沈吉高速路面车辙维修方案研究

吕华强

（辽宁省高速公路运营管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

沈吉高速路面车辙维修方案研究

吕华强

（辽宁省高速公路运营管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

本文依据沈吉高速公路 （草市至南杂木段）交通量情况，分析了路面车辙病害产生的原因、发展规律，建立了基于粘弹性材料变形发展趋势及此高速的历史实测数据的车辙发展模型，最后得到了全寿命周期成本最优的路面维修时机及维修方案。

粘弹性；车辙模型；现场热再生

1 概述

1.1 原路设计情况

珲乌高速公路沈阳～吉林联络线抚顺草市（辽吉界）至南杂木段 （本文简称为沈吉高速草南段）于2010年通车，全长约84.153公里。路基标准横断面布置为：土路肩2×0.75m；硬路肩2×3.0m； 行车道 2×7.50m， 路缘带 2×0.75m， 中央分隔带2.00m，路面横坡均为2%，土路肩横坡为4%。

主线路面结构为：

上面层：3.5cm沥青玛蹄脂碎石 （SMA—13L）；

中面层：6cm中粒式沥青混凝土 （LAC—20）；

下面层：8cm粗粒式沥青混凝土 （LAC—25）；

基层：20cm厂拌水泥稳定碎石；

底基层：20cm厂拌水泥稳定砂砾掺破碎砾石；

垫层：15cm级配砂砾。

总厚度为73cm。

交通量的增长率：2008年～2013年为11.29%，2013年～2018年为 8.61%，2018年～2023年为6.60%，2023年～2028年为4.63%。轴载换算时车道系数取为0.45，最终得到设计年限内单车道上以弯沉为指标的累计轴载作用次数Ne为1176万次，对于半刚性基层，其弯拉指标的当量轴载作用次数为857万次，路表设计弯沉值取为0.231mm。

1.2 历史维修情况

本高速自通车以来，路况一致较好，无龟裂、纵向裂缝、剥落等病害发生。但由于沥青混合料本身固有性质，其变形一致持续发展。2015年，为保证行车安全，对车辙深度大于1.0cm的路段，采用微表处进行加铺处理。

1.3 研究的意义

路面车辙发展与交通量、道路纵断面几何指标、原路面结构层厚度及原路施工水平等因素密切相关，因此建立通用的车辙发展模型具有很大的难度。车辙发展到一定程度，会危及行车安全，需要进行维修处理。而合理的维修时机与车辙发展趋势密切相关，因此需对其每条具体道路的车辙发展模型进行研究。

2 交通量调查数据与分析

此高速2014～2016年区间交通量情况见表1。由于2014年京哈高速 （沈阳～四平）段进行改扩建工程，本高速属于分流高速公路，因此其交通量大于其后两年。

表1 2014～2016年区间交通量一览表

依据2017年沈吉高速 （草南段）道路综合检测数据，其主要检测指标如表2。依据其主要病害车辙计算的RDI见图1及图2。

表2 沈吉高速 （草南段）路面技术状况水平

图1 沈吉高速 （草南段）上行行车道RDI分布图

图2 沈吉高速 （草南段）下行行车道RDI分布图

通过检测指标可看出沈吉高速 （草南段）总体路面性能良好，但车辙检测指标偏低，需要采用合理措施进行养护维修。

3 车辙发展模型的建立

沥青结构层抗剪能力不足以抵抗其所承受的荷载就会引起的变形破坏。而沥青混合料属于粘弹性材料，其变形的发展规律与其它同类型的材料的发展规律相同。一般会按图3中的曲线模型进行演变。

图3 粘弹性材料变形发展曲线

从图3中可看出，粘弹性材料变形发展共分为三个阶段：其中压密阶段属于沥青路面设计方法及设计理论中应该出现的变形。沥青混合料一般设计空隙率为3～4%，而施工现场要求的压实度一般为98% （97%），这样施工完成后沥青路面中的空隙率较设计中要高出约2%左右。高出的空隙率在道路投入使用后，在行车左右下，会逐渐降低。一般来说，经过多年的形成碾压，此部分压密变形约为沥青层厚度的1～2%。而变形稳定阶段，变形的发展与荷载作用次数基本成线性关系，此线性的斜率取决于道路交通量、道路的纵向几何尺寸、道路材料、沥青层厚度等多个因素。当荷载作用到一定次数后，其变形即可达到最后的失稳阶段，沥青路面发生结构性破坏。从其整个变形曲线来看，沥青材料的变形不存在稳定阶段，这与软土地基、黄土地基等变形的发展规律截然不同。

