某瀝青路面洗車后車輛荷載下的車輛平衡試驗(yàn)研究

某瀝青路面洗車后車輛荷載下的車輛平衡試驗(yàn)研究

高速公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)為4cm自適應(yīng)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(yán)重,加上設(shè)計(jì)不足和施工工期緊等原因,尤其是水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的作用,通車后三年瀝青路面就出現(xiàn)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(yán)重的病害之一,主要出現(xiàn)在行車道。連續(xù)出現(xiàn)搓板的路段最長達(dá)到4100m,整個(gè)路段每隔3m左右就出現(xiàn)一處凹陷,一平一凹相互交錯(cuò),并伴有唧泥現(xiàn)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(jī)件,而且增加了車輛對(duì)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(xiàn)象一般產(chǎn)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(qiáng)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(xiàn)場調(diào)查檢測和室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)瀝青路面搓板產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)瀝青路面搓板是由于水、基層和車輛動(dòng)態(tài)作用等各種因素綜合作用引起的。1拉拔試驗(yàn)結(jié)果在行車道搓板凹陷處進(jìn)行切塊取樣,取樣過程中發(fā)現(xiàn)集料松動(dòng),路面結(jié)合料失去粘結(jié)力。切塊取出后發(fā)現(xiàn),基層在對(duì)應(yīng)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(xiàn)場鉆芯取樣,發(fā)現(xiàn)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(duì)應(yīng)凹陷處取出基層芯樣厚度及抗壓強(qiáng)度見表1,承載板試驗(yàn)測得的路基回彈模量及路表彎沉等試驗(yàn)結(jié)果見表2。從凹陷處取出的搓板塊狀試件可明顯發(fā)現(xiàn),瀝青面層整體下陷,對(duì)搓板切塊沿行車道方向表面及各層界面豎向變形進(jìn)行測量,結(jié)果見表3及圖1。2凹陷處的基層采動(dòng)水壓力出現(xiàn)附加裂縫1)施工工期緊、任務(wù)重、氣溫低,瀝青混合料沒能充分壓實(shí),現(xiàn)場取樣結(jié)果顯示現(xiàn)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(guān)。根據(jù)伯努力定理,動(dòng)水壓力與車速平方成正比,當(dāng)車速為100km/h時(shí)動(dòng)力學(xué)水壓力達(dá)到3m多高的水頭。在行車荷載的作用下,產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)基層表面產(chǎn)生垂直的、在裂縫深度范圍內(nèi)水平的重復(fù)沖刷和抽吸作用,基層材料被擠壓、沖刷,沖刷的細(xì)小顆粒在動(dòng)水壓力的作用下,沿瀝青混合料的空隙向上流動(dòng),形成唧漿,隨著泛漿的發(fā)展,基層結(jié)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(dǎo)致瀝青面層開裂,水侵入路面的途徑更加暢通使泛漿現(xiàn)象更加惡化,沉陷也隨之進(jìn)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(diǎn)。隨著時(shí)間的推移,裂縫處的基層細(xì)顆粒不斷被沖刷出路面結(jié)構(gòu),裂縫處被掏空,瀝青層下陷,形成“凹”形。在動(dòng)水壓力的重復(fù)作用下,瀝青成層的抗疲勞性能下降,導(dǎo)致下面層在車輛荷載的重復(fù)作用下出現(xiàn)疲勞破壞。如果底基層和基層裂縫較多時(shí),將加速這種破壞。瀝青層下沉后,當(dāng)汽車經(jīng)過凹陷處,行駛中的車輪會(huì)對(duì)凹陷邊緣的瀝青混合料產(chǎn)生擠壓,使其沿縱向移動(dòng),加上“凹”形的相對(duì)向下運(yùn)動(dòng),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(xiàn)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(shí)了搓板的形成是路表凹陷處基層出現(xiàn)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(xiàn)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(shí)增加了水泥劑量,加上工期緊,養(yǎng)生不當(dāng),導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生了較密的裂縫,凹陷處基層產(chǎn)生了裂縫。該路段基層裂縫多,而很少在面層出現(xiàn)反射裂縫,主要是由于中、下面層瀝青混合料未壓實(shí),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(yīng)力集中現(xiàn)象,所以在上面層很少出現(xiàn)反射裂縫。3)搓板現(xiàn)象形成的動(dòng)態(tài)分析。當(dāng)路表出現(xiàn)明顯的凹陷時(shí),汽車駛過坑槽將對(duì)路面產(chǎn)生附加壓力,當(dāng)車型一定時(shí)附加壓力出現(xiàn)的頻率與車速成反比,車速越小,出現(xiàn)的頻率越大即兩個(gè)最大附加力之間的距離越短。附加應(yīng)力的大小與凹陷平面范圍和深度大小有關(guān),尤其與凹陷深度關(guān)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(gè)微小凹陷在汽車荷載作用下,也會(huì)逐漸發(fā)展成搓板路面。當(dāng)凹陷平面尺寸一定時(shí),附加壓力在某一車速范圍內(nèi)較大,即存在產(chǎn)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(dāng)汽車速度和凹陷范圍一定時(shí),汽車后輪行駛至凹陷底部附近時(shí)將產(chǎn)生較大的附加力,且凹陷越深,產(chǎn)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(chǎn)生一次最大附加壓力。路肩和超車道因重載車作用次數(shù)較少,基本沒有出現(xiàn)搓板現(xiàn)象,這也說明搓板現(xiàn)象的出現(xiàn)離不開車輛的作用,它是各種因素綜合作用的結(jié)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(xiàn),主要是由于水滲入基層表面,由于基層施工質(zhì)量不好,裂縫比較多,水進(jìn)入基層的裂縫處,在行車荷載作用下,產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)裂縫進(jìn)行重復(fù)的沖刷