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Construction & Decoration10 建筑与装饰2023年2月下 探讨高模量沥青混凝土路面抗车辙功能的结构力学董涛 张延伟 刘东 蔺召陕西华山路桥集团有限公司 陕西 西安 710016摘 要 社会经济持续发展提升了人们的生活水平与生活质量，伴随公路交通数量、重载车辆的持续增加，沥青路面的车辙问题已然变成国家级公路工程的关键性病害问题，其会对车辆交通出行中的安全性、舒适性等产生严重影响，车辙问题防治已经变成重要的待解决问题。
文中着手于车辙形成的具体情况进行探析，阐述高模量沥青混凝土路面抗车辙功能的结构力学，希望能够为相关工作者提供一些帮助。
关键词 高模量；沥青混凝土；路面；抗车辙功能；结构力学；引言当前高温天气频繁出现，重载车辆也在持续增加，车辙损耗问题也愈加严重。
同时对比水损坏、开裂等诸多问题，车辙维修更加困难，需要投入的维修成本也愈加高昂，所以，沥青路面养护中的车辙处理是需要及时进行解决掉的问题。
高模量沥青混凝土属于是新兴的路面材料，其抗车辙性能更为优良，为了能够有效规避车辙问题产生的不良影响，道路工作者开展了积极的研究，对路面模量进行改善的高模量沥青混凝土于道路界被更多人所认可。
通常情况下，高模量沥青混凝土都被应用在沥青面层，提升其弹性模量能够强化提升路面的荷载变形抵抗能力，提升路面的抗车辙性能，对道路工程应用年限进行有效提升，压缩后期维护所投入的成本资金[1]。
而我国依然处于应用初期，欠缺高模量沥青混凝土路面抗车辙功能方面的研究，国家既有路面结构与国外高模量混合材料的路面结构、形式存在一定差异，需要分析传统路面结构的受力情况，并且将高模量沥青混凝土路面和普通路面中的受力特点变化找出来，对其抗车辙性能进行深入探析。
1 车辙形成的具体情况道路工程在长期使用过程中，会产生种类不同的各种车辙问题，其不仅会对交通运输过程中的舒适性产生影响，更会对道路工程实际应用中的安全性、可靠性等产生严重影响。
沥青路面车辙形成机理及防治措施探讨摘要：车辙是沥青路面重要的破坏形式之一，严重影响行车舒适性甚至威胁交通安全面对日益严峻的高温、重载和大交通量道路环境，沥青路面的抗车辙要求也越来越高。
本文首先分析了车辙的类型及形成机理分析，最后提出了沥青路面车辙的防治措施。
关键词：沥青路面；车辙；措施1车辙的分类车辙是行车荷载反复作用在沥青路面各结构层上，路面行车道轮迹带永久下陷变形累积的结果。
沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形是车辙形成的主要原因，并且包括一定程度的压实作用和材料磨耗等因素的作用。
目前，国际上根据车辙形成的原因，将将其分为四种类型。
1.1结构性车辙结构性车辙是指主要发生在沥青面层以下，包括路基在内的各个结构层的永久变形，其形成的主要原因是荷载作用超过路面各层强度。
这种车辙路面两侧不会产生隆起现象，只会产生下陷现象，并且这种下陷现象的宽度会比较大，断面形式主要呈 U 字型（凹形）。
1.2磨耗性车辙磨耗性车辙是指沥青路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然因素作用下持续不断的损失而形成的车辙形式。
虽然在进行沥青混合料的设计和施工的过程中会想办法尽量避免沥青路面结构发生磨耗，但是随着各种防滑工具如防滑链和埋钉轮胎等的使用，使得磨耗型车辙在很多高等级路面上产生。
虽然我国很少见到这种纯粹的磨耗性车辙，但是它在一些北欧国家却很常见。
1.3失稳性车辙失稳性车辙是一种流动形式的车辙。
产生这种车辙的主要原因是沥青混合料在高温环境下发生软化，在车辆荷载下路面整体结构内部的剪切力远远超过沥青混合料本身的抗剪强度时，车轮轮迹处变形得到累积形成的。
这种车辙在车辆荷载的两侧发生“隆起”现象，产生W 型横断面的形态。
1.4压密型车辙压密型车辙产生的主要原因是施工工艺不规范。
