瀝青路面車轍,畢業(yè)論文.doc

2008級畢業(yè)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計 論文題目：關(guān)于瀝青路面車轍的探討姓 名 院 系 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 【摘要】： 車轍是瀝青路面除了裂縫和水損害之外的一種危害性較大的病害類型,在現(xiàn)代重交通條件下,車轍出現(xiàn)的速度和普遍性大大超過了預(yù)期。隨著公路交通量的增加,汽車軸載的加大以及渠化交通的形成,我國公路瀝青路面的車轍問題越來越突出。在高溫地區(qū)，車轍成為瀝青路面最主要的質(zhì)量病害，與路面開裂、水損壞相比，車轍的危害性最大，對交通安全產(chǎn)生直接的威脅，并且車轍的維修困難，治理費用高，因而提高瀝青路面的抗高溫車轍能力是高溫地區(qū)的公路建設(shè)應(yīng)考慮的首要因素之一。正文前言 瀝青路面上坡路段最容易產(chǎn)生車轍，特別是在坡度較大，上坡坡道較長的路段，車轍破壞程度遠遠大于平坦路段，而且產(chǎn)生破壞時間也較早。隨著我國高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，建設(shè)方向?qū)饾u從平原、微丘地區(qū)轉(zhuǎn)向山嶺、丘陵地區(qū)，高速公路建設(shè)將不可避免的面對上坡路段增多，坡道坡度增大和連續(xù)縱坡等問題，而如何有效預(yù)防瀝青路面車轍破壞，已成為十分迫切的問題。本文分析了車轍的類型和產(chǎn)生車轍的原因以及車轍對公路交通運輸帶來的危害,旨在尋求如何通過路面設(shè)計防止和減少車轍的發(fā)生,同時對已有嚴重車轍的瀝青路面采取何種技術(shù)措施進行補救處理進行了探討。1車轍的類型根據(jù)車轍形成原因的不同，車轍可分為三種類型： (1)失穩(wěn)型車轍 這類車轍主要發(fā)生在半剛性或剛性基層瀝青路面上，車轍主要源于瀝青面層，由于瀝青面層混合料的高溫穩(wěn)定性不足，在車輪荷載反復(fù)作用下，產(chǎn)生壓縮和剪切流動。通常輪跡帶的瀝青面層在下凹的同時，兩側(cè)伴隨著隆起，二者組合起來構(gòu)成車轍。 (2)結(jié)構(gòu)型車轍 這類車轍是由于路面結(jié)構(gòu)在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生的整體永久變形而形成。這類車轍主要發(fā)生在柔性基層瀝青路面上，其外形主要表現(xiàn)為路面下凹。 (3)磨耗型車轍磨耗型車轍主要是由于瀝青路面結(jié)構(gòu)頂層材料在車輪的物理磨耗和自然環(huán)境因素的作用下不斷損失造成的，特別是在冬季某些冰凍滑溜路段，車輛使用防滑鏈或采用帶釘輪胎，造成路面的嚴重磨損。車轍形成過程 縱觀車轍的形成過程，大體上可分為三個階段：初始階段的壓密過程在瀝青路面碾壓成型開放交通以后，瀝青面層以及各結(jié)構(gòu)層材料中均存在一些空隙，在汽車荷載作用下。仍會有進一步的壓密過程。瀝青混合料的流動過程高溫下的瀝青混合料處于以粘性為主的粘彈性狀態(tài)，在車輪荷載作用下，瀝青及瀝青膠漿便產(chǎn)生流動，從而使混合料的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。而向兩側(cè)隆起。礦質(zhì)集料的重新排列及礦質(zhì)骨架的破壞高溫下處于半固體狀態(tài)的瀝青混合料，由于瀝青及瀝青膠漿在荷載作用下的流動，此時礦質(zhì)骨架逐漸成為荷載的主要承擔(dān)者，再加上瀝青的潤滑作用，礦質(zhì)集料會產(chǎn)生錯動，促使瀝青及膠漿向其富集區(qū)流動。 