高速公路路基沉陷的处理技术毕业论文.docx

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高速公路路基沉陷的处理技术毕业论文

毕业论文（设计）开题报告

高速公路路基沉陷的处理技术

学生姓名

专业班级

指导教师

职称

选题U的及意义

提出预防和治理高速公路路基沉陷的处理描施，在设计、施丄、养护各个环节减少道路病害，增加高速公路路面的使用寿命。

主要内容、研究方法和思路

分析公路路基沉陷的主要原因，阐述预防措施及处理技术。

准备悄况（査阅过的相关文献资料及调研情况等）

[1]:

⑵：

[4]:

《高速公路沥青路面早期破坏现象及预防》.人民交通出版社，2001（5）.《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》•人民交通出版社，2000-10-10实施。

《沥青及沥青混合料路用性能》.人民交通出版社.1993.

《公路工程石料试验规范（JTJ054-94）》.人民交通出版社.1996.

《公路沥青路面施工技术规范（JTJ032-94）》•人民交通出版社.1994

总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）

3/5-3/14选定题U以及对开题报告的修改

3/15-4/1搜集论文资料

4/2-4/20修改论文

4/21-5/20提交论文

指导教师意见（研究的可行性、深度、广度、工作量、前期基础工作、存在的堆点和困难、建议等〉

指导教师签名:

摘要

本论文主要阐述了在行车荷载和环境因素作用下，沥青道路的行驶质量和服务能力逐渐下降，而车辙是沥青混凝上路面特有的一种破坏形式。

在我国，近儿年高速公路建设事业迅猛发展，在许多省区沥青路面均不同程度的出现了大面积的早期车徹破坏，车辙病害在沥青路面的病害中不仅占了很大比例，而且山于交通量与轴载的不断增加，车辙出现的越来越早，数量也越来越多，程度越来越严重。

车辙的存在不仅严重影响了路面的平整度，降低了行车质ft,影响行车安全，而且大大缩短了路面的使用寿命。

下面我就车辙从表现形式、形成机理以及影响因素方面做了详细的介绍，并在此基础上提出了预防和治理沥青路面车辙的措施，从而在设讣、施工、养护各个环节减少道路病害，增加高速公路路面的使用寿命。

关键词：

车辙；荷载；沥青混合料

Abstract:

Thisthesismainlyexpoundsandenvironmentalfactordrivingloadundertheactionofasphaltroad,drivingqualityandserviceabilitygraduallydeclined,andasphaltconcretepavementrutisakindofspecialdestroyingforms.InChina,thehighwayconstructionbusinessinrecentyearstherapiddevelopmentinmanyprovinces,alldifferentdegreesofasphaltpavementappearedearlyruttingdamage,largeinasphaltpavementrutdiseasesnotonlyconstituteahighproportion,andbecauseofthetrafficflowandincreasedaxialload,ruttingappearedearlierandearlier,andthenumberisincreasing,moreandmoreserious.Theexistenceofruttingnotonlyseriousimpactonthepavementflatness,reducedthedrivingquality,safety,andaffectgreatlyshortenedpavementusinglife.BelowIwillrutfrommanifestation,theformationmechanismandinfluencingfactorsaredescribedindetail,andproposedinthisfoundationthepreventionandcontrolmeasuresofasphaltpavement,thusintherutofdesign,construction,maintenanceeachlinkreduceroaddiseaseandincreasetheservicelifeofthehighwaypavement.Keywords:

rutloadAsphaltmixture

1路基沉陷

I」概念

2公路路基沉陷的原因分析

2・1客观因素

2.1.1公路地质地形自身的缺陷

2.1.2公路所在地气候的影响…

2.1.3填料的因素

2.2主观因索

2.2.1公路设计时存在的缺陷.…

2.2.2公路施工时存在的缺陷.…

223现行规范的不足

224荷载车辆的影响

3路基易发生沉陷病害的部位

3」路基填挖结合部

3.2冲沟填方段落

3・3地形低洼路基含水段落

4预防路基沉陷的措施

4J加强公路工程的勘査和设计管理

4.2重点抓好现场施工管理料

43妥善处理对高填方路堤及路堑…

5路基沉陷的处理措施

5」一般处理措施

5.2高填方路基的处理措施

5.2.1换填土法

5.2.2灌浆法

5.23±1：

格栅法

10

10

10

结束语

11

12

1车辙形成机理以及原因分析

车辙是沥青混凝土路面特有的一种破坏形式，它是在行车荷载重复作用以及气候（高温）等因素综合作用下产生的一种永久性变形，表现为沿行车轮迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧会有突起形变，造成路面使用性能更加恶化。

