公路改扩建中沥青旧路面的性能评价指标研究

寇　亮　穆雪野

摘要:在高速公路扩建工程中需要对部分旧路进行选择性的保留利用,以节省工程造价。而对旧路的路况进行评价,是决定其去留的关键所在。文章对扩建工程中旧路的路况评价方案进行了研究,分析其存在的不足之处,提出应对旧路沥青混合料路用性能进行评价。

关键词:改扩建;沥青路面;性能评价;路用性能

当公路加宽或由于线形需要大范围调整时,通常选择重建。当公路养护或维修无法进行或效益低,以及旧路路面破坏到使用原结构成本效益低时也可选择重建。重建包括拆除旧路路面结构,返工或改善路基土,重新碾压路基土,以及摊铺新的或再生混合料路面结构组成。由于需要大范围的施工,伴随着交通控制和用户不便,全面重建可能是昂贵的维修方法。重建过程中沥青路面和粒料基层材料可再生利用,大大减少整个公路重建费用。公路的重建与路面的结构类型、气候、交通、所用材料质量和种类以及工程质量有关。

1 工程评价

工程评价是公路改建路面再生利用的一个最重要的方面,尽管路面再生利用是有效的方法,但并非适合所有道路。改建的方法是通过对旧路的路况调查和路面评价后进一步确定的,如果路面评价方法选择不当,都无法达到预期性能。

沥青路面的影响因素有环境或气候因素、交通因素、施工缺陷和材料缺陷。由于各因素相互关联,很难确定表面损坏是哪一因素引起的。路面评价应结合这些影响因素,详细检查所有的损坏类型、类型的严重性和损坏类型的频度,以及评定给定区域的表面不平整度、裂缝和缺陷等。

2 路面性能评价指标

路面评价阶段,是基于直观外表对路面状况进行主观评价。为了提供更多的数据确定路面破损原因,需对旧路面性能进行量化,这就需要通过现场和实验室试验来确定路面物理性能,需测定的路面物理性能有不平整度、车辙、摩擦系数、强度和材料性能。

2.1 不平整度

不平整度是引起不舒适或不理想的行驶质量的路面变形。用于量化道路不平整度的方法有主观评价、纵断面测量后获取道路纵断面数据和感应测量设备,测量车辆经过道路时的反应。采集不平整度数据的设备和方法,有传统的标尺和水准测量,以及高速非接触法。设备和方法的选择取决于所要求的数据采集速度、准确度和取样的大小。

主观评价方法虽精度不够,但比较快;纵断面测量设备是结果最准确的,但比较慢;而采用感应测量设备评价的结果介于两者之间。每种方法以其独特的方式表示不平整度,如行驶舒适性指数(RCl)、行驶舒适性评价(RCR)等指标。

国际平整度指数(IRI)是道路平整度测量和分析的标准,它对任何路面类型都有效并且它能表示所有平整度水平。为便于比较,有时不同的测量设备和方法的平整度测量和评价之间可相互关联,也可与IRI关联,但是这种关联不能普遍应用。

路面平整度可用来控制路面的服务能力,且直接与车辆行驶费用有关。路面完工时的平整度直接影响服务年限,如平整的路面通常使用年限比粗糙的路面要长且维修要少。平整度是最常用来确定道路是否需要维修或重建的控制因素。

2.2 车辙

车辙是通常用来确定道路是否需要维修或重建的控制因素。随路面车辙程度的加重,伴随着道路安全性能的下降,影响道路安全的因素有车辙形状和深度,车辆类型和行车速度,轮胎类型和轮胎磨损,路面空隙率、横坡和纵断面,路表干湿状况,降雨强度和持续时间等。

路面车辙的评价可以从简单的外观评价,或使用超声波或激光测量车辆通过时道路的横断面变化的自动化技术。最常用的测量车辙深度的方法是在车辙上横放一根参考直尺,测量直尺底部到车辙最深处的距离。这表明车辙最大深度跟直尺的长度有关。值得注意的是存在其它描述车辙深度的方式,如平均车辙深度(最大车辙深度除以车辙宽度),因此车辙深度的比较跟测量描述车辙深度的方式有关。