在沥青混合料进行铺装后，有些施工单位会为了片面的追求施工进度或路面平整度进行快速或不完全的压实，造成部分路段压实不足。
在车辆荷载的重复高强作用下，这些路段的沥青层空隙率不断减小，当超过极限空隙率时车辙就会产生。
长大上坡路段沥青路面抗车辙技术分析摘要：对于沥青路面出现的车辙变形问题来说，其主要是因为沥青混合料受到高温荷载的影响所造成的，长上坡路段的沥青路面车辙主要是由于交通荷载过长的时间和高温以及重载综合影响形成的。
本文主要对长大上坡路段沥青路面车辙的影响因素进行分析，长大上坡路段沥青路面抗车辙技术进行分析。
关键词：长大纵坡；沥青路面；车辙技术对于车辙来说，其主要发生在高速公路的沥青路面中，是非常危险的一种病害，可以说，在所有的高速公路中都会发生，尤其是长大上坡路段的沥青路面中。
长大上坡路段发生车辙后对对正常的交通造成阻碍，同时，还对通行能力造成影响，对道路的服务水平有所降低，在降雨和冰冻等比较复杂的环境当中，很容易发生交通安全问题，造成严重的经济损失。
通过对长大上坡的沥青路面的抗车辙技术进行分析，可以有效降低病害的出现，并对长大上坡沥青路面在使用中的性能有所改善，对使用寿命进行延长，在此基础上，推动公路建设的正常运行。
一、影响因素的分析（一）路面纵坡因素的影响坡度十分小的长大路段，在这一条件下，汽车的运行速度可以说是非常正常的，然而一旦到达上坡路段之后，车辆重力就会沿着坡面出现一定的水平分力，造成车辆在上坡路段行驶过程中的车速逐渐衰减，一直到达一个最小的数值，之后，车辆就会一直以最小的速度进行运行。
如果货车用这样的车速驶入接下来的上坡路段，当该段纵坡的坡度比前一个纵坡大的话，那么，货车就会持续性地减速，进而达到一个新的纵坡的坡度下极限车速；当该纵坡的坡度比前一个纵坡的坡度小的话，那么，车辆就会加速，一直到新的纵坡下极限车速。
从相关研究中可以看出，一是，重载车辆形式在上坡路段的沥青路面时，从坡底向坡顶进行运行，速度明显降低，减速幅度深受坡度增大不断增大；二是，坡度一样的情况下，随着坡长的不断增加，车辆的速度进一步降低，由坡底到坡中，行驶的车辆减速幅度一般比坡中至坡顶的距离大；与此同时，上坡路段中，沿路面行驶的车辆重力水平分力对车辆行驶造成阻碍，这时，车辆就要对牵引力进行增加，继而达到对水平阻力进行克服的目的，确保运行的正常性，如果纵坡比较大，那么，车辆的载重就会越大，同时，水平阻力也在增大，当超载十分严重的话，车辆在爬坡一段时间之后就会像青蛙一样跳跃，并不是连续性的转动，这些间隙跳动会对路面造成附加的一个冲击力，如果车辆车况比较差，那么在爬坡中的性能就会越差，该问题直接对车辆的爬坡速度产生影响，仅仅只依靠车辆本身的惯性行驶，所以车速下降的非常快，然而车辆行驶一段距离，并且速度降低一定的范围之后，就需要对牵引力进行增加，并继续保持低速运行，所以，车辆荷载和沥青路面之间水平力会在长达上坡路段的一个位置处突然增大，一直保持到坡顶。
沥青路面车辙分析与防治摘要：本文旨在对车辙的成因进行深入分析, 并提出具体防治措施。
应用数学公式分析方法对主要的失稳型车辙从表现形式、形成机理以及影响因素方面做了详细介绍和系统分析, 同时对结构型及磨耗型车辙也作了阐述, 根据不同的车辙形式提出了相应的防治措施。
关键词: 沥青路面车辙; 沥青混合料; 高温稳定性引言车辙是沥青路面特有的一种破坏现象, 是各种复杂因素综合作用的结果。
它经常出现在车轮碾压的轮迹带上, 轮迹带逐渐产生下凹变形, 并形成了两条纵向的槽。
车辙也经常发生在城市道路公共车辆的停靠站、十字路口、爬坡道, 加速减速地段以及高速公路收费站等处, 严重时会使道路两侧隆起变形,加速路面的早期破坏, 导致路表面横向排水困难, 造成车辆水漂和冰滑现象, 从而引起车辆及人员的伤亡。
一、车辙分类1、磨耗型车辙。
是由于沥青路面表面层的材料受车轮磨擦和自然环境因素作用下持续不断损耗而造成的。
在路面车辙中, 一般以失稳型车辙为主。