车辙始终是沥青混凝土路面的主要病害之一。

通过调査某省公路历年病害调査资料分析，大多高速公路均存在车辙病害不但分布较广，而且车辙严重，从试验、钻芯结果看沥青混凝土路面个结构层荀］存在着不同类型的变形，以中、上面层变形为主，尤其以中面层变形最为严重。

1.1路面结构不合理

现行设计规范认为粗粒径混合料比细粒径混合料的抗高温车辙性能强，仅要求层片大于最大公称粒径的2倍。

但是，在实际施工过程中粗粒径混合料离析严重，导致碾压难以密实，有时祺至将石料压碎。

如：

铜黄高速公路，査原竣工图发现面层结构为：

上面层采用4cin中粒式沥青混凝土（AC-161）、中面层采用4cm中粒式沥青混凝土（AC-201）、下面层采用ocm粗粒式沥青混凝（AC-251）。

此结构存在两个缺陷：

一是表层空隙率大，雨水易渗入并聚积在结构内。

二是各层集料最大粒径与层厚不匹配，满足不了2.35倍的关系，导致碾压效果不佳，使后续变形过大。

沥青材料在路面结构中片度越大，在行车荷载作用下永久变形的变形量越大，故路面结构片度既要有足够的承载能力，乂要有较好的抗车辙能力。

不同的路面结构类型和沥青混凝土面层耳度对车辙深浅的影响也不同。

对于柔性路面、沥青混凝土面层、柔性集料基层、底基层、上基性质、压实度和受力特点决定着车辙变形的大小。

一般来讲，控制土基的顶面位移和压实度对于提高柔性路面的抗车辙变形能力有决定性的意义。

对于半刚性路面，一般底基层和土基顶面是处于弹性工作阶段的，因此其车辙变形主要是曲沥青混凝土的压密和受到剪切应力的作用引起的。

对层间连续理想的三层式沥青面层而言，中面层通常是发生车辙变形的主要层位。

1.2面层级配不合理

现行设计规范强调中、上面层主要功能是防水，其次是抗高温车辙性能,导致中上面层都采用I型结构，有点其至提出中面层的空隙率应降低为2%"4%,实际上I型级配属于悬浮密实结构，内摩阻力小，抗高温车辙性能差,如果再将空隙率降低，则高温情况下自山沥青膨胀之后无处去，就会加剧高温形变。

另一方面，中面层设计虽为中粒式沥青混凝土（AC-201）和粗粒式沥青混凝土（AC-25I），但从对中面层混合料抽提试验结果看施工配合比级配偏细。

吊外，沥青混合料配合比、基层材料配合比以及路基土壤组成等设计，都可能影响车辙的产生。

施工时路基的压实度、排水性能、基层压实度、路面热稳定性等是否达到规范要求也会影响车辙的产生。

1.3层间结合处理不当

从现场取芯发现，基层与面层间没有透层油参入的痕迹，在取芯过程中,很难取出基层和面层连在一起的整体芯，而是两者分开的，这反映了基层与面层间的粘结强度很低，故在陡坡地段发生推移现象是必然的。

1.4交通荷载考虑不周

在高速公路的交通构成中，重型卡车数量较多，而且行车速度慢。

调查发现，大型货车中轴载超过标准轴载lot的比例为37%-46%,平均为40.6%,超过国际上最大标准轴载13t的比例为24%-28%,平均为25.7%,有2%-4%的械至超过了18t,可见超重载现象非常严重。

经分析，轴载从lot依次增加到13t、15t、18t»剪应力高值的分布范圉从面层下3-7cni、3-8cni、3-9cm,剪应力的最大值位置从4cni依次增加到4cni、5cm.5cni。