2車轍產(chǎn)生的機理 理論上，瀝青路面的車轍主要是由路基、基層和面層3部分的永久變形組成。考慮瀝青路面車轍計算問題時，應(yīng)弄清瀝青混合料受力變形特性。一般認為，瀝青混合料受到一定荷載作用后，即發(fā)生瞬時彈性變形。之后，隨荷載作用時間的推移，材料又完成粘彈性變形，并伴隨有粘性流動變形。據(jù)試驗及實際路面觀測可知，瀝青混合料在受力過程中，粘性流動變形并非隨荷載作用時間無限增長，其增量隨時間逐漸減小并趨于零，即粘性流動變形隨時間發(fā)展而趨于恒定值。這就是所謂的瀝青混合料的“固結(jié)效應(yīng)”。當(dāng)卸載后，瀝青混合料即刻產(chǎn)生彈性恢復(fù)，再后隨時間的推移，又有粘彈性變形的恢復(fù)，而粘性流動變形不能恢復(fù)，這就是永久變形，反映在由瀝青混合料構(gòu)成的路面上即所謂的路面車轍。目前我國廣泛采用半剛性基層瀝青路面，這種路面結(jié)構(gòu)使得路基和基層產(chǎn)生的永久變形占路面總永久變形的比例很低，而主要的永久變形發(fā)生在瀝青混合料層，大量的試驗路觀測和計算結(jié)果表明以半剛性材料為基層的高等級瀝青路面，瀝青層產(chǎn)生的車轍占路面車轍總量的9o以上。因此瀝青層的永久變形對瀝青路面的車轍起決定作用。路面結(jié)構(gòu)的最大剪應(yīng)力峰值會隨著半剛性基層模量的增加而增大，這說明半剛性基層剛度的增加對路面結(jié)構(gòu)，特別是面層的抗剪特性是不利的。從這個角度來講，基層剛度越大雖然使得路面結(jié)構(gòu)的整體強度提高，但也使得路面結(jié)構(gòu)材料層受剪切的影響增加，從而發(fā)生車轍的可能性增大。3 車轍產(chǎn)生的原因影響瀝青路面車轍產(chǎn)生的原因很多，歸結(jié)起來可分為內(nèi)因、外因2大類。內(nèi)因主要反映在青混凝土和路面結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)在因素，而外因則主要包括交通條件及氣候環(huán)境等外部因素。 1.內(nèi)因 （1） 內(nèi)摩擦角。 一般認為瀝青混合料的高溫抗車轍能力有60%是通過集料顆粒的嵌擠能力來實現(xiàn)的，通過嵌擠形成內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦角越小，越容易發(fā)生車轍。通常在高溫條件下，瀝青結(jié)合料的勁度模量會下降，便容易形成車轍。而影響瀝青混合料內(nèi)摩擦角的因素又包括：集料的顆粒形狀、表面紋理深度、天然沙含量、破碎顆粒含量、瀝青用量、混合料集料級配及空隙率。 （2） 粘結(jié)力。瀝青粘結(jié)力越差，越容易發(fā)生高溫車轍。瀝青混合料粘結(jié)力的影響因素包括瀝青的針入度和粘度、瀝青的感溫性、瀝青與碎石的粘結(jié)力、填料種類和粉膠比、纖維瀝青混合料等。瀝青的針入度越大，粘度越低，感溫性越大，瀝青與碎石的粘結(jié)力越差，其抗高溫車轍能力越??；此外，控制好粉膠比及適當(dāng)?shù)目刂评w維含量也有助于提高瀝青路面抗車轍能力。（3） 路面結(jié)構(gòu)類型和瀝青面層厚度。通常瀝青面層的路面結(jié)構(gòu)共有柔性路面、半剛性路面和剛性組合式路面這三種形式，選取的結(jié)構(gòu)類型不同，瀝青路面的抗車轍能力也不同。此外，路面的排水結(jié)構(gòu)的完善程度及瀝青面層的厚度也會對抗車轍能力有較大影響。 （4） 瀝青混合料配合比設(shè)計不合理。瀝青混凝土太細(大尺寸粗集料的粒徑太小) 或含量太低,集料的級配不合理,瀝青高溫勁度太低。集料孔隙率太低(低于2 %) ,粗集料“浮”在瀝青中,使集料的嵌擠和鎖結(jié)作用喪失,因而失去一定的抗變形能力。.