2.3 摩擦系数

摩擦系数是非常复杂的现象,它取决于路面、车辆、环境和行驶因素之间的相互关系。它很大程度上取决于路面粗集料的“微观纹理”,微观纹理是集料矿物学的作用及其与交通和气候因素的相互作用。摩擦系数在短期内可迅速变化,通常跟表面状况与降雨有关。从长期来看,随着交通次数的增多,大多数路面均表现为摩擦系数逐渐减小,随时间和交通量的变化,可能使路面摩擦系数减小的路面因素有面层磨损、车辙、沥青泛油、污染、面层空隙率和面层集料磨光。可采用路面抗滑力足尺轮胎测试方法和摆式摩擦测定仪的方法对改建路面的摩擦系数进行数据的采集。

2.4 强度

旧路路面在合理的服务水平下,承受预期的交通能力与它的结构能力直接相关。路面结构强度的评估可以直接通过现场测试来得到,主要方法分为破坏性或非破坏性,破坏性方法有试钻、试掘或取芯。通过取芯确定旧路路面层厚度,通过动力圆锥触探仪(DCP)试验、现场十字板试验、现场加州承载比(CBR)试验等评价现有强度,通过对旧路路面材料取样进行室内试验评定。

非破坏性方法评价现有结构能力,通常是通过确定在外加荷载作用下路面的反应或弯沉进行的,非破坏性弯沉测试设备可分为静力弯沉、振动设备和动力冲击设备。

静力设备有贝克曼梁、承载板加载试验、弯曲仪等。这些设备使用简单且费用不高,但获取数据的时间较长,数据采集时涉及安全问题,且劳动强度大,此外,试验不能准确模拟移动的车轮荷载的影响且重复性较差。

振动设备有动力弯沉、路面弯沉仪、WES重型振动器等。这类设备能测量弯沉盆,相对于单个点测量,通常易于操作,获取数据较快,且有较好的重复性,但是价格比较昂贵。此外,弯沉盆信息可用于更高级的力学经验设计方法以推算路基回弹模量和有效路面模量。弯沉盆测量也可用于计算各种作为性能标准的路面参数。

3 评价方法概述

根据下面所列的要求对路面状况进行评定, 结合实际情况后决定下列情况之一需要铣刨或翻修旧路沥青面层。

弯沉超过30×10-2mm的地段为重点维修地段,这种情况下一般旧路的沥青面层要全部铣刨;路面破损,行车道在100m范围内修补面积超过15%时,该100m行车道沥青面层全部铣刨;表面出现坑塘、凹陷、网裂、疲劳裂缝等病害连续不断的路段,沥青面层要全部铣刨;路面横向裂缝连续不断,间距小于15m并出现多处唧浆点的路段沥青面层全部铣刨。但是仅仅依靠路面的弯沉检测和病害判别路面的铣刨标准是不科学的,随着路面使用龄期的增加,沥青混合料的路用性能是逐渐降低的,但路面的病害情况无法全部反映出这种降低的趋势,旧路的路用性能会对新铺罩面的耐久性和使用性能产生影响。

在对旧路检测时,除了路面病害,还应对沥青混合料的路用性能进行评价。在路面层钻芯取样,然后在室内进行试验研究沥青混合料的抗水损害性能和低温性能随使用时间的变化情况。其中评价低温性能主要进行小梁低温弯曲试验,评价抗水损害性能主要进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。

4 结论

路面评价阶段需要确定的路面物理性能指标有:有不平整度、车辙、摩擦系数、强度和材料性能。

参考文献

[1]李宜池,房建宏.宝泥纤维加强沥青混合料在青海的应用研究[J].青海交通科技,2000,(04).

[2]武贤慧,张登良.纤维增强沥青混凝土低温性能研究[J].公路交通科技,2005,(02).

[3]卢铁瑞.道路沥青混合料低温性能评价指标的研究[J].石油沥青,1998,(01).

[4]张争奇,赵战利,张卫平.矿料级配对沥青混合料低温性能的影响[J].长安大学学报(自然科学版),2005,(02).

[5]陈秋玲.浅析沥青混合料的低温性能[J].浙江交通职业技术学院学报,2004,(01).

[6]郭忠印,薛明,高庆吉,高丽霞.沥青混合料的抗冻融与水稳定性能[J].华东公路,1994,(02).

[7]王晓初,朱浮声,王奕鹏.SBS改性沥青混合料低温性能试验研究[J].低温建筑技术,2004,(05). [8]袁建.沥青混合料低温性能评价指标研究[J].山西建筑,2005,(05).