综上所述，沥青路面的车辙发展，每条路应该有其固有的模型，不同道路之间的通用性较差。为建立本高速的车辙发展模型，自2013年以来，对其车辙进行了现场测量。部分典型路段的检测结果见表3所示。

表3 沈吉高速 （草南段）路面车辙检测结果

根据其检测数据，对其车辙按通车年限进行了统计分析，并依据粘弹性材料变形发展曲线模型，采用公式1的三次函数对其进行了拟合分析。具体结果见图3。

从公式1可看出，其相关系数可达99.52%，说明拟合数据与实际测量得到的数据相关性非常好，可用于本高速的车辙预测。

因为本高速于2010年通车，所以其通车起始年，即图4中的第0年为2010年。通车8年后，也就是2018年，虽然此高速整体RDI评价仍然可达到良好的水平，但其已非常接近于下限。并且从其车辙发展曲线来看，2018年后，其车辙将会进入快速发展时期，如果2018年不对其进行维修处理，2019年此高速整体RDI评价预计为中，且车辙平均深度将会达到1.0cm以上，对雨天车辆行驶会造成极大的安全隐患。

图4 沈吉高速 （草南段）车辙发展模型

4 维修方案

4.1 维修时机

依据沈吉高速 （草南段）车辙发展模型，2018年也就是其通车8年后，此高速RDI将达到良好的下限，2019年将处于中的水平，且2018年后其车辙发展开始出现加速的趋势，因此，应在2018年对其进行维修。

同时，为了调查此高速车辙发生的层位，对其车辙处进行了取芯分析。从取芯结果来看，车辙深度处于1.0cm左右时，变形基本发生在上面层，上面层变形能占到总变形的85%以上。本高速目前不存在车辙深度大于2.0cm的路段，因此，可认为全线病害类型及发展层位基本一致。

4.2 维修必要性

根据目前国内外的研究成果，如果车辙深度大于1.0cm以后，由于行车渠化更加显著，车辙位置处承受的荷载作用概率显著增加，因此会出现车辙发展加速的趋势。另外，更根据降雨后水膜厚度与车辆打滑车速的分析结果，当车辙深度大于1.0cm时，车辆行驶速度降低到50Km/h以下时，车辆发生侧滑的概率才显著降低，而高速公路车辆行驶的低速限制一般为60Km/h，这样部分司机因担心摄像头的违法记录，而不愿意降低车速，因此加大了车辆发生打滑侧移的概率。

4.3 维修方案

通过钻芯取样的分析结果可看出，此高速车辙主要发生在表面层。从室内筛分试验的结果可看出，发生病害的原因主要是上面层级配偏差较大及沥青老化。综合环保及资源的有效利用，同时参考辽宁省以往类似病害的维修成功经验，本高速的车辙宜采用现场热再生方式进行维修。热再生的深度为4cm （覆盖整个病害结构层），宽度为4m （覆盖整个病害车道）。施工时，加入的新料出厂温度应在175℃～180℃，再生混合料的摊铺温度宜在130℃～140℃；初压温度不低于120℃，终压温度不低于90℃。

维修后，此高速车辙发展曲线见图5。

图5 沈吉高速 （草南段）车辙发展模型

从图5可看出，2018年对此高速维修后，其车辙将恢复到优秀水平，且在沥青路面设计使用年限内，车辙不会成为主要病害，不会再因为车辙的原因对其进行维修处理。

5 结论

本文依据实测的道路车辙历史数据，建立了粘弹性体系下的车辙发展模型。基于车辙发展模型，提出了沈吉高速 （草南段）车辙合理维修时机、维修方案。

［1］中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面再生技术规范：JTG F41-2008［S］.北京：人民交通出版社，2008.

Study on Shen-Ji highway Rut Maintenance Program

LU Hua-qiang

On the basis of Shen-Ji highway （Cao-Shi to Nanzamu section） traffic volume,the article analyzes the causes and development of rut on pavement of deformation.It is established the trend of development of the high speed data history of rutting development model based on viscoelastic materials.Finally,it is obtained the pavement maintenance time and maintenance project life cycle cost of the best.

viscoelasticity,rutting model,field thermal regeneration

U418.6

A

1008-3812（2017）06-005-04

2017-10-23

吕华强 （1985— ），男，辽宁沈阳人，工程师。研究方向：道路养护。