路面車轍除與以上材料因素有關(guān)外，還與路面結(jié)構(gòu)組合有關(guān)，相同的材料在不同的路面結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，瀝青路面厚度與車轍的關(guān)系比較復(fù)雜。有關(guān)室內(nèi)環(huán)道試驗表明：當(dāng)路基為砂土材料時，面層厚度對車轍影響很大，面層較薄時車轍較深，而且主要是由路基的變形引起的；面層較厚時，路基變形很小或者基本不產(chǎn)生車轍。當(dāng)路基為剛性、半剛性等強度剛度較大的材料時，宜采用薄瀝青面層，面層越厚車轍越深，面層越薄車轍越淺；而當(dāng)路基和基層材料強度剛度較弱時，應(yīng)適當(dāng)增加面層厚度，以減輕車轍深度。在路面組合設(shè)計中，應(yīng)選用合理的結(jié)構(gòu)形式以減輕車轍的出現(xiàn). 2.外因 導(dǎo)致瀝青路面車轍的外因主要有外部氣候和車輛荷載及車速等。外部氣溫越高，路面抗車轍能力便越差，路段的交通量越大，重載車輛越多，發(fā)生車轍的現(xiàn)象也越多。炎熱的夏季是車轍的發(fā)展和泛濫期，在高溫作用下，瀝青容易軟化，再加上重載車輛的碾壓，路面所受的壓力甚至超過碾壓階段所受的力。這樣小顆粒的瀝青混凝土背擠向下部和車輪的兩側(cè)，破壞了路面的平整狀態(tài)。車轍嚴重的路段，車轍處內(nèi)外側(cè)隆起高度加大，深度隨之增大，能明顯觀察到，車輛行走其上能看到車轍的存在。這樣在雨天會有積水，在汽車高速行駛的過程中，容易出現(xiàn)滑移，危及行車安全。3、 車轍產(chǎn)生的危害車轍的出現(xiàn)，嚴重影響了路面的使用性能和服務(wù)質(zhì)量。影響路面平整度，降低了行車舒適性和安全性。車轍底部的瀝青層厚度減薄，減弱了瀝青層以及路面結(jié)構(gòu)的整體強度，輕易引起更多的病害，如龜裂和水損壞等。雨天車轍積水和冬季結(jié)冰都將降低路面抗滑能力，影響行車安全。車輛換向或變道時，影響車輛的可操作性及穩(wěn)定性。1）安全問題車轍的隱蔽性強，不容易被駕駛員發(fā)覺和重視。這樣在高速行駛中，方向稍微轉(zhuǎn)動時，容易出現(xiàn)難以應(yīng)對的事故。由于車轍的原因,車輛從一個車道駛?cè)肓硪卉嚨赖奈ｋU性增加。對于高速公路,車輛有可能失去控制。車轍積水會造成行車時水花飛濺。車轍內(nèi)積雪難以清除。冬季車道結(jié)冰,車轍處的路面狀況會變得很差,致使車輛制動距離增長,在惡劣氣候條件下,當(dāng)行人橫穿公路時,極易造成惡性交通事故。2）路容問題車轍直接危害路面的質(zhì)量，降低了路面的使用壽命，縮短維修周期。車轍處積水下滲，對路面基層、路基均有不同程度的損害，是路面坑槽產(chǎn)生的原因之一。還會進一步促進瀝青的老化速度，進而產(chǎn)生大量病害。隨著公路建設(shè)的不斷發(fā)展,公路的美學(xué)問題越來越被人們所重視。公路設(shè)計及施工組織計劃都必須考慮公路與其周圍景觀的協(xié)調(diào)一致,無論公路修筑得如何美觀,路面上的車轍會使路容的美觀性受到很大影響,使公路的設(shè)計和施工意圖得不到充分體現(xiàn)。車轍造成行車震動顛簸,使道路的服務(wù)水平大大降低,使乘客不舒適,嚴重車轍會使交通環(huán)境變得惡劣。經(jīng)濟問題由于車轍的原因,路面往往需要進行加鋪或定期維修,如果路面設(shè)計欠妥,車轍的出現(xiàn)將很快達到非修補甚至非重建不可的程度,這就需要花去大量的費用,造成不必要的經(jīng)濟損失。車轍造成交通延誤、交通中斷、交通事故,其中一些損失的嚴重性是無法用經(jīng)濟指標來評價的。