说明随着轴载的增加，剪应力高值的分布范H山表面层向中面层转移，使产生失稳性车辙的深度增加。

因此，承受重载慢速交通要求沥青混凝土有较好的抗车辙能力。

但是，U前高速公路设汁中没有详细考虑此因素。

1.5没有考虑纵坡的影响

大量的车辙调査发现，高速公路沥青路面车辙严重的路段均发生在陡坡路段，我们调査超重载货车在陡坡段的速度一般为20km/h,根据沥青材料的温度时间换算法则，长时间承受荷载与高温条件是等效的，而且时间是累积的。

车辆如果以lOOkm/h速度行驶，对路面沥青层的作用时间约为0.02s,如果行驶速度是lOOkm/h,对路面沥青层的作用时间约为0.1S,即以20kin/h速度行驶产生的形变相当于以lOOkm/h速度行驶0遍所产生的形变。

所以，对于具有粘弹塑形的沥青混合料，纵坡越大，除了因为应力增加和作用深度而增加车辙外，还因为行车速度慢和应力作用时间长而更容易加重车辙。

因此，用于陡坡路段上的沥青混凝土需要有较大的抗车辙能力。

1.6温度的影响

荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，路面车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下蠕变的过程。

温度越高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力就越小。

通过调查发现高速公路车辙的产生一般发生在每年的7、8月份中，尤其是出去连续高温天气时，车辙很容易出现。

有关研究表明：

路表下4-9cni处的温度最高，这一区域正好位于中面层，且表面高温很容易与大气发生热交换，高温持续时间短，而沥青混合料的导热系数小，内部高温不易与大气发生热交换，内部的高温持续时间长，对于具有粘弹塑性的沥青混合料，其形变与高温持续时间成正比，因此中面层更容易发生车辙。

1.7材料把关不严

U前大部分高速公路对沥青的选择是比较注重的，大多选用优质进口沥青，上面层采用改性沥青，但是忽视了砂石料的影响。

砂石料基本上III当地群众自发组织的小料厂生产，产量低、规格少、质量差。

而高速公路建设速度快，用量大，形成明显的反差。

真正用于高速公路面层的砂、石料并非全部合格品，更谈不上优质品。

有的砂石料含泥量和风化料远远超标，根据施工现场调査，有的高速公路用于面层的粗集料含泥量在1.5%-2.0%,扁平颗粒占30%-80%,有的风化严重，有的粗集料在饱水的悄况下能成团。

从沥青面层钻芯取样和病害开挖的结果来看，面层结构的粗集料的压碎值达不到规定要求，有些粗集料可以看见明显的裂痕，在行车荷载和环境等因素的反复作用下被压碎，而使得粗集料强度偏低。

粗集料中含有风化石和通水易崩解的红砂岩，在结构层中可以观察到成快点红粘土的存在以及较多的细长扁平软质集料的存在。

对于沥青混合料的填料应釆用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石经磨细得到的矿粉，拌和机回收的矿粉按规范可用作填料的一部分，但用量不能超过总量的50%,且不得含有杂质，掺有回收矿粉的填料的塑形指数不得大于4%等要求，回收矿粉最大的隐患就好似本身含泥量过高，必将影响沥青与集料的粘结。

此外对于附着在粗集料上的小于0.075mm的颗粒部分用常规的干筛是不可能筛干净的，有时在0.6-2.36mm细集料中用水洗法测定的小于0.075mm颗粒含量竟高达10.2%-11.7%,这无形中增加了矿粉的用量，由于矿粉偏多，沥青被矿粉吸走造成沥青用量偏低，就很容易造成沥青路面早期松散剥落，最终发展成为车辙等病害。

仁8沥青的影响

沥青混合料在高温下抵抗反复压缩及侧向流动的能力首先取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，同时沥青结合料则起到阻碍混合料发生剪切变形的牵制作用，因而两者都是十分重要的。

尤其是对许多密实型连续级配沥青混凝土来说，粗集料是呈悬浮结构状态，相互嵌挤作用相当有限,

这时沥青结合料的高温劲度就起到更为重要的作用.

