态 沥青性能与集料相容性 特别是借鉴 superpave 混合料设计的先进理念 注重材料的协同性和料源特性 保证所用 材料的高品质 改善矿料级配同时适当增加粗集料用量和控制剩余空隙率 使粗细集料形 成骨架密实结构 可适当采用高粘度的沥青 3 最优配合比设计 重视级配范围对抗车辙能力的影响 关键是确定适宜的筛孔通过 率 孔隙率 油石比 选用温度敏感性低 稠度较高的沥青或改性沥青 同时严格控制沥 青的用量 严格准确地控制混合料配合比 设法加足矿粉 严格控制运输车辆为便于卸料 涂抹油料 采用透层油与粘层时也要严格控制用油量 4 使用改性添加剂 积极引进并采用新的改性剂如橡胶 树脂 塑料 无机物改性剂 抗车辙剂 纤维等改性混合料添加剂 适当提高粉胶比 提高胶结料粘附性 降低温度敏 感性 5 严格控制施工质量 从拌料 运输 摊铺 碾压 养护全程监控 对拌和 摊铺 压实温度和混合料密度 孔隙率 均匀性 结构层厚度 平整度等重点把关 充分压实保 证压实质量 五 沥青路面车辙具体处治方案五 沥青路面车辙具体处治方案 沥青路面的车辙病害根据其严重程度可以选择不同的处治方法 如微表处 铣刨摊铺 等 以下介绍铣刨摊铺施工方法 1 施工工艺流程 病害调查及处治方案确定 路面变形测量 铣刨放线 路面铣刨和废料运输 工作面清扫及接头处理 乳化沥青粘层油洒布 清扫后工作面质量检 查 摊铺放线 摊铺作业 压路机碾压 冷却 工程质量验收 恢复标线 开放交通 沥青混合料拌和 沥青混合料运输 2 施工组织技术 在开始施工之前要对路面病害路段 桩号 部位 路面标高 宽度及严重程度 转弯 半径 超高超宽 纵坡横坡 路面结构 沥青混凝土级配 原材料产地和型号规格等作全 面的了解和详细的记录 并要严格依照这些数据指导施工 2 1 路面铣刨 1 铣刨前路面测量 通过测点高程的 比较和车辙严重程度来确定铣刨的面积和铣 刨深度 2 铣刨机铣刨 依据工程技术人员提 供的铣刨面积和铣刨深度沿着行车方向逐刀 地进行铣刨 铣刨后的工作面如下图所示 一般来说铣刨的深度应根据现场实际情况确定 直至彻底露出坚实底层且无夹层为止 分层铣刨时 应注意预留纵横向台阶 以便于施工和避免纵横接缝在同一断面上 3 废料运输 铣刨机铣刨时 通过传输皮带将废旧混合料装上运输车辆 运到固定 地点进行存放 4 铣刨边角处理 用风镐将铣刨机提刀的斜边与切割机切缝间的少部分残留路面清 除掉 然后人工将坑槽内残留杂物清扫干净 5 工作面清扫 用人工配合清扫车将工作面中的杂物及铣刨粉尘清除 然后用鼓风 机吹干净 直至符合要求为止 6 喷洒乳化沥青 用沥青洒布车将乳化沥青喷洒于槽内及槽边接口 破乳后 即可 进行摊铺作业 乳化沥青喷洒过后 应保持工作面的清洁 2 2 沥青混合料摊铺 摊铺作业是整个修补过程中保证施工质量的关 键一环 1 在摊铺作业之前 应根据原路面设计数据 结合现场实际情况对施工路段进行测量放样 以确 定整个摊铺面 2 摊铺作业时应检查混合料的温度是否符合 规范要求 3 根据原路面设计要求 当槽深超过 10cm 时 应分层进行摊铺 4 摊铺厚度应考虑松铺系数 确保碾压完成后的路面应与原路面保持接缝平整 铣刨深度 h 铣刨前原路面 铣刨后工作面 车辙 5 对于摊铺不到的边角 要人工即时进行填补 对于新旧路面的接口要筛分一些细 料 然后人工进行整平 6 摊铺开始后 应尽量避免停机 同时摊铺机应匀速行驶 速度控制在 3 5m min 为佳 若为改性沥青混合料则摊铺速度控制在 1 3m min 为佳 2 3 沥青混合料碾压 碾压采用双钢轮振动压路机 胶轮压路机 分初 压 复压 终压三道工序完成 SMA 除外 1 碾压要及时 应尽量在较高的温度和较短的 时间内完成碾压 2 碾压要遵循 从低向高 由外向内 的原则 碾压应呈阶梯状逐步向前推进 3 初压采用双钢轮振动压路机碾压 2 3 遍 复 压采用胶轮压路机碾压 4 6 遍 终压用双钢轮压路机 静压 1 2 遍收光 4 对于新旧路面横向接缝 首先用双钢轮压路机 DD 110 进行横向碾压 然后实 行 45 度斜压 斜压从中间向两侧依次分开 横接缝碾压温度一般比正常温度低 5 10 度 温度太高容易产生混合料推移 温度太低 横接缝不能压实 易造成路面早期破坏 5 压路机启动 停止应缓慢 碾压过程中不得随意调头 刹车 2 4 沥青混合料拌合和运输 由于摊铺的不连续性 所以拌和厂要有足够大的热料储存罐 1 对于沥青混合料的级配 由于原材料 施工环境和拌和条件都与路面最初施工时 存在差异 所以标准级配可以适当进行调整 当然要经过试验论证确定 2 每天路面工程技术人员都要将次日所需混合料的类型 数量和时间书面通知拌和 厂 然后拌合厂根据试验室开出的通知单一次性集中拌制 由于摊铺是逐段 块 进行的 所以所报混合料数量应尽量准确 以避免浪费和完不成作业面的施工而增加施工成本 3 充分发挥试验室的作用 做到用数据指导生产 试验室人员要对每批进场的原材 料进行各项指标检验 确保原材料合格 要对出厂的混合料进行马歇尔和抽提筛分试验 保证出厂的混合料合格 同时要实地钻芯取样 做密实度试验 指导摊铺碾压作业 4 结合实际情况 对路面车辙特别严重的地方 大胆采用新材料 新技术 如合徐 公路南段采用沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 13 上面层及 Supersave 20 中面层 进行修补 提高路面抗车辙能力 低温抗裂能力 耐疲劳能力和水稳性能等 5 不论运距长短 沥青混合料在运输过程中均应采取保温措施 保证到现场的沥青 混合料温度满足要求 2 5 加强料温控制 在拌合 运输 摊铺 碾压等各个环节中 由于施工程序繁杂 所以一定要确保沥青 混合料的温度 密切协调配合 尽量减少混合料运输汽车的停置时间 2 6 恢复标线 沥青混合料碾压 冷却后 应对路面施工路段进行验收 合格