当土基和基层垫层的承载力明显不足或压实不足时,结构型车辙比较明显; 当沥青结合料明显偏少或者粘附性明显不足或寒冷地区沥青发硬变脆, 造成沥青混合料松散时, 磨耗型车辙比较明显。
2、结构型车辙。
是由于路面结构整体刚性不足, 由荷载作用下产生的永久变形积累造成的, 这种变形主要是由于路面基层、垫层的竖向永久压缩变形和土基的固结造成的。
3、失稳型车辙。
是由于沥青混合料高温稳定性不足引起的, 因路面结构层在车轮荷载作用下内部材料的横向流动引起位移而形成的。
当沥青混合料的高温稳定性不足时, 在外力作用下沥青路面常会产生这种车辙。
二、车辙原因分析及防治1、失稳型车辙原因分析与防治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, 常出现在沥青面层10 cm 以内, 在高速公路沥青面层中, 中面层容易出现这种车辙。
高温时的车辙, 主要是抗剪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, 可以用摩尔方程S= c+ Rtan 5 来说明矿料和沥青对沥青混合料抗剪强度S的影响, 其中, c 是沥青与矿料之间产生的粘聚力, 5 是矿料与矿料之间产生的内摩擦角, R是沥青混合料所受的正应力。
浅谈如何提高沥青路面抗车辙能力浅谈如何提高沥青路面抗车辙能力【摘要】高温稳定性能是沥青混合料的一项重要路用性能，稳定性缺乏而引发的病害，包括在水平力的作用下产生的推移、壅包、波浪等，而对于渠化交通严重的高速公路沥青路面而言，高温稳定性的问题突出表现为车辙本文通过工程实例，提出影响沥青混合料的高温稳定性的诸多因素，随着对沥青路面高温车辙的认识以及试验设备的不断完善，对影响沥青路面的高温稳定性因素加以控制。
【关键词】沥青混合料车辙配合比设计随着车辙现象的加剧，沥青路面混合料骨料会重新排列，使沥青路面出现纵向裂缝、松散从而使路面结构发生破坏。
对超重车辆及持续高温对路面的抗车辙能力影响估计缺乏，基层顶面透层与下封层乳化沥青用量过大，在高温时起到了润滑作用，加剧了层间流动。
同时抗水损坏能力与抗车辙能力在沥青混合料的结构设计的技术要求是相互矛盾而由相互制约的。
1 车辙形成的机理车辙形成的三个阶段：1.1沥青混合料的后续压实沥青混合料的再次碾压成型前是有骨料、沥青、胶结材料组成的松散混合物，经过碾压后，高温下处于半流动态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排挤成具有一定骨架的结构。
碾压完毕交付使用后，沥青混合料在初期阶段，在汽车荷载的作用下进一步压实，形成微量的永久变形，如果压实效果好，这一变形可以忽略不计。
1.2沥青混合料的流动变形在高温及车辙荷载作用下，沥青混合料中得自由沥青及沥青与矿料形成的沥青胶浆会首先流动，从而引发沥青混合料的流动变形，混合料网状骨架结构产生失稳，这局部半固态物质除局部填充于混合料空隙外，还将随沥青混合料自由流动，从而使路面受载处被压缩而变形。
1.3沥青混合料的结构性失稳变形处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载及高温作用下首先流动，混合料中粗、细料组成的骨架逐渐成为荷载主要承当者，随着温度的升高或荷载的增大，在加上沥青的润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下会沿矿料间接触面滑动，促使沥青及胶浆向富集区流动，导致沥青混合料的结构失去稳定性，特别是当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程更明显，也往往产生较大的流动变形。
抗车辙性能强的合理沥青路面结构初探孙兆辉 王铁滨 侯 芸 郭祖辛(辽宁省交通高等专科学校,沈阳110122) (哈尔滨建筑大学交通学院,哈尔滨150008) 摘 要 本文利用系统车辙预估模型,分析研究不同沥青路面结构的车辙反应,为寻求抗车辙性能强的合理路面结构提供了一条研究途径。
