淺析高速公路車輛荷載與車轍病害的關系
發布時間：2010-01-14 共1頁
瀝青混凝土路面的車轍病害是路面的一種主要病害，維修費用高，維修周期長，往往影響正常交通運輸。車轍產生的原因是多方面的，內部的因素主要包括：瀝青種類和性質、集料的形狀及表面紋理、瀝青用量、礦料級配、粉膠比、瀝青混合料殘留空隙率等方面；外部因素主要包括：高溫、重荷載、車流量、路面坡度等方面。高速公路因渠化交通，更易產生車轍。
對已建成的高速公路瀝青路面，車轍產生的主要原因是車輛荷載，特別是超重車的影響，本文主要分析車輛荷載與車轍的關系。
1.不同軸載作用下瀝青層內剪應力
車轍產生的主要原因之一是在車輪荷載作用下，瀝青層內產生剪應力，致使瀝青混合料產生剪切變形，不可恢復變形的不斷累積形成車轍。因此，剪應力的小影響車轍的小。
哈爾濱工業學分析了不同軸載對瀝青路面車轍的影響，研究中采用有限元力學計算分析方法，以半剛性基層瀝青混凝土路面作為典型結構（這也是我國現階段高速公路建設采用的最普遍結構），結構厚度和各層材料力學參數（各結構層層間均為連續狀態）：表面層瀝青混合料h=4cm E=1400MPa u=0.25，下面層瀝青混合料h=6cm E=1200MPa u=0.25，基層水泥穩定碎石h=30cm E=1400MPa u=0.25，底基層二灰穩定土 h=20cm E=800MPa u=0.25，土基 E=40MPa u=0.35.
對計算結果的分析，無論在平坡還是在上坡路段車輛軸重越，剪應力越。車輛在平坡路段行駛時，當車輛軸重從100kN增加到150kN、200kN時，最剪應力（文內所涉及到的最剪應力均為產生于瀝青層內不同深度的剪應力的最值。）由0.157MPa增加為0.232MPa、0.308MPa，分別增加了48％和96％，這與車輛軸重的增加比例是相同的，不同軸重的剪應力分布曲線的形態基本一致，在深度4-6cm范圍內剪應力較。
通過上述分析發現，隨著車輛后軸軸重增加，剪應力幾乎按照相同的比例增，即剪應力與車輛軸重近似地表現為45度線性遞增的比例關系。
2.不同軸載作用下瀝青混合料動穩定度分析
我們在室內對不同荷載作用下動穩定度次數進行了試驗，試驗結果如下：
為研究荷載對動穩定度的量化性影響，選取一種瀝青混合料AC-161，分別進行0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa三種壓力下的車轍試驗，發現在標準溫度60°C下動穩定度與輪壓成指數關系，1054， 801和634；荷載對動穩定度的影響是非常的。當荷載由0.7Mpa增加到1.1Mpa時，動穩定度幾乎要降低一倍，按現在標準軸載設計的路面在重載車作用下，瀝青混合料抗剪強度遠遠超過允許值，造成路面流動性車轍。
3.不同荷載作用下車轍試驗對比
交通部《高速公路早期病害預防措施的研究》課題提到，夏季路面溫度從60°C升高到66℃時，相當于荷載從0.7Mpa升高到0.9Mpa，當荷載由0.7Mpa升高到1.2Mpa時，相當于溫度從60.7℃升高到70.2℃。
我們曾經進行了室內實驗，比較不同荷載情況下瀝青混合料的動穩定度次數變化情況，室內試驗選取了AC-131中值和AC—161級配中值進行試驗，最佳用油量的確定分別采用GTM法和馬歇爾試驗方法，GTM采用三種不同的設計壓強0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa，車轍試驗采用三種輪壓0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa分別進行，試驗結果可以得出：①隨著荷載的增加瀝青混合料的抗車轍能力降低，每增加0.2Mpa的壓強，抗車轍能力降低約20％；②增加設計壓強可以有效的提高抗車轍能力，對于AC—131瀝青混凝土來說，采用馬歇爾重載指標設計的瀝青混合料DS為1087，而GTM0.7的DS為1248，GTM0.9的DS為2242，GTMl.1的DS為3217， 分別是馬歇爾重載設計的1.15、2.06、2.96倍。對于AC-161瀝青混凝土來說，采用馬歇爾重載指標設計的瀝青混合料DS為1093，而GTM0.7的DS為1541，GTM0.9的DS為2004，GTMl.1的DS為3117，分別是馬歇爾重載設計的1.41、1.83、2.85倍。
從上面的分析不難發現隨著車轍試驗的輪壓增時，車轍次數降低，但是輪壓與車轍次數并不是簡單的線形關系，只是隨著輪壓的增加，車轍次數下降速度加快，當輪壓小于設計設計壓強時，動穩定度次數幅提升。
4.重車流量與車轍調查分析
從幾條高速公路車流量的調查結果來看，很明顯，京石高速公路車流量較，按照重車所占車輛總數比例看，京沈高速河北方向車輛總計188255輛/月，重載車比例占13.7％，車轍深度16.8mm：保津高速主線收費站車輛總計194845輛，重載車比例占33.0％，車轍深度20.2mm；京石高速公路主線北行車輛總計367800輛/月，重載車比例占44.0％，車轍深度21.3mm；京秦高速公路廊坊段香河站沈陽入口方向車輛總計120510輛，重載車比例占35.3％，車轍深度18.5mm.重載車輛較多，再加上夏季持續高溫的影響，2003年京石高速公路出現嚴重車轍，調查切割試樣顯示，變形以中面層最為嚴重。
瀝青路面車轍分析結論：重車，特別是超重車是車轍病害產生的主要之一。只有規范運輸市場，限制超載車，輪壓控制在0.7mp以內，才能使公路達到或超過使用年限，減少額外養護費用，確保道路安全暢通。
對已建成的高速公路瀝青路面，車轍產生的主要原因是車輛荷載，特別是超重車的影響，本文主要分析車輛荷載與車轍的關系。
1.不同軸載作用下瀝青層內剪應力
車轍產生的主要原因之一是在車輪荷載作用下，瀝青層內產生剪應力，致使瀝青混合料產生剪切變形，不可恢復變形的不斷累積形成車轍。因此，剪應力的小影響車轍的小。
哈爾濱工業學分析了不同軸載對瀝青路面車轍的影響，研究中采用有限元力學計算分析方法，以半剛性基層瀝青混凝土路面作為典型結構（這也是我國現階段高速公路建設采用的最普遍結構），結構厚度和各層材料力學參數（各結構層層間均為連續狀態）：表面層瀝青混合料h=4cm E=1400MPa u=0.25，下面層瀝青混合料h=6cm E=1200MPa u=0.25，基層水泥穩定碎石h=30cm E=1400MPa u=0.25，底基層二灰穩定土 h=20cm E=800MPa u=0.25，土基 E=40MPa u=0.35.
