黃 江

（山西省公路局，山西 太原 030006）

2016年底，我國高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)130000 km。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通量不斷上升，重載車輛運(yùn)輸成為了交通量的主要組成部分。

重載交通加快了路面的損壞，嚴(yán)重縮短了路面設(shè)計(jì)的使用壽命和服務(wù)性能，甚至引發(fā)道路交通安全事故。在車輛重載作用下無論瀝青混凝土路面還是水泥混凝土路面均有路面早期損壞較為嚴(yán)重的現(xiàn)象。針對(duì)運(yùn)煤重載瀝青路面，研究重載交通對(duì)路面早期破壞的形式及原因，提出相應(yīng)的措施，對(duì)延長路面壽命，維護(hù)道路安全，降低路面養(yǎng)護(hù)成本非常重要。

1 重載路面軸載分析

我國礦產(chǎn)資源豐富，重載交通較為普遍，運(yùn)煤道路最大的特點(diǎn)為：車輛運(yùn)輸具有顯著的方向性。返回煤炭產(chǎn)區(qū)的車輛多為空載，軸載重量輕，較分散；駛離煤炭產(chǎn)區(qū)的載重車輛滿載煤炭軸載重量大，行駛速度慢，出行集中[1]。重載現(xiàn)象越來越突出，路面的早期破壞也不斷加重。

圖1 山西某高速軸載譜分布

利用車輛軸載自動(dòng)稱重系統(tǒng)對(duì)山西某高速進(jìn)行24 h連續(xù)調(diào)查，獲得不同軸輪組的軸載分布。

由軸載譜分布圖1可知，單軸-單輪組軸載譜大于6 t的占20%左右，為單峰值分布；單軸-雙輪組軸載譜集中在10～18 t，比例達(dá)到30%左右，軸重超過10 t的達(dá)到37%左右，近5%的軸載達(dá)到20 t；雙軸-雙輪組軸載譜中有約53%的軸重超過18 t；三軸-雙輪組中約56%的軸重超過22 t。由此可見，山西以貨運(yùn)運(yùn)輸為主，且貨運(yùn)車輛中以重型大貨車、特大貨車和拖掛車為主。

2 重載路面交通調(diào)查

調(diào)查山西省某車道的貨車流量情況，按照車型對(duì)路面的影響程度將各種車型進(jìn)行一定的折算，重型貨車折算系數(shù)為4，大貨車為3，中貨車為1.5，小貨車為1。調(diào)查及分析結(jié)果如表1與圖2所示。

表1 貨車流量調(diào)查

圖2 各類型貨車所占比例圖

由圖2可知該條道路主要交通是重型貨車，占總交通量的88.9%，折算比例達(dá)到了94%；其次是大貨車，比例為4%，中、小型貨車占總交通量的2%。

3 重載條件下路面受力特性

調(diào)查山西省重載的路面結(jié)構(gòu)主要有半剛性、混合式、復(fù)合式瀝青路面，以半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)為例分析重載條件下路面結(jié)構(gòu)的受力特性，路面結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 瀝青路面各結(jié)構(gòu)層參數(shù)

根據(jù)路基的彈性半空間體假設(shè)，建立有限元模型。采用軸載為100 kN、130 kN、190 kN三種工況對(duì)比分析，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力分別為 0.7 MPa、1.0 MPa、1.3 MPa。計(jì)算半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同深度處的剪應(yīng)力，如圖3所示。

圖3 隨軸載變化的剪應(yīng)力變化對(duì)比圖

由圖3可知：

a）路面結(jié)構(gòu)同一深度處，剪應(yīng)力隨荷載的增加而增大。

b）不同荷載下，路面深度由0增加至60 cm過程中，剪應(yīng)力均呈現(xiàn)先增加后減小，再增加再減小的趨勢。

c）剪應(yīng)力在路面深度4 cm以上位置急劇增加，在約4 cm深處達(dá)到峰值，即在上面層中剪應(yīng)力是不斷增加的，至上面層與中面層交界處達(dá)到最大。

在不同厚度條件下，計(jì)算路面基層底面拉應(yīng)力及土基頂面壓應(yīng)變隨荷載變化的關(guān)系，如圖4（第35頁）所示。

由圖4可知：

d）瀝青路面基層層底的拉應(yīng)力隨著軸載的增加而增大，呈正比關(guān)系。

e）拉應(yīng)力隨著瀝青面層厚度的增加而減小，而變化趨勢幾乎不隨瀝青層厚的變化而變化。

4 重載路面病害及防治措施

根據(jù)重載條件下路面的受力特性可知，重載對(duì)路面結(jié)構(gòu)所受剪應(yīng)力影響非常大，使瀝青路面產(chǎn)生塑性變形，累計(jì)后形成車轍[2]。特別地，在溫度的耦合作用下，重載車輛對(duì)層間的剪切應(yīng)力進(jìn)一步增大，軸載越大，側(cè)向剪切位移越大，車轍程度越大。路面在重載條件下，瀝青路面的主要病害是車轍、裂縫、松散及坑槽等。