关键词 沥青路面结构 车辙预估模型 车辙反应1 前言综观国内外所进行的有关车辙问题的研究,可以看出普遍存在“重材料轻结构”的现象。
大量的技术措施集中在表层材料的选择和沥青混合料的组成设计等方面,随着研究的深入,路面结构是一个不可忽视的因素。
由于缺乏同类地区各高等级公路的路况实测资料,本文仅以西安试验路13种路面结构为研究对象,认为应用系统车辙预估模型(简称V ESRM 模型)分析研究不同路面结构的车辙反应,为寻求抗车辙性能强的合理路面结构提供了一条研究途径。
2 VESR M 模型(1)数学模型R D =∫N 2N 1U ΒSYSN-ΑSYSdN(1)式中:U -荷载重复作用下的路表位移(轮下位移);ΑSYS 、ΒSYS -路面结构体系永久变形特征参数;N -标准轴载(B ZZ -100)作用次数。
假定每次荷载作用下轮下弯沉不变,故U 值可取在一次荷载作用下的轮下弯沉。
本模型U 值采用后轴重为100kN 的汽车在路面投入使用后第n (n ≥1)年不利季节实测的轮下位移值。
(2)参数确定本模型通过大量预估值与实测值的比较,建立了模型参数ΑSYS 与ΒSYS 二者之间的相关关系,即ΒSYS =UU r (1-ΑSYS )(2)式中:U -荷载重复作用下的路表弯沉(意义同前);U r -荷载重复作用下的路表回弹弯沉(轮下回弹弯沉);其余同前。
其参数确定的具体步骤如下:1)编制V ESRM 程序,采用高斯积分法计算车辙深度。
2)输入数据U 、N 1、N 2及参数初值ΑSYS0、ΒSYS0。
根据服务中的道路车辙深度实测值反算其参数,建议路面结构体系永久变形特征参数初值ΑSYS0取0.75,再由ΒSYS 与ΑSYS 的相关关系确定ΒSYS0。
3)运行V ESRM 程序,将预测结果与实测数据相比较,如果二者数值相接近,误差不超过±5%,则停止运行,记录所确定的参数值,否则,通过V ESRM 程序调整参数,直至预估值与实测值非常接近,误差控制在前述容许误差范围内,从而确定模型参数ΑSYS 和ΒSYS 值。
其模型参数确定流程见图1。
3 西安试验路概况西安试验路铺筑在西三(西安-三原)线一级公・8・东 北 公 路2000年路上,全长2115m(单幅),共分20个试验段,其中13个试验段(23k+640～24k+920)是为对比不同的沥青面层结构组合及厚度的使用效果,优选合理结构及沥青面层的最小厚度服务的。
基层自1989年1月开始施工,至5月初结束,沥青面层施工期为5月11日～6月10日,施工期气温20～30℃。
各试验路段路面结构布置如表1所示。
各结构中预埋设温度、位移传感器,以实测路面各层温度变化及永久变形值。
表1 西安试验路路面结构表段号面 层基 层底基层垫 层14c m中A C+5c m粗A C20c m水泥砂砾26c m二灰土18c m二灰土24c m中A C+5c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土34c m中A C+5c m粗A C10c m级配碎石+20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土44c m中A C+5c m粗A C10c m级配碎石+20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土55c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土65c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土18c m二灰土75c m中A C+7c m粗A C20c m水泥砂砾30c m二灰土18c m二灰土84c m中A C+5c m粗A C+6c m沥青碎石20c m水泥砂砾20c m石灰土94c m中A C+5c m粗A C+6c m沥青碎石20c m二灰砂砾20c m石灰土105c