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甘肃河西地区沥青路面车辙病害的处治

发布时间:2019-06-19 11:51 来源:未知 编辑:admin

  甘肃河西地区地处甘肃西部,地势较为平坦,戈壁和沙漠广泛分布。该地区风力大,气候干燥且昼夜温差大,夏季极端高温时路表温度可达到60℃以上。

  河西地区也是通往新疆的重要通道,过往运输车辆的重载、超载现象异常严重。沥青路面车辙病害是该地区较为严重的一种破坏形式,对车辆的行驶速度、行车舒适及交通安全造成较大的影响。因此,结合该地区的特征提出一种切实可行的路面结构以延缓车辙病害的发生是至关重要的。

  车辙病害现状及原因分析车辙病害现状调查对河西地区2009年12月以前进行竣工验收的高速、一级公路沥青路面进行了详细的车辙病害调查,表1为车辙统计表。

  表中可以看出河西地区高速公路的车辙百分比普遍大于50%,甚至有段落100%出现车辙,具有范围广的特点,河西高速公路车辙深度一般为2.0c m~6c m,个别达到12c m,多为中到重度车辙,路面整个结构已经发生破坏,对行车安全及舒适性造成比较大的影响,具有危害大的特点,如图1所示。

  车辙病害分类及原因分析根据钻芯取样、调查分析,我省河西地区主要车辙病害为面层的失稳型和结构的压密性(本文仅讨论失稳型),如图2所示。失稳型车辙主要是由于沥青混合料高温稳定性不足而造成的,通过对该地区的钻芯取样发现,车辙主要出现在中、下面层。高温时的车辙,主要是混合料强度不足或塑性变形过剩造成的。沥青混合料的强度取决于混合料的内摩擦角和粘聚力,而在高温时,沥青混合料的劲度模量降低,其高温抗车辙的能力有60%以上来自集料的嵌挤力。所以混合料应该有良好的级配组成,最大程度的发挥集料的嵌挤能力。对于混合料本身而言,胶结料性能对于抗车辙能力的影响也是至关重要的,本文暂不做这方面的讨论。

  车辙病害的解决措施路面结构的选择对车辙深度大于2.0 c m,变形严重的,面层发生结构性破坏的失稳性车辙,这一类车辙由于面层高温稳定性不足而产生。通过对沥青混合料车辙性能的认识,结构的选取考虑以下因素:具有密实上面层,可以提供良好的通行能力,能提供有力的抗车辙能力,并满足抗水损坏能力与抗疲劳能力;中下面层应尽量采用低沥青含量、骨架型结构或间断级配,且有较好的使用性能;尽量选择造价较低的维修方案。

  上面层主要考虑防治水损害的发生,可以选取改性密级配混合料(AC)、高性能沥青混合料(Superpave)、沥青玛蹄脂碎石混合料(SM A)等。相比之下,下面层的抗车辙作用更为重要,可以选取密级配混合料(AC)、密级配沥青碎石(ATB)、开级配沥青碎石(ATPB),性能比较见表2。

  通过综合分析选择如下路面结构,并在下面层沥青碎石中使用改性沥青或抗车辙剂进行对比,路面结构为:胶结料的选择本文仅对下面层沥青碎石进行试验分析,选取三种试验方案进行胶结料的比对试验:

  对以上三种试验方案采用同一级配曲线沥青碎石的动稳定度试验,试验结果如表3所示。

  从上表可以看出,添加抗车辙剂和使用改性沥青可以有效地提高沥青混合料的动稳定度,但提高的幅度不一样。

  为了使抗车辙剂均匀的分散到混合料中形成固化结构,矿料温度需提高至180~190℃,沥青温度为160~170℃,混合料的拌和温度较高(拌和温度170℃),混合料在拌和、运输及碾压过程中短期老化严重,且难以控制掺量及拌和的均匀性。