4.1 高速公路病害調(diào)查

根據(jù)交通運(yùn)輸部每年路況檢查資料顯示，山西省部分高速公路的病害情況如表3所示。

圖4 隨軸載變化的層底拉應(yīng)力及拉應(yīng)變對(duì)比圖

表3 山西省部分高速公路路面病害調(diào)查

資料顯示，山西省部分高速公路的主要病害為車轍和裂縫，而主要原因是山西省的煤礦資源豐富，道路交通組成主要是貨車所占比例極大，且主要為重型貨車，重型荷載作用使路面車轍的發(fā)展非?？臁?/p>

4.2 車轍病害的預(yù)防及養(yǎng)護(hù)措施

根據(jù)路面病害的調(diào)查顯示，瀝青路面早期病害以車轍和裂縫較為嚴(yán)重，對(duì)瀝青路面常見的病害進(jìn)行預(yù)防及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)從瀝青混合料設(shè)計(jì)階段，施工期的質(zhì)量控制，運(yùn)營期路面養(yǎng)護(hù)以及對(duì)超載車輛的管制方面入手，做到防治結(jié)合，最大限度地保證路面的使用性能。

4.2.1 優(yōu)化瀝青混合料設(shè)計(jì)

考慮重載對(duì)道路的影響，在瀝青混合料設(shè)計(jì)階段盡可能對(duì)材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：

a）選擇高黏性瀝青或改性瀝青，提高混合料抗車轍能力。

b）控制瀝青用量，減小油石比，將集料級(jí)配設(shè)計(jì)形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

c）提高結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)，控制混合料空隙率，各面層之間模量相近，保證基層穩(wěn)定基礎(chǔ)上多采用“強(qiáng)基薄面”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2.2 嚴(yán)格把好施工質(zhì)量關(guān)

施工質(zhì)量是決定路面使用壽命長短的最重要因素，要保證施工質(zhì)量應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行嚴(yán)格管理：

a）保證基層鋪筑前路床的彎沉滿足規(guī)范要求。

b）嚴(yán)格控制各結(jié)構(gòu)層原材料及混合料質(zhì)量。

c）保證基層強(qiáng)度及水穩(wěn)性。

d）嚴(yán)格控制瀝青混合料拌合、攤鋪機(jī)壓實(shí)溫度。

e）碾壓應(yīng)連續(xù)、均勻，碾壓完成后進(jìn)行壓實(shí)度及平整度現(xiàn)場試驗(yàn)。

4.2.3 加強(qiáng)運(yùn)營期間公路管理

新建或大修后的公路投入使用后，盡快按照設(shè)計(jì)軸載對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行管制，控制及治理載重汽車的重載現(xiàn)象。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生損害的路面應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行治理，防止路面損害的進(jìn)一步惡化。

4.2.4 采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

研究表明，重載瀝青路面的主要問題是車轍，針對(duì)病害的不同嚴(yán)重程度，采取科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施。車轍損壞在運(yùn)煤重載路面最為嚴(yán)重，對(duì)此可采用以下3種技術(shù)進(jìn)行維修處理：

a）微表處理法 將瀝青、水泥等稀漿混合料攤鋪在瀝青路面車轍位置。該方法快速、維修工期短、成本低。

b）熱再生法 將車轍位置的瀝青加熱軟化后，將舊料與黏合劑及再生劑混合，按配合比拌合成新料，重新鋪設(shè)在車轍損壞位置，該方法適宜車轍深度小于10 mm。

c）銑刨重鋪法 適用于任何形式的車轍損壞。將需要維修的車轍病害路段進(jìn)行規(guī)劃并標(biāo)記，銑刨后進(jìn)行重新攤鋪，從根本上解決了路面的車轍問題。

5 結(jié)論

本文基于山西省高速公路重載交通對(duì)瀝青路面的影響進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

a）通過調(diào)查分析重載路面的交通量及軸載譜，得出山西省交通組成以貨運(yùn)運(yùn)輸為主。

b）通過建立有限元計(jì)算荷載分別為100 kN、130 kN、190 kN條件下，路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力變化及基層層底拉應(yīng)力、土基頂面壓應(yīng)變的變化，得出重載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響非常大，是路面產(chǎn)生車轍的主要原因。

c）調(diào)查山西省8條高速的路面性能，針對(duì)車轍主要病害，提出重載路面的預(yù)防及養(yǎng)護(hù)措施，應(yīng)從瀝青混合料設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理階段進(jìn)行路面質(zhì)量的控制及病害預(yù)防。