m中A C+7c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土115c m中A C+7c m粗A C20c m水泥砂砾20c m石灰土124c m中A C+5c m粗A C20c m水泥砂砾20c m石灰土134c m中A C+5c m粗A C20c m二灰砂砾20c m二灰土 (1)交通资料西安试验路设计交通量为1366轴次 日(B ZZ -100),第一年的累计标准轴次为498688次(未考虑横向分布系数),平均年增长率为8%,设计年限为15年,第15年的累计标准轴次为5.416×106次(已考虑横向分布系数)。
即按《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97第3.0.4条进行交通量(累计当量轴次)计算。
(2)路面材料1)沥青材料试验路采用单家寺稠油沥青(SJS)为代表沥青(S90代表A H-90),它是由环烷基稠油直馏工艺生产的,是我国目前开发的几种重交通道路沥青的代表性产品,其主要技术指标见表2。
从表中可以看出,单家寺稠油沥青的各项指标较普通沥青有很大提高,能达到“重交通道路沥青技术要求”。
表2 沥青主要技术指标沥青品种针入度(0.1mm)软化点(℃)延度(c m)25℃15℃5℃含蜡量(蒸馏法%) S90(A H-90)8.446.3>150>15073.67 注:西安试验路SJS90由拌和前针入度89.5下降到55.3,为原样的61.8%。
2)面层矿料矿料质量根据就地取材的原则,试验路的矿料均采用当地材料,表层粗集料特别选用了磨光值高的耐磨硬质材料。
中下层粗骨料大,粗骨料大都采用石灰岩碎石。
各项基本性质能够满足规范要求的指标。
・9・第23卷第3期 孙兆辉 王铁斌等:抗车辙性能强的合理沥青路面结构初探上面层中粒式沥青混凝土及下面层粗粒式沥青混凝土的矿料级配组成见表3。
西安试验路采用L H -20中粒式沥青混凝土作表面层。
如采用I 型,明显偏细,粗骨料比例不足,如采用 型空隙率又比较大,因此,在L H -20I 型基础上作了适当调整,增加了粗骨料的比例,应用了介于 型与 型之间的级配,其下面层采用原规范的L H -35。
表3 L H -20( 型)沥青混凝土级配组成设计级配名称筛孔尺寸(mm )35302520151052.51.20.60.30.150.074最佳油石比%L H -20调整级配通过各筛孔的重量百分率 %-908076.149.334.431.123.715.211.45.9配范围规范级-95～100-70～8050～6535～5025～4018～3013～218～154～95.15 3)基层和底基层材料西安试验路附近有丰富的粉煤灰、砂砾资源,故采用优选的水泥砂砾和二灰(石灰、粉煤灰)砂砾两种强度高、收缩性小的半刚性材料做基层,选用石灰粉煤灰(简称二灰)稳定当地的细粒土做底基层材料。
为了比较,在少数路段采用石灰土做底基层,四种半刚性材料的组成设计及材料性质见表4,砂砾和碎石的颗粒组成均符合基层施工规范的级配要求。
(3)有关的实测资料路面结构体系在行车荷载作用下路表及各结构层表面的弯沉、回弹弯沉和永久变形实测值详见表5和表6,其中轮隙位移采用弯沉仪实测,轮下位移采用位移计实测。
路面温度资料待查。
表4 半刚性材料的组成及性质材料及组成(重量比)最大干密度(g c m 3)最佳含水量(%)抗压强度(M pa )6个月龄期抗压回弹模量(M pa )抗弯拉回弹模量(M pa )温缩系数ΑT (10-6)(0～20)℃干缩系数ΑW (10-6)6∶94水泥砂砾2.314.88.741943257874.0685∶15∶80二灰砂砾2.0284.881681137965.06910∶40∶50二灰土1.3526.42.6312915330--10∶90石灰土1.82131.82362---表5西安试验路1989年6月竣工、1990年6月实测路段编号12345678910111213加载时路表弯沉L