某沥青路面洗车后车辆荷载下的车辆平衡试验研究

某沥青路面洗车后车辆荷载下的车辆平衡试验研究

高速公路的沥青路面结构为4cm自适应沥青sup-13、5cm普通沥青sup-20、75cm普通沥青sup-25，基地为半刚性基地。由于地处山区,交通量大、超载严重,加上设计不足和施工工期紧等原因,尤其是水对路面结构的作用,通车后三年沥青路面就出现了不同程度的早期破坏,主要的破坏形式有坑槽、露骨、唧浆、搓板等,其中搓板是较为严重的病害之一,主要出现在行车道。连续出现搓板的路段最长达到4100m,整个路段每隔3m左右就出现一处凹陷,一平一凹相互交错,并伴有唧泥现象。搓板不仅影响了路面的平整度,降低了路面行车的舒适性和安全性,容易损伤车辆机件,而且增加了车辆对路面的冲击力,加剧路面的破坏。高速公路沥青路面的搓板现象一般产生在沥青面层,主要是由于沥青面层高温稳定性、层间剪切强度不足或基层平整度差等,在车辆荷载作用下引起的沥青面层推移或压密所致。本文在现场调查检测和室内试验的基础上,对沥青路面搓板产生的原因进行分析,发现沥青路面搓板是由于水、基层和车辆动态作用等各种因素综合作用引起的。1拉拔试验结果在行车道搓板凹陷处进行切块取样,取样过程中发现集料松动,路面结合料失去粘结力。切块取出后发现,基层在对应于路面搓板凹陷位置有一明显的、较宽的裂缝,裂缝被一层泥浆覆盖。在沥青路面搓板凹陷处现场钻芯取样,发现凹陷处沥青下面层无法取出较完整的芯样,已取出的芯样显示中、下面层混合料的颗粒已部分露白、芯样的孔隙明显可见。在对应凹陷处取出基层芯样厚度及抗压强度见表1,承载板试验测得的路基回弹模量及路表弯沉等试验结果见表2。从凹陷处取出的搓板块状试件可明显发现,沥青面层整体下陷,对搓板切块沿行车道方向表面及各层界面竖向变形进行测量,结果见表3及图1。2凹陷处的基层采动水压力出现附加裂缝1)施工工期紧、任务重、气温低,沥青混合料没能充分压实,现场取样结果显示现场空隙率大,降水后水分很容易通过沥青面层往下渗到基层表面。这也与该路段中央分隔带排水不通畅有关。根据伯努力定理,动水压力与车速平方成正比,当车速为100km/h时动力学水压力达到3m多高的水头。在行车荷载的作用下,产生的动水压力对基层表面产生垂直的、在裂缝深度范围内水平的重复冲刷和抽吸作用,基层材料被挤压、冲刷,冲刷的细小颗粒在动水压力的作用下,沿沥青混合料的空隙向上流动,形成唧浆,随着泛浆的发展,基层结合料不断地被溶蚀并被挤压到路表,造成基层顶面的不断脱空,沥青面层也就随着这种基层材料的流失而不断地下陷;沉陷变形过大而导致沥青面层开裂,水侵入路面的途径更加畅通使泛浆现象更加恶化,沉陷也随之进一步发展,形成恶性循环。凹陷处基层顶面裂缝处存在浆液也证明了这点。随着时间的推移,裂缝处的基层细颗粒不断被冲刷出路面结构,裂缝处被掏空,沥青层下陷,形成“凹”形。在动水压力的重复作用下,沥青成层的抗疲劳性能下降,导致下面层在车辆荷载的重复作用下出现疲劳破坏。如果底基层和基层裂缝较多时,将加速这种破坏。沥青层下沉后,当汽车经过凹陷处,行驶中的车轮会对凹陷边缘的沥青混合料产生挤压,使其沿纵向移动,加上“凹”形的相对向下运动,形成“凸”形。这样使沥青混合料面板形成下凹和上凸,形成搓板现象。由表1,图1可以看出,搓板路段凹陷处,沥青混合料路面面板整体下陷,证实了搓板的形成是路表凹陷处基层出现裂缝、顶面材料被雨水冲刷掏空,致使沥青路面板下陷而形成。2)搓板路段行车道形成有规律的凹陷,凹陷间隔3m左右,这与半刚性基层非荷载型裂缝基本上是等间距布置有相似性。通过查阅该路段基层施工记录发现基层施工气温5℃～7℃,由于工期紧、气温低,施工单位基层施工时增加了水泥剂量,加上工期紧,养生不当,导致水泥稳定碎石基层产生了较密的裂缝,凹陷处基层产生了裂缝。该路段基层裂缝多,而很少在面层出现反射裂缝,主要是由于中、下面层沥青混合料未压实,空隙率大,在一定程度上起到了防止反射裂缝的作用,面层反射裂缝的发展速度跟不上基层裂缝处脱空和下面层松散的发展速度,下面层松散后,将缓解沥青中面层底部应力集中现象,所以在上面层很少出现反射裂缝。3)搓板现象形成的动态分析。当路表出现明显的凹陷时,汽车驶过坑槽将对路面产生附加压力,当车型一定时附加压力出现的频率与车速成反比,车速越小,出现的频率越大即两个最大附加力之间的距离越短。附加应力的大小与凹陷平面范围和深度大小有关,尤其与凹陷深度关系密切,凹陷越深,附加力越大。这种力一般在凹陷最大处较大,后轮驶出凹陷底部后,附加力呈周期性变化,这说明单个微小凹陷在汽车荷载作用下,也会逐渐发展成搓板路面。当凹陷平面尺寸一定时,附加压力在某一车速范围内较大,即存在产生最大附加压力的车速范围从路面受力角度可称为最不利车速范围。当汽车速度和凹陷范围一定时,汽车后轮行驶至凹陷底部附近时将产生较大的附加力,且凹陷越深,产生的附加力越大。越过凹陷区之后这种附加力呈周期性变化,每隔3m多,产生一次最大附加压力。路肩和超车道因重载车作用次数较少,基本没有出现搓板现象,这也说明搓板现象的出现离不开车辆的作用,它是各种因素综合作用的结果。3裂缝处表面脱空,沥青抗拉受力该高速公路搓板的出现,主要是由于水渗入基层表面,由于基层施工质量不好,裂缝比较多,水进入基层的裂缝处,在行车荷载作用下,产生的动水压力对裂缝进行重复的冲刷