彭 霞

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瀝青混凝土路面車道轉(zhuǎn)彎處病害防治措施研究

彭 霞1,2

(1.郴州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理站, 湖南 郴州, 423000; 2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院, 湖南 長沙, 410075)

以某瀝青混凝土路面道路交叉口轉(zhuǎn)彎處的病害為例, 分析了道路轉(zhuǎn)彎處瀝青混凝土路面破損的各種原因. 通過對實(shí)際發(fā)生問題的研究, 認(rèn)為通過采取一些相應(yīng)的措施可以預(yù)防和減少瀝青混凝土路面車道轉(zhuǎn)彎處的損壞. 主要措施有: 處治上應(yīng)從改善車道轉(zhuǎn)彎處路面結(jié)構(gòu)入手, 采用抗剪強(qiáng)度高的路面結(jié)構(gòu), 提高抗變形能力; 加強(qiáng)施工管理, 確保路面施工質(zhì)量; 對通過交叉口附近的車輛進(jìn)行限載、限速.

瀝青路面; 轉(zhuǎn)彎處; 病害; 防治措施

車道轉(zhuǎn)彎處病害表現(xiàn)多樣, 主要表現(xiàn)形式為車轍和波浪現(xiàn)象, 這將影響道路的行車質(zhì)量和行車安全. 病害發(fā)生后，雨水容易滲入路面, 導(dǎo)致路面病害(如: 大面積的裂縫、坑槽等)的進(jìn)一步發(fā)展, 從而降低道路的使用性能和使用壽命.

車輛頻繁剎車、啟動(dòng)和轉(zhuǎn)向是道路病害產(chǎn)生的主要原因. 瀝青路面在車輪水平荷載和垂直荷載綜合作用下會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料本身的抗剪強(qiáng)度, 或在車輛循環(huán)荷載作用下產(chǎn)生剪切疲勞, 使路面材料剪切塑性變形不斷累積[1], 從而使路面產(chǎn)生病害. 此外, 交通量大、重型車輛多和氣溫過高且持續(xù)時(shí)間長也是造成病害的重要原因.

1 工程實(shí)例

某瀝青混凝土路面攤鋪通車后, 在其道路轉(zhuǎn)彎處路面出現(xiàn)不同程度的破損. 經(jīng)現(xiàn)場踏勘, 該段道路分別在道路車道轉(zhuǎn)彎處A、B、C、D四個(gè)區(qū)域存在破損現(xiàn)象(圖1), 而直行路段瀝青路面完好.

經(jīng)現(xiàn)場踏勘與調(diào)查, 某公司運(yùn)輸車輛進(jìn)廠行車路線為從A區(qū)右轉(zhuǎn)直行后經(jīng)B區(qū)掉頭進(jìn)入C區(qū), 即車輛出入口右轉(zhuǎn). 出廠行車路線為從C區(qū)右轉(zhuǎn)經(jīng)D區(qū)左轉(zhuǎn), 交通組織見圖1箭頭所示. 該公司運(yùn)輸車輛載重較大, 總重量一般在60～100 t.

圖1 破損區(qū)域示意圖

圖2 A區(qū)瀝青路面剎車平移痕跡

通過現(xiàn)場破損痕跡情況分析, 車輛荷載較大, 而轉(zhuǎn)彎半徑較小, A區(qū)右轉(zhuǎn)半徑為100 m左右, B區(qū)掉頭半徑不超過50 m. 因道路周邊狀況較好, 車輛速度一般較快, 這可從A區(qū)剎車痕跡推斷得出(圖2).

綜合現(xiàn)場情況, 破損情況主要出現(xiàn)在道路轉(zhuǎn)彎處, 其主要原因應(yīng)是車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)與地面接觸處的剪切荷載較大, 瀝青路面產(chǎn)生較大剪切應(yīng)力, 導(dǎo)致路面材料骨料破碎及粘結(jié)材料破壞(圖3).

圖3 B區(qū)瀝青路面破壞情況

2 病害現(xiàn)象分析

目前我國道路破損可分為3個(gè)階段[2]: 一階段是路面結(jié)構(gòu)在整體抗力足夠的前提下發(fā)生了影響路面使用性能的損壞, 稱為初期損壞; 二階段是路面結(jié)構(gòu)在重復(fù)荷載作用下發(fā)生因路面抗力不足導(dǎo)致的疲勞破壞, 稱為早期損壞; 三階段是超過道路服務(wù)年限后出現(xiàn)的損壞, 稱為正常損壞.

該道路轉(zhuǎn)彎處的骨料破碎和粘結(jié)材料破壞引起的路面破損現(xiàn)象可歸為初期損壞[3]. 該損壞會顯著地降低瀝青混凝土路面的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性, 路面將出現(xiàn)松散、脫皮、坑洞、車轍以及裂縫等破損現(xiàn)象.

如果路面的破損沒有及時(shí)地修補(bǔ), 雨水容易滲入到瀝青路面內(nèi)部, 然后滯留在表面層的下部和路面下層的交界處. 在長期的行車荷載作用下, 使瀝青膜從面層的底部開始剝落并逐漸向上擴(kuò)展, 最后造成瀝青混凝土骨料上的瀝青剝落, 瀝青混凝土路面失去強(qiáng)度, 從而產(chǎn)生網(wǎng)裂和形變[4]. 網(wǎng)裂和形變在行車荷載作用下, 特別是降雨過程中和雨后, 將會逐漸松散, 松散的石料又會被車輪甩出形成坑洞. 隨著時(shí)間的推移, 將會造成大面積的路面破損.