  为了考虑这种环境条件,进行了以下的试验。将方案二与方案三进行对比,在室内成型温度分别按照175℃、160℃、145℃控制,测定混合料的空隙率。如表4所示,试验结果表明温度较高时,两种混合料空隙率相同,但在低温施工时,掺加抗车辙剂的混合料空隙率明显大于改性沥青混合料,说明在相同的温度条件下掺加抗车辙剂增加了混合料的压实难度。且添加剂的量不易控制,容易导致局部路段掺量大,而有些路段几乎没有掺量,使施工控制难度更大。

  综合以上动稳定度和体积指标的分析,本文中采用S B S(I-C)改性沥青作为沥青碎石的胶结料。

  沥青稳定碎石混合料级配设计为了提高混合料在高温时的抗剪能力,应充分的发挥集料之间的嵌挤作用,级配设计应形成骨架结构。在本文中将密实性的嵌挤结构分为骨架疏松性和骨架紧密性两种,即这两种分布类型均可以接受。

  (1)矿料级配骨架结构的分类骨架疏松性是基于粗集料的振捣密度而设计,由于振捣功较小,认为在混合料中形成的粗集料骨架接触较为疏松,测定的骨架间隙率称为VCADRC;而骨架紧密性的结构是更为紧密,捣实的骨架间隙率应按照实际压实功确定,本文中骨架紧密性结构的骨架间隙率为VCAMJS。

  (2)骨架紧密性结构骨架间隙率的确定为了与试件成型过程有很好的对应关系,采用大马歇尔击实法确定VCAMJS;

  击实次数的确定:为确定VCA M J S试验过程中的击实次数,进行了以下试验。选择某一矿料,确定4种级配,按照以上方法进行粗集料的击实试验,其高度变化曲线 粗集料试件随击实次数的变化图由上图可以看出,当击实次数达到75次后,高度的变化趋势明显降低,且通过试验观察,击实次数超过75次后,集料压碎状况较为严重,本文中最终确定击实次数为75次。

  骨架间隙率的测定由于粗集料形成的空隙率较大,采用体积法测定试件毛体积密度,进而测定矿料间隙率VCAMJS。

  基于以上的分析,我们设计的较为理想的骨架密实性沥青混合料中粗集料骨架间隙率的范围应该为(VCA为马歇尔试件实测的骨架间隙率):

  (3)骨架紧密性结构的级配验证当沥青混合料的矿料确定后,认为骨架的紧密程度是具有一定范围的,可分为:VCAVCADRC:悬浮密实性;

  VCAATB-30沥青碎石配合比设计实例根据矿料筛分结果选取三个级配进行试验,合成级配筛孔通过率如表6所示。

  马歇尔试验根据三个级配进行马歇尔试验,试验结果如表7所示。按照合成比例测定三个级配的松装密度与振捣密度(如表8)。

  从表8中可以看出,级配1、级配2、级配3的 “骨架嵌挤指数”的大小顺序为级配2动稳定度试验为评价该所选三个级配沥青混合料的抗车辙能力,级配1、级配2、级配3选用最佳油石比3.6%、3.4%、3.4%,按JTJ052-2000规定进行车辙试验。试验结果如表9所示。结果表明,级配1、级配2、级配3的动稳定度关系为级配2级配1级配3,而“骨架嵌挤指数”的关系为级配2通过对河西地区的车辙病害调查,该地区高速公路的车辙路段百分比普遍大于50%,甚至有段落100%出现车辙。为防止沥青路面车辙、兼顾水损害的发生,下面层采用沥青稳定碎石是一种比较经济的车辙处治方案。

  添加抗车辙剂和使用改性沥青均可以有效地提高沥青混合料的动稳定度,但在低温施工时,掺加抗车辙剂的混合料空隙率明显大于改性沥青混合料,须严格控制施工条件。

  甘肃河西地区地处甘肃西部,地势较为平坦,戈壁和沙漠广泛分布。该地区风力大,气候干燥且昼夜温差大,夏季极端高温时路表温度可达到60℃以上。河西地区也是通往新疆的重要通道,过往运输车辆的重载、超载现象异常严重。沥青路面车辙病害是该地区较为严重的一种破坏形式,对车辆的行驶速度、行车舒适及交通安全造成较大的影响。因此,结合该地区的特征提出一种切实可行的路面结构以延缓车辙病害的发生是至关重要的。......

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