4、 防止和減少車轍的措施由于瀝青路面車轍病害的危害大，并且治理難度大、成本高，所以對瀝青路面車轍應(yīng)遵循防治結(jié)合、預(yù)防為主的原則。1.控制好原材料的質(zhì)量 施工前，應(yīng)對各種材料進行調(diào)查試驗，嚴禁工程中采用不符合規(guī)范和設(shè)計要求的材料，經(jīng)確認的材料和料廠，盡量不要隨意改動，以確保用于施工的材料是合格的。 配合比設(shè)計 密級配的瀝青混合料比開級配混合料的抗車轍性能好，此外，還可適當(dāng)提高混合料中粗集料的用量，這樣也有利于提高瀝青混合料的高溫性能。盡量采用GTM方法、SUPERPAVE方法設(shè)計混合料，按馬歇爾方法進行檢驗。瀝青含量對于瀝青混合料高溫性能的影響非常大，對于細粒式或中粒式密集配瀝青混合料，為提高抗車轍性，可略微降低瀝青用量，所以在設(shè)計混合料配比時，若主要考慮抗高溫車轍性能，便可將瀝青用量控制在最佳瀝青用量范圍靠下限之處，并適當(dāng)增加礦粉用量，增大粉膠比。但對于粗粒式或開級配瀝青混合料，切勿單純地采用減少瀝青用量來改善抗車轍性能，還應(yīng)綜合考慮級配、集料與瀝青之間的粘結(jié)力、集料對瀝青的吸收性、混合料的空隙率等因素，否則會取得適得其反的效果。3.合理控制路線設(shè)計及路面結(jié)構(gòu) 在公路設(shè)計時，應(yīng)認清長大縱坡路段的車轍十分嚴重，所以在比較炎熱的地區(qū)，應(yīng)盡可能地減小道路縱坡，控制坡長，尤其是在重載車較多的路段，可考慮改隧道、橋梁等構(gòu)筑物來替代設(shè)置長大縱坡。此外，還應(yīng)合理選擇路面結(jié)構(gòu)形式和瀝青層的厚度，改善基層的排水性能，做好封層，灑好透層油。 4.加強施工質(zhì)量的控制 對于提高瀝青路面的抗高溫車轍性能，在施工中關(guān)鍵要控制好施工溫度和壓實度。5.車轍作為路面病害的一種，交通主管部門應(yīng)出臺一套切實可行的標準或規(guī)范，對車轍予以明確的分類，并明確高速公路車轍達到何種程度時應(yīng)建議或強制暫停運營，先對車轍進行維修處理。在關(guān)于車轍的標準出臺以前，高速公路養(yǎng)管部門應(yīng)及時統(tǒng)計、觀測車轍的數(shù)量、變化情況，對那些確實影響了行車安全和舒適程度的車轍，特別是設(shè)置超高彎道上的車轍應(yīng)下決心進行維修或大修。對由于車轍引起的車輛、人身安全和損失，高速公路管理部門應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。交通主管部門必須限制、制止車輛超載現(xiàn)象，超載車輛對公路的破壞程度是正常車輛的幾十倍、幾百倍，有的甚至是毀滅性的。因此，管理中，對超載現(xiàn)象應(yīng)該給于嚴肅處理，不能是超載了，多收費用就放之認之。6.積極推行車轍處理的新技術(shù)，例如在廣韶高速公路在建成開放交通后，經(jīng)過一年的運營，由于大量重車荷載的反復(fù)作用，廣韶高速清遠段主車道的輪跡帶位置，瀝青路面產(chǎn)生了嚴重的車轍和坑槽，影響正常行車。同年，在廣韶高速清遠段瀝青路面處治工程施工設(shè)計審查會上，確定了治理路段總長度為6180米，對其中車轍較深的路段采用FAC高模量改性瀝青混凝土進行銑刨重新攤鋪治理，對車轍較淺的路段采用微表處及NovaChip施工方案進行處理。像這樣的處理方法，可以應(yīng)用于車轍的處理，將能起到良好的效果。5、車轍病害分析的結(jié)論（1）與原設(shè)計和材料等方面存在先天不足有關(guān)。我國早期建設(shè)的瀝青路面設(shè)計標準低，路面結(jié)構(gòu)厚度偏薄。