某瀝青路面洗車后車輛荷載下的車輛平衡試驗研究

某瀝青路面洗車后車輛荷載下的車輛平衡試驗研究

高速公路的瀝青路面結構為4cm自適應瀝青sup-13、5cm普通瀝青sup-20、75cm普通瀝青sup-25，基地為半剛性基地。由于地處山區(qū),交通量大、超載嚴重,加上設計不足和施工工期緊等原因,尤其是水對路面結構的作用,通車后三年瀝青路面就出現了不同程度的早期破壞,主要的破壞形式有坑槽、露骨、唧漿、搓板等,其中搓板是較為嚴重的病害之一,主要出現在行車道。連續(xù)出現搓板的路段最長達到4100m,整個路段每隔3m左右就出現一處凹陷,一平一凹相互交錯,并伴有唧泥現象。搓板不僅影響了路面的平整度,降低了路面行車的舒適性和安全性,容易損傷車輛機件,而且增加了車輛對路面的沖擊力,加劇路面的破壞。高速公路瀝青路面的搓板現象一般產生在瀝青面層,主要是由于瀝青面層高溫穩(wěn)定性、層間剪切強度不足或基層平整度差等,在車輛荷載作用下引起的瀝青面層推移或壓密所致。本文在現場調查檢測和室內試驗的基礎上,對瀝青路面搓板產生的原因進行分析,發(fā)現瀝青路面搓板是由于水、基層和車輛動態(tài)作用等各種因素綜合作用引起的。1拉拔試驗結果在行車道搓板凹陷處進行切塊取樣,取樣過程中發(fā)現集料松動,路面結合料失去粘結力。切塊取出后發(fā)現,基層在對應于路面搓板凹陷位置有一明顯的、較寬的裂縫,裂縫被一層泥漿覆蓋。在瀝青路面搓板凹陷處現場鉆芯取樣,發(fā)現凹陷處瀝青下面層無法取出較完整的芯樣,已取出的芯樣顯示中、下面層混合料的顆粒已部分露白、芯樣的孔隙明顯可見。在對應凹陷處取出基層芯樣厚度及抗壓強度見表1,承載板試驗測得的路基回彈模量及路表彎沉等試驗結果見表2。從凹陷處取出的搓板塊狀試件可明顯發(fā)現,瀝青面層整體下陷,對搓板切塊沿行車道方向表面及各層界面豎向變形進行測量,結果見表3及圖1。2凹陷處的基層采動水壓力出現附加裂縫1)施工工期緊、任務重、氣溫低,瀝青混合料沒能充分壓實,現場取樣結果顯示現場空隙率大,降水后水分很容易通過瀝青面層往下滲到基層表面。這也與該路段中央分隔帶排水不通暢有關。根據伯努力定理,動水壓力與車速平方成正比,當車速為100km/h時動力學水壓力達到3m多高的水頭。在行車荷載的作用下,產生的動水壓力對基層表面產生垂直的、在裂縫深度范圍內水平的重復沖刷和抽吸作用,基層材料被擠壓、沖刷,沖刷的細小顆粒在動水壓力的作用下,沿瀝青混合料的空隙向上流動,形成唧漿,隨著泛漿的發(fā)展,基層結合料不斷地被溶蝕并被擠壓到路表,造成基層頂面的不斷脫空,瀝青面層也就隨著這種基層材料的流失而不斷地下陷;沉陷變形過大而導致瀝青面層開裂,水侵入路面的途徑更加暢通使泛漿現象更加惡化,沉陷也隨之進一步發(fā)展,形成惡性循環(huán)。凹陷處基層頂面裂縫處存在漿液也證明了這點。隨著時間的推移,裂縫處的基層細顆粒不斷被沖刷出路面結構,裂縫處被掏空,瀝青層下陷,形成“凹”形。在動水壓力的重復作用下,瀝青成層的抗疲勞性能下降,導致下面層在車輛荷載的重復作用下出現疲勞破壞。如果底基層和基層裂縫較多時,將加速這種破壞。瀝青層下沉后,當汽車經過凹陷處,行駛中的車輪會對凹陷邊緣的瀝青混合料產生擠壓,使其沿縱向移動,加上“凹”形的相對向下運動,形成“凸”形。這樣使瀝青混合料面板形成下凹和上凸,形成搓板現象。由表1,圖1可以看出,搓板路段凹陷處,瀝青混合料路面面板整體下陷,證實了搓板的形成是路表凹陷處基層出現裂縫、頂面材料被雨水沖刷掏空,致使瀝青路面板下陷而形成。2)搓板路段行車道形成有規(guī)律的凹陷,凹陷間隔3m左右,這與半剛性基層非荷載型裂縫基本上是等間距布置有相似性。通過查閱該路段基層施工記錄發(fā)現基層施工氣溫5℃～7℃,由于工期緊、氣溫低,施工單位基層施工時增加了水泥劑量,加上工期緊,養(yǎng)生不當,導致水泥穩(wěn)定碎石基層產生了較密的裂縫,凹陷處基層產生了裂縫。該路段基層裂縫多,而很少在面層出現反射裂縫,主要是由于中、下面層瀝青混合料未壓實,空隙率大,在一定程度上起到了防止反射裂縫的作用,面層反射裂縫的發(fā)展速度跟不上基層裂縫處脫空和下面層松散的發(fā)展速度,下面層松散后,將緩解瀝青中面層底部應力集中現象,所以在上面層很少出現反射裂縫。3)搓板現象形成的動態(tài)分析。當路表出現明顯的凹陷時,汽車駛過坑槽將對路面產生附加壓力,當車型一定時附加壓力出現的頻率與車速成反比,車速越小,出現的頻率越大即兩個最大附加力之間的距離越短。附加應力的大小與凹陷平面范圍和深度大小有關,尤其與凹陷深度關系密切,凹陷越深,附加力越大。這種力一般在凹陷最大處較大,后輪駛出凹陷底部后,附加力呈周期性變化,這說明單個微小凹陷在汽車荷載作用下,也會逐漸發(fā)展成搓板路面。當凹陷平面尺寸一定時,附加壓力在某一車速范圍內較大,即存在產生最大附加壓力的車速范圍從路面受力角度可稱為最不利車速范圍。當汽車速度和凹陷范圍一定時,汽車后輪行駛至凹陷底部附近時將產生較大的附加力,且凹陷越深,產生的附加力越大。越過凹陷區(qū)之后這種附加力呈周期性變化,每隔3m多,產生一次最大附加壓力。路肩和超車道因重載車作用次數較少,基本沒有出現搓板現象,這也說明搓板現象的出現離不開車輛的作用,它是各種因素綜合作用的結果。3裂縫處表面脫空,瀝青抗拉受力該高速公路搓板的出現,主要是由于水滲入基層表面,由于基層施工質量不好,裂縫比較多,水進入基層的裂縫處,在行車荷載作用下,產生的動水壓力對裂縫進行重復的沖刷