對計算結果的分析，無論在平坡還是在上坡路段車輛軸重越，剪應力越。車輛在平坡路段行駛時，當車輛軸重從100kN增加到150kN、200kN時，最剪應力（文內所涉及到的最剪應力均為產生于瀝青層內不同深度的剪應力的最值。）由0.157MPa增加為0.232MPa、0.308MPa，分別增加了48％和96％，這與車輛軸重的增加比例是相同的，不同軸重的剪應力分布曲線的形態基本一致，在深度4-6cm范圍內剪應力較。
通過上述分析發現，隨著車輛后軸軸重增加，剪應力幾乎按照相同的比例增，即剪應力與車輛軸重近似地表現為45度線性遞增的比例關系。
2.不同軸載作用下瀝青混合料動穩定度分析
我們在室內對不同荷載作用下動穩定度次數進行了試驗，試驗結果如下：
為研究荷載對動穩定度的量化性影響，選取一種瀝青混合料AC-161，分別進行0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa三種壓力下的車轍試驗，發現在標準溫度60°C下動穩定度與輪壓成指數關系，1054， 801和634；荷載對動穩定度的影響是非常的。當荷載由0.7Mpa增加到1.1Mpa時，動穩定度幾乎要降低一倍，按現在標準軸載設計的路面在重載車作用下，瀝青混合料抗剪強度遠遠超過允許值，造成路面流動性車轍。
3.不同荷載作用下車轍試驗對比
交通部《高速公路早期病害預防措施的研究》課題提到，夏季路面溫度從60°C升高到66℃時，相當于荷載從0.7Mpa升高到0.9Mpa，當荷載由0.7Mpa升高到1.2Mpa時，相當于溫度從60.7℃升高到70.2℃。
我們曾經進行了室內實驗，比較不同荷載情況下瀝青混合料的動穩定度次數變化情況，室內試驗選取了AC-131中值和AC—161級配中值進行試驗，最佳用油量的確定分別采用GTM法和馬歇爾試驗方法，GTM采用三種不同的設計壓強0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa，車轍試驗采用三種輪壓0.7Mpa、0.9Mpa、1.1Mpa分別進行，試驗結果可以得出：①隨著荷載的增加瀝青混合料的抗車轍能力降低，每增加0.2Mpa的壓強，抗車轍能力降低約20％；②增加設計壓強可以有效的提高抗車轍能力，對于AC—131瀝青混凝土來說，采用馬歇爾重載指標設計的瀝青混合料DS為1087，而GTM0.7的DS為1248，GTM0.9的DS為2242，GTMl.1的DS為3217， 分別是馬歇爾重載設計的1.15、2.06、2.96倍。對于AC-161瀝青混凝土來說，采用馬歇爾重載指標設計的瀝青混合料DS為1093，而GTM0.7的DS為1541，GTM0.9的DS為2004，GTMl.1的DS為3117，分別是馬歇爾重載設計的1.41、1.83、2.85倍。
從上面的分析不難發現隨著車轍試驗的輪壓增時，車轍次數降低，但是輪壓與車轍次數并不是簡單的線形關系，只是隨著輪壓的增加，車轍次數下降速度加快，當輪壓小于設計設計壓強時，動穩定度次數幅提升。
4.重車流量與車轍調查分析
從幾條高速公路車流量的調查結果來看，很明顯，京石高速公路車流量較，按照重車所占車輛總數比例看，京沈高速河北方向車輛總計188255輛/月，重載車比例占13.7％，車轍深度16.8mm：保津高速主線收費站車輛總計194845輛，重載車比例占33.0％，車轍深度20.2mm；京石高速公路主線北行車輛總計367800輛/月，重載車比例占44.0％，車轍深度21.3mm；京秦高速公路廊坊段香河站沈陽入口方向車輛總計120510輛，重載車比例占35.3％，車轍深度18.5mm.重載車輛較多，再加上夏季持續高溫的影響，2003年京石高速公路出現嚴重車轍，調查切割試樣顯示，變形以中面層最為嚴重。
瀝青路面車轍分析結論：重車，特別是超重車是車轍病害產生的主要之一。只有規范運輸市場，限制超載車，輪壓控制在0.7mp以內，才能使公路達到或超過使用年限，減少額外養護費用，確保道路安全暢通。