（2）交通量增長快、超載車輛多，加上持續(xù)的高溫天氣，這些是近年來路面出現(xiàn)早期車轍的主要外在因素。 荷載：交通條件對瀝青路面高溫穩(wěn)定性能的影響可以歸結(jié)為荷載、輪胎氣壓、行車速度、車流渠化等。荷載對瀝青路面高溫車轍的影響是不言而喻的，特別是重載車、超載車加速了瀝青路面的變形。荷載越大則輪胎氣壓越高，車輛超載和超限將使汽車輪胎接地壓力增大，其對瀝青路面永久變形的影響與荷載的影響是一致的。行車速度越慢，荷載作用時間越長，在相同交通量所引起的路面變形越大。這種情況主要出現(xiàn)在停車場、車站、交叉路口、爬坡車道、收費站以及其它交通擁擠的地方。（3）氣候條件：主要包括氣溫、日照、熱流、輻射、風(fēng)、雨等。除了濕度對瀝青混合料高溫性能的影響機理不同外，其它因素歸結(jié)起來都反映在溫度上，這也是影響最為顯著的因素。有關(guān)資料認為：在4060范圍內(nèi)，瀝青混合料的溫度每上升5，其變形將增加2倍。因此，盡管我們不可能改變天然的氣候狀況，但若能采取可能的措施，降低路面溫度，路面在潮濕狀態(tài)下，瀝青混合料的水敏感性增大，同時使高溫穩(wěn)定性降低。盡管下雨能使路面溫度下降5左右，但有水態(tài)比干燥狀態(tài)將容易產(chǎn)生車轍。（4）瀝青混合料由瀝青結(jié)合料粘接礦料組成，其高溫穩(wěn)定性的形成機理也源于瀝青結(jié)合料的高溫粘接性和礦料級配的嵌擠作用。瀝青混合料的高溫抗車轍能力有60%依賴于礦料級配的嵌擠作用，瀝青結(jié)合料的粘接性性能只有40的貢獻。試驗表明：熱拌瀝青混合料在最佳瀝青用量，空隙率8時，粗級配的車轍深度最大，細級配次之，中級配最小。和我國試驗結(jié)果完全一致。（5）材料：一般來說，選擇優(yōu)質(zhì)材料，采取合適的瀝青用量，進行適當(dāng)?shù)募壟湓O(shè)計，能顯著地提高瀝青混合料的抗車轍能力。在諸多材料影響因素中，集料所具有的特性對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響尤其顯著。加大成型荷載可以使配合比設(shè)計的最佳瀝青用量減少。當(dāng)然瀝青用量減少將使碾壓困難，采用較少瀝青用量之后，通過重型壓路機碾壓成型的路面有較好的高溫抗車轍能力。適當(dāng)減少瀝青用量，加大壓實功，使混合料充分嵌擠，沒有留下大的空隙率是提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性性能的重要措施，如果瀝青用量減少而沒能得到充分的壓實，則可能還沒有來得及產(chǎn)生車轍，水損害卻形成了。美國工程兵團的搓揉壓實儀（GTM）,它可以根據(jù)道路的荷載情況，加大壓實荷載，通過搓揉達到要求的密實度。這樣確定的油石比要比馬歇爾試驗確定的油石比小的多，不過如果施工時沒有足夠噸位的壓路機和良好的壓實效果，達不到要求的壓實度，在還沒有形成車轍便產(chǎn)生了水損害。（6）高速公路瀝青路面混合料類型與結(jié)構(gòu)層的厚度不匹配，以及施工過程的離析；同時也是瀝青路面出現(xiàn)早期損害的主要原因之一。瀝青混凝土路面上面層厚度不足，路面施工時產(chǎn)生了較為明顯的離析現(xiàn)象，并且這樣的結(jié)構(gòu)混合料壓實困難，路面壓實度得不到保證。由于高速公路的車轍主要發(fā)生于中面層或下面層，從深度來講位于面層以下8、9厘米的位置，因此建議今后的高速公路建設(shè)中，中面層可采用改性瀝青，加強中面層的抗變形能力，以提高路面結(jié)構(gòu)整體的抗車轍能力。6、小結(jié)車轍是公路路面的一大病害。產(chǎn)生車轍的一些原因我們并不陌生,歸納起來有氣候因素、建筑材料因素、設(shè)計因素、行車因素和施工因素。為