3 病害原因分析

施工因素. 該路面層施工時(shí), 將設(shè)計(jì)的AC-13瀝青混凝土改為了AC-10瀝青混凝土, 降低了路面面層的整體強(qiáng)度, 特別是抗剪強(qiáng)度. 抗剪強(qiáng)度不足是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的重要原因.

荷載因素. 該道路在轉(zhuǎn)彎處的荷載主要來自2個(gè)方面: 一是車輛整體荷載較重(60～100 t), 產(chǎn)生很大的垂直荷載; 二是轉(zhuǎn)彎半徑過小, 而轉(zhuǎn)彎速度又較快, 根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力可知路面將承受較大的水平荷載.

按照一般研究, 瀝青混凝土路面剪切強(qiáng)度較小, 在較大的垂直、水平荷載作用之下, 路面上面層在輪跡范圍內(nèi)的剪應(yīng)力很大[1], 會超過瀝青本身的抗剪強(qiáng)度, 使骨料破碎、粘結(jié)破壞, 進(jìn)而導(dǎo)致瀝青混凝土面層破損.

其他因素. 路面養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠, 開放交通過早, 造成瀝青混合料的強(qiáng)度及抗車輛剪切和車轍能力減弱. 另外, 在交叉口和轉(zhuǎn)彎處, 由于車輛頻繁地處于啟動(dòng)和加速狀態(tài), 加速了對路面的破壞.

4 防治措施

提高抗剪強(qiáng)度. 轉(zhuǎn)彎處路面材料改用承載能力尤其是剪切強(qiáng)度更好的水泥混凝土, 同時(shí)加強(qiáng)道路的施工養(yǎng)護(hù). 該道路轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)路面破損的主要原因是路面抗剪強(qiáng)度的不足, 采用抗剪強(qiáng)度更好的水泥混凝土可以從根本上解決這一問題[5].

降低荷載作用. 針對產(chǎn)生問題的實(shí)際情況, 采用綜合措施解決這一問題. ①限載. 限制進(jìn)入該道路車輛的荷載噸位, 使道路的垂直荷載小于其設(shè)計(jì)承載能力. ②限速. 車輛轉(zhuǎn)彎所需的向心力與轉(zhuǎn)彎速度的平方成正比, 而向心力由路面提供, 因此, 可大大降低車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)施加給路面的水平剪切力. 設(shè)置減速擋板或其它交通設(shè)施以降低車輛速度. ③增大轉(zhuǎn)彎半徑. 在交叉處增加相關(guān)交通標(biāo)志, 加強(qiáng)對車輛的引導(dǎo). 建議從車輛出入口, 即C區(qū)直接設(shè)置轉(zhuǎn)彎車道, 拆除中間分隔帶, 車輛出入均通過中間分隔帶行駛, 形成大半徑轉(zhuǎn)彎車道. 車輛轉(zhuǎn)彎所需向心力與轉(zhuǎn)彎半徑成反比, 故增大轉(zhuǎn)彎半徑可有效降低車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)給路面的水平剪切力.

5 結(jié)論

以某道路轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)的病害為對象, 分析了瀝青路面轉(zhuǎn)彎處常見的病害類型及病害形成原因, 提出了具體的防治措施. 主要結(jié)論如下:

道路轉(zhuǎn)彎處的初期破損不容忽視, 一旦發(fā)生而不及時(shí)處理, 會造成大面積的路面破損.

采用限載、限速及增大轉(zhuǎn)彎半徑等方法, 盡可能地降低車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)對路面產(chǎn)生的水平和垂直荷載, 以延長轉(zhuǎn)彎處路面的壽命.

由于在道路轉(zhuǎn)彎處, 路面會承受較大的水平和垂直剪切力的共同作用, 要求路面有足夠的抗剪強(qiáng)度, 因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮抗剪強(qiáng)度高的路面類型, 并且應(yīng)提高路面上面層的抗剪強(qiáng)度, 采用剪切模量大的路面材料.

[1] 于玲, 鐘右鵬, 包龍生, 等. 交叉路口瀝青路面變形病害機(jī)理分析[J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 26(4): 709-715.

[2] 沈金安, 李福普, 陳景. 高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004: 221-234.

[3] 鐘永強(qiáng), 顧春燕, 劉陂. 城市瀝青路面病害成因分析及防治對策[J]. 城市道橋與防洪, 2008(11): 27-29.

[4] 孫立軍, 張宏超, 劉黎萍,等. 瀝青路面初期損壞特點(diǎn)和機(jī)理分析——重交通瀝青路設(shè)計(jì)方法之一[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 30(4): 416-421.

[5] 趙佳軍, 黃志福. 高速公路瀝青路面病害處治[J]. 華東公路, 2000(4): 5-9.

Asphalt concrete pavement lane corner damage prevention measures research

PENG Xia

(1. Chenzhou Construction Engineering Quality and Security Administration, Chenzhou 423000, China; 2.School of Civil Engineering of Central South University, Changsha 410075, China)

As an example of the damage of an asphalt concrete pavement at the intersection, the reasons of damage were researched at the turn corner. The experimental results shows that it need enhance the shear strength of the pavement structure, and improve resistance to deformation at the intersection of the roads. While it also need strengthen construction management. In addition, vehicles near the intersection shoud be load limit and speed limit. The engineering practices show that the damage of the asphalt concrete pavement lane corner can be prevented and reduced.

asphalt pavement; corner; damage; prevention and control measures

U 418.6

1672-6146(2012)04-0058-03

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.04.012

2012-08-07

彭霞(1982-), 女, 工程師, 主要研究方向: 工程檢測與監(jiān)督. E-mail: 11082321@qq.com

(責(zé)任編校: 江 河)