重載交通條件下瀝青路面破壞模式的研究

何永勝

摘要：對我國重載交通情況下瀝青路面的破壞類型進(jìn)行了分析，通過分析可以看出瀝青路面破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置，表現(xiàn)為裂縫類破壞和車轍變形破壞。

關(guān)鍵詞：重載交通車轍彎沉

0引言

重載交通，通常是指道路通車后交通量與累計當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次的比值(ESAL)大大超過一般水平，路面性能衰減超常規(guī)發(fā)展的現(xiàn)象。

公路建設(shè)有力地帶動了沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時也使公路運(yùn)輸結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化。路政資料表明，汽車運(yùn)輸不僅是交通量增長快，而且軸載質(zhì)量也顯著增大，重載車輛，特別是大幅度超限運(yùn)輸車輛日益顯著增加，后軸從額定的100kN增加到180kN以上，輪胎充氣壓力從額定的0.7MPa增加到0.9MPa以上。一些進(jìn)口車型如斯?fàn)柼⑻摾仍O(shè)計軸載達(dá)到單軸13t，雙聯(lián)軸26t，且出現(xiàn)三聯(lián)軸型式，輪胎最高設(shè)計內(nèi)壓達(dá)到0.85MPa。據(jù)調(diào)查，河北省干線公路運(yùn)輸車輛中，超限車輛占滿載車的80％左右，超限噸位一般為額定軸重的60-100％。河南省國省干線公路運(yùn)輸貨車(空車除外)超限車輛占80％，特別是運(yùn)煤車及礦業(yè)運(yùn)輸車超限噸位一般為額定軸重的50～200％。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)載重25kN以上貨運(yùn)汽車80％-90％都超限，尤其以運(yùn)建材，長途運(yùn)煤，運(yùn)鋼材等重物的汽車超限最為嚴(yán)重。

1工程背景

某公路全長約33km，分A、B兩段，所調(diào)查的A段為瀝青路面，全長7.16km，于1997年底竣工通車。它和廣東專門的油料裝卸碼頭土洋碼頭相連，是整個廣東省以及華南諸省的出油大通道，承擔(dān)著繁重的交通任務(wù)。其交通組成以大型油罐車為主，這些車輛不僅軸數(shù)多，而且重量都比較大，通常在40-50t以上，具有明顯的重載交通特征。

某公路為山嶺重丘區(qū)一級公路，公路平縱曲線較多，路基寬23m四車道。路面結(jié)構(gòu)為：16cm水泥穩(wěn)定石粉底基層，18cm水泥穩(wěn)定石粉基層，5cm碎石下面層，3cm式瀝青混凝土由于交通量繁忙，路面出現(xiàn)了不同程度的破壞。自1997年竣工以來，路面未進(jìn)行過大中修，僅在局部破損位置進(jìn)行了修補(bǔ)。

2調(diào)查方案

某公路調(diào)查的路段樁號為K33+30g～K34+300，由于交通異常繁忙，在路政部門的配合下，均選取左幅超車道和行車道部分進(jìn)行調(diào)查。主要進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(彎沉)、車轍變形、裂縫等調(diào)查，并在典型地點(diǎn)進(jìn)行鉆芯調(diào)查。

主要依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》《JTJ059－95)，彎沉采用后軸100KN東風(fēng)車和2臺彎沉儀進(jìn)行測定，每20m測定一個點(diǎn)。同時，在選取路段內(nèi)每10m進(jìn)行橫向最大車轍測定，遇到異常情況時加密測點(diǎn)。對于路面裂縫，主要記錄裂縫的位置、形狀及幾何尺寸(長度、寬度)等。

3調(diào)查結(jié)果分析

3.1車轍分析根據(jù)車轍實測結(jié)果，得到車轍變形小于15mm的占52％，車轍變形在15～25mm的占38％，車轍變形值大于25mm的占10％。從這個結(jié)果可以看出：被調(diào)查公路的車轍變形都比較大。通常認(rèn)為，車轍變形量在15mm以上時屬于較嚴(yán)重變形破壞，車轍變形量在25mm以上時屬于嚴(yán)重變形破壞。在這條公路中，車轍變形量在15mm以上的分別占48％，且車轍變形最大值分別為34mm，說明在重載交通下其路面已發(fā)生嚴(yán)重車轍變形。

3.2路面結(jié)構(gòu)層模量分析彎沉是反映路面整體剛度的指標(biāo)，根據(jù)彎沉調(diào)查結(jié)果，兩條公路的彎沉都比較大，說明路面結(jié)構(gòu)的承載能力發(fā)生了較大變化。為比較路面結(jié)構(gòu)層模量的變化，通過實測彎沉值，采用BISAR程序計算在現(xiàn)有情況下瀝青面層和基層的模量值，并與建設(shè)初期面層、基層的模量進(jìn)行比較。

3.3路況評定

3.3.1路面狀況等級評定根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果，按照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于路面破損狀況評定的方法，計算路面狀況指數(shù)(PCI)，評定公路的路況。

