沥青混凝土路面车道转弯处病害防治措施研究

彭 霞



沥青混凝土路面车道转弯处病害防治措施研究

彭 霞1,2

(1.郴州市建设工程质量安全监督管理站, 湖南 郴州, 423000; 2.中南大学 土木工程学院, 湖南 长沙, 410075)

以某沥青混凝土路面道路交叉口转弯处的病害为例, 分析了道路转弯处沥青混凝土路面破损的各种原因. 通过对实际发生问题的研究, 认为通过采取一些相应的措施可以预防和减少沥青混凝土路面车道转弯处的损坏. 主要措施有: 处治上应从改善车道转弯处路面结构入手, 采用抗剪强度高的路面结构, 提高抗变形能力; 加强施工管理, 确保路面施工质量; 对通过交叉口附近的车辆进行限载、限速.

沥青路面; 转弯处; 病害; 防治措施

车道转弯处病害表现多样, 主要表现形式为车辙和波浪现象, 这将影响道路的行车质量和行车安全. 病害发生后，雨水容易渗入路面, 导致路面病害(如: 大面积的裂缝、坑槽等)的进一步发展, 从而降低道路的使用性能和使用寿命.

车辆频繁刹车、启动和转向是道路病害产生的主要原因. 沥青路面在车轮水平荷载和垂直荷载综合作用下会导致路面结构层内产生的剪应力超过材料本身的抗剪强度, 或在车辆循环荷载作用下产生剪切疲劳, 使路面材料剪切塑性变形不断累积[1], 从而使路面产生病害. 此外, 交通量大、重型车辆多和气温过高且持续时间长也是造成病害的重要原因.

1 工程实例

某沥青混凝土路面摊铺通车后, 在其道路转弯处路面出现不同程度的破损. 经现场踏勘, 该段道路分别在道路车道转弯处A、B、C、D四个区域存在破损现象(图1), 而直行路段沥青路面完好.

经现场踏勘与调查, 某公司运输车辆进厂行车路线为从A区右转直行后经B区掉头进入C区, 即车辆出入口右转. 出厂行车路线为从C区右转经D区左转, 交通组织见图1箭头所示. 该公司运输车辆载重较大, 总重量一般在60～100 t.

图1 破损区域示意图

图2 A区沥青路面刹车平移痕迹

通过现场破损痕迹情况分析, 车辆荷载较大, 而转弯半径较小, A区右转半径为100 m左右, B区掉头半径不超过50 m. 因道路周边状况较好, 车辆速度一般较快, 这可从A区刹车痕迹推断得出(图2).

综合现场情况, 破损情况主要出现在道路转弯处, 其主要原因应是车辆转弯时与地面接触处的剪切荷载较大, 沥青路面产生较大剪切应力, 导致路面材料骨料破碎及粘结材料破坏(图3).

图3 B区沥青路面破坏情况

2 病害现象分析

目前我国道路破损可分为3个阶段[2]: 一阶段是路面结构在整体抗力足够的前提下发生了影响路面使用性能的损坏, 称为初期损坏; 二阶段是路面结构在重复荷载作用下发生因路面抗力不足导致的疲劳破坏, 称为早期损坏; 三阶段是超过道路服务年限后出现的损坏, 称为正常损坏.

该道路转弯处的骨料破碎和粘结材料破坏引起的路面破损现象可归为初期损坏[3]. 该损坏会显著地降低沥青混凝土路面的整体强度和稳定性, 路面将出现松散、脱皮、坑洞、车辙以及裂缝等破损现象.

如果路面的破损没有及时地修补, 雨水容易渗入到沥青路面内部, 然后滞留在表面层的下部和路面下层的交界处. 在长期的行车荷载作用下, 使沥青膜从面层的底部开始剥落并逐渐向上扩展, 最后造成沥青混凝土骨料上的沥青剥落, 沥青混凝土路面失去强度, 从而产生网裂和形变[4]. 网裂和形变在行车荷载作用下, 特别是降雨过程中和雨后, 将会逐渐松散, 松散的石料又会被车轮甩出形成坑洞. 随着时间的推移, 将会造成大面积的路面破损.

3 病害原因分析

施工因素. 该路面层施工时, 将设计的AC-13沥青混凝土改为了AC-10沥青混凝土, 降低了路面面层的整体强度, 特别是抗剪强度. 抗剪强度不足是产生这一现象的重要原因.