s (mm )0.060.090.140.070.050.060.040.090.100.080.070.080.07卸载后回弹弯沉L R (mm )0.050.0860.120.060.040.050.030.0860.100.080.070.0770.07路表永久变形实测值(mm )1.1731.3852.2872.0241.5961.5921.3521.8282.0121.6021.4061.1971.387V ESRM 模型计算值(mm )1.1481.3712.3102.0061.5821.5921.3441.8531.9791.5841.3861.2191.386绝对误差(mm )0.0250.014-0.0230.0180.0140.0000.008-0.0250.0330.0180.02-0.0220.001相对误差(mm )2.131.01-1.010.890.880.000.59-1.371.641.121.42-1.840.07ΑSYS 0.760.770.770.730.730.740.730.750.750.750.750.770.75ΒSYS0.270.240.260.290.320.300.340.260.250.250.250.240.25 注:(1)加载时路表弯沉指用双轮组单后轴100kN 的黄河车实测的轮下位移,但由于缺乏实测资料,这里以轮隙弯沉代替。
(2)卸载后回弹弯沉指轮下回弹弯沉,这里同样以轮隙回弹弯沉代替。
・01・东 北 公 路2000年表6 西安试验路不同时间(年数)里车辙深度预估值(mm )年数3579101215荷载累计作用轴次(次)647576117024117798782490958288971037854665416173路段编号11.223(1.297)1.409(1.480)1.558(1.625)1.6891.751(1.809)1.868(1.920)2.036(2.072)21.456(1.295)1.668(1.477)1.837(1.622)1.9852.054(1.806)2.185(1.917)2.373(2.070)32.453(1.300)2.811(1.481)3.096(1.626)3.3453.461(1.809)3.683(1.922)3.999(2.075)42.153(1301)2.526(1.482)2.829(1.627)3.0983.224(1.811)3.468(1.922)3.821(2.076)51.697(1.699)1.991(1.947)2.230(2.140)2.4422.542(2.384)2.734(2.538)3.011(2.747)61.704(1.704)1.988(1.951)2.217(2.145)2.4192.514(2.388)2.697(2.543)2.960(2.752)71.442(1.700)1.692(1.947)1.895(2.141)2.0752.160(2.384)2.324(2.538)2.560(2.749)81.9782.2932.5472.7702.8753.0753.36492.113(2.205)2.450(2.501)2.721(2.735)2.9593.071(3.030)3.286(3.205)3.594(3.448)101.6901.9602.1772.3672.4572.6282.875111.4791.7151.9042.0722.1502.3002.515121.2941.4831.6331.7641.8261.9422.109131.4791.7151.9042.0722.1502.3002.5153 不同路面结构的车辙反应选用V ESRM 模型依据1990年6月份实测的各结构表面永久变形值标定参数ΑSYS 、ΒSYS 值如表5,从而对西安试验路13种路面结构在使用不同时期产生的车辙深度进行预测,其预测结果列于表6中,并绘于图2中。