對于公路調(diào)查路段，計算得到PCI=100-15x30.8^0.421=38.4，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，公路路面狀況等級為差。

3.3.2路面承載能力評定由于路表在荷載作用下的彎沉值可以反映路面的結(jié)構(gòu)承載能力，根據(jù)實測彎沉值還可以評價路面結(jié)構(gòu)的剩余承載能力，它能預(yù)測現(xiàn)有路面的剩余壽命和分析路面出現(xiàn)損壞的原因。通常采用路面強(qiáng)度系數(shù)SSI=I_d/I_r行評價。

將調(diào)查路段的最大彎沉值按下式整理成該路段瀝青路面承載能力的代表彎沉值：I_r=(I_r+zs)K_tK_s將檢測結(jié)果經(jīng)修正后代入代表彎沉值計算公式，得到公路調(diào)查路段彎沉代表值為101.44(0.01mm)。而公路的路面設(shè)計彎沉值分別為2491(0.01mm)。根據(jù)I_r和I_d值計算路面強(qiáng)度系數(shù)，對于這條公路，SSI=0.187。

根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，公路的路面承載能力也有明顯的下降，評定結(jié)果均為差。

3.4路面結(jié)構(gòu)鉆芯調(diào)查主要在典型路段路表縱向裂縫處鉆芯取樣，可以看出，縱向裂縫上寬下窄，主要起始于路表；相應(yīng)瀝青路面結(jié)構(gòu)下承層(基層、底基層)完好，裂縫由上向下發(fā)展。從龜裂處鉆芯可知，芯樣基本不能成型，說明路面結(jié)構(gòu)下承層已經(jīng)碎裂，面層裂縫與基層裂縫貫通，裂縫一般由下往上發(fā)展。

4瀝青路面損壞調(diào)查分析

檢測結(jié)果表明，兩條公路已經(jīng)出現(xiàn)較大面積范圍的破壞，產(chǎn)生了明顯的車轍變形、縱向裂縫、橫向裂縫及龜裂等破壞現(xiàn)象，且這些破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置。

在1km單個車道的檢測路段內(nèi)，公路存在龜裂56處、明顯縱向裂縫3處，龜裂折合面積將近950m²有的路段龜裂范圍長度超過50m，寬度方向已發(fā)展至路面邊緣：最長縱向裂縫將近20m。另外，車轍變形最大值達(dá)到30～40mm，尤其是這條公路，可以隨處可見路面大幅度的隆起、波浪和推移變形。

調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，某公路主要以裂縫，尤其是大面積龜裂居多；而BL公路則以永久類變形和縱向裂縫居多。這可能是兩個方面的原因：一方面，PX公路路面結(jié)構(gòu)相對較?。毫硪环矫妫啾葋碇v，盡管單個重車軸載差別不大，這也說明在重載交通條件下，瀝青路面破壞將以縱向裂縫和永久變形為主。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，龜裂破壞具有如下特點(diǎn)：瀝青路面的龜裂通常由輪跡帶位置向路面邊緣發(fā)展，出現(xiàn)龜裂的路面伴隨有表面沉陷現(xiàn)象，裂塊尺寸和裂縫寬度較小，且相應(yīng)路面結(jié)構(gòu)基層基本碎裂。在重載作用下，基層首先產(chǎn)生疲勞開裂，裂縫一方面在基層內(nèi)部發(fā)展，使基層出現(xiàn)碎裂破壞：另一方面往上向面層發(fā)展，導(dǎo)致面層底部產(chǎn)生疲勞裂縫，并由下往上擴(kuò)展，最后使路面產(chǎn)生龜裂和沉陷等破壞現(xiàn)象。

現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，縱向裂縫破壞具有如下特點(diǎn)：起始于路表，上寬下窄，由上向下發(fā)展，很少伴隨有龜裂出現(xiàn)，相應(yīng)路面結(jié)構(gòu)基層完好。這說明在重載交通作用下，瀝青路面路表縱向裂縫是主要的破壞表現(xiàn)形式，主要和瀝青面層路表破壞有關(guān)。這可能是由于超重荷載超過其材料本身強(qiáng)度引起路面開裂，但更可能是由于在重復(fù)重載作用下路表產(chǎn)生疲勞破壞所致。

5結(jié)語

通過對某公路兩條典型路段瀝青路面破壞調(diào)查分析得知，在重載交通條件下，瀝青路面破壞主要集中在輪跡帶及其附近位置，表現(xiàn)為裂縫類破壞和車轍變形破壞。而裂縫類破壞主要包括縱向裂縫和網(wǎng)狀龜裂兩種形式。

本次調(diào)查著重對彎沉、裂縫及車轍進(jìn)行調(diào)查。受交通條件的限制，其他路面病害(如坑槽、松散等損壞類型)未計入，每條公路也只著重檢測了1條車道。但從調(diào)查評定結(jié)果可以看出，被檢測公路在重載條件下產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的破壞，具有較好的代表性，能夠反映出重載交通下瀝青路面損壞模式及主要特征。