荷载因素. 该道路在转弯处的荷载主要来自2个方面: 一是车辆整体荷载较重(60～100 t), 产生很大的垂直荷载; 二是转弯半径过小, 而转弯速度又较快, 根据车辆转弯时所需向心力可知路面将承受较大的水平荷载.

按照一般研究, 沥青混凝土路面剪切强度较小, 在较大的垂直、水平荷载作用之下, 路面上面层在轮迹范围内的剪应力很大[1], 会超过沥青本身的抗剪强度, 使骨料破碎、粘结破坏, 进而导致沥青混凝土面层破损.

其他因素. 路面养护时间不够, 开放交通过早, 造成沥青混合料的强度及抗车辆剪切和车辙能力减弱. 另外, 在交叉口和转弯处, 由于车辆频繁地处于启动和加速状态, 加速了对路面的破坏.

4 防治措施

提高抗剪强度. 转弯处路面材料改用承载能力尤其是剪切强度更好的水泥混凝土, 同时加强道路的施工养护. 该道路转弯处出现路面破损的主要原因是路面抗剪强度的不足, 采用抗剪强度更好的水泥混凝土可以从根本上解决这一问题[5].

降低荷载作用. 针对产生问题的实际情况, 采用综合措施解决这一问题. ①限载. 限制进入该道路车辆的荷载吨位, 使道路的垂直荷载小于其设计承载能力. ②限速. 车辆转弯所需的向心力与转弯速度的平方成正比, 而向心力由路面提供, 因此, 可大大降低车辆转弯时施加给路面的水平剪切力. 设置减速挡板或其它交通设施以降低车辆速度. ③增大转弯半径. 在交叉处增加相关交通标志, 加强对车辆的引导. 建议从车辆出入口, 即C区直接设置转弯车道, 拆除中间分隔带, 车辆出入均通过中间分隔带行驶, 形成大半径转弯车道. 车辆转弯所需向心力与转弯半径成反比, 故增大转弯半径可有效降低车辆转弯时给路面的水平剪切力.

5 结论

以某道路转弯处出现的病害为对象, 分析了沥青路面转弯处常见的病害类型及病害形成原因, 提出了具体的防治措施. 主要结论如下:

道路转弯处的初期破损不容忽视, 一旦发生而不及时处理, 会造成大面积的路面破损.

采用限载、限速及增大转弯半径等方法, 尽可能地降低车辆转弯时对路面产生的水平和垂直荷载, 以延长转弯处路面的寿命.

由于在道路转弯处, 路面会承受较大的水平和垂直剪切力的共同作用, 要求路面有足够的抗剪强度, 因此设计时应优先考虑抗剪强度高的路面类型, 并且应提高路面上面层的抗剪强度, 采用剪切模量大的路面材料.

[1] 于玲, 钟右鹏, 包龙生, 等. 交叉路口沥青路面变形病害机理分析[J]. 沈阳建筑大学学报, 2010, 26(4): 709-715.

[2] 沈金安, 李福普, 陈景. 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004: 221-234.

[3] 钟永强, 顾春燕, 刘陂. 城市沥青路面病害成因分析及防治对策[J]. 城市道桥与防洪, 2008(11): 27-29.

[4] 孙立军, 张宏超, 刘黎萍,等. 沥青路面初期损坏特点和机理分析——重交通沥青路设计方法之一[J]. 同济大学学报, 2002, 30(4): 416-421.

[5] 赵佳军, 黄志福. 高速公路沥青路面病害处治[J]. 华东公路, 2000(4): 5-9.

Asphalt concrete pavement lane corner damage prevention measures research

PENG Xia

(1. Chenzhou Construction Engineering Quality and Security Administration, Chenzhou 423000, China; 2.School of Civil Engineering of Central South University, Changsha 410075, China)

As an example of the damage of an asphalt concrete pavement at the intersection, the reasons of damage were researched at the turn corner. The experimental results shows that it need enhance the shear strength of the pavement structure, and improve resistance to deformation at the intersection of the roads. While it also need strengthen construction management. In addition, vehicles near the intersection shoud be load limit and speed limit. The engineering practices show that the damage of the asphalt concrete pavement lane corner can be prevented and reduced.

asphalt pavement; corner; damage; prevention and control measures

U 418.6

1672-6146(2012)04-0058-03

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.04.012

2012-08-07

彭霞(1982-), 女, 工程师, 主要研究方向: 工程检测与监督. E-mail: 11082321@qq.com

(责任编校: 江 河)