2车辙分类

根据调査结果可以看出，高速公路的车辙类型主要有三大类，即失稳型车辙、压密型车辙和磨耗型车辙

失稳型车辙。

是山沥青混合料高温稳定性不足引起，因路面结构层在车轮荷载的作用下内部材料的横向流动引起位移而形成的。

当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下沥青路面常会产生这种车辙。

压密型车辙。

是由于路面结构整体刚性不足，山于荷载作用下产生的永久变形积累造成的，这种变形主要山于路面基层、垫层的竖向永久压缩变形和土基的固结造成的。

磨耗型车辙。

是111于沥青路面表面层的材料受车轮磨擦和自然环境因素作用下持续不断损耗造成的。

2.1失稳型车辙

失稳型车辙主要是由于沥青混合料高温稳定性不足而造成的，常出现在沥青面层以内，在高速公路沥青面层中，中面层容易出现这种车辙。

高温时的车辙，主要是抗剪强度或塑形变形过剩造成的。

混合料的强度取决于混合料的内摩擦角和粘聚力。

2.1.1内摩擦角的影响因素

集料的颗粒形状和表面纹理。

沥青混合料的内摩擦角是由于集料与集料之间的嵌挤作用形成的。

W此，集料颗粒形状接近立方体，有多棱角易破碎,常会产生较大的内摩擦角。

集料表面纹理的构造深度和集料种类，对混合料的内摩擦角也有明显影响。

表面粗糙、构造深度大的集料具有较大的内摩擦角。

矿料的最大粒径。

不同矿质混合料的永久变形，随着矿料间隙率VMA的增大而增大。

沥青混合料的级配。

连续型级配，由于粗集料较少不能形成骨架，虽然具有较高的粘聚力但内摩擦角较低；连续型开级配，则因粗集料所占的比例较大，能够形成骨架，因此表现出较高的内摩擦角，但山于细集料较少，不足以填充粗集料之间的空隙而表现出脚底的粘聚力；间断型密级配，表现出粘聚力、内摩擦角均较高的性质。

2.1.2粘聚力的影响因素

沥青的针入度和粘度。

沥青的针入度越大，混合料的粘聚力越小，抗车辙能力越差：

沥青的粘度越高，沥青混合料抗车辙能力越强。

沥青的针入度相同，粘度可能有很大的差别，但都可表征其对沥青混合料抗车辙性能的影响。

沥青用量。

沥青在混合料中起着粘结作用，它将各种尺寸的矿料混合粘结在一起，经过压实后形成高强度的沥青混合料，分为结构沥青和自山沥青。

实际上并不是沥青用量越多，沥青混合料的粘结力就越大，沥青用量过多，在沥青混合料中将以自山沥青的形式存在，会降低粗集料的相互嵌挤作用而降低内摩擦角，从而降低了沥青与矿料的粘聚力，其结果会大幅度降低沥青混凝土的抗车辙能力。

而包裹矿料的沥青膜越薄，混合料的粘结力就越强。

沥青的感温性。

沥青的感温性是指沥青粘度随温度变化而变化的程度，用针入度指数来表示，PI越大，沥青的感温性越小，高温时沥青混合料的粘聚力越大，抗车辙能力就越强。

反之，沥青的感温性越大，高温时沥青混合料的粘结力就越小，沥青混合料的强度和抗车辙能力就越差。

因此，使用温度稳定性好的沥青是提高沥青混凝土温度稳定性和抗剪强度的重要措施。

沥青与矿料之间的粘附性。

沥青的粘附性不好，会降低沥青与矿料之间的粘结力，在夏季高温和车辆荷载的作用下，易产生永久变形。

2.2压密型车辙

结构型车辙i要是由于基层、垫层的竖向压密变形和土基的固结所致，这种变形通常会发生在施工后的两年内，当基层的附加压实作用很大时，轮迹处的路面山于基层、垫层及土基的压密和固结作用而出现车辙，这可以通过在路面行车道横断面上放置一把直尺来观察。

2.3磨耗型车辙

沥青路面形成车辙的另外一个原W是轮迹处过量磨耗。

磨耗的原因是多方面的，最常见的原W是沥青混合料中大颗粒集料粗糙度不够、缺乏韧性、带钉轮胎的磨耗、集料级配的空隙太大。

2.4路面结构对车辙的影响

路面车辙除与以上材料因素有关外，还与路面结构组合有关，相同的材料在不同的路面结构中表现不同的性质，沥青路面厚度与车辙的关系比较复杂。

有关室内试验表明：

当路基为砂土材料时，面层疗度对车辙影响很大，面层较薄时车辙较深，而且主要是山于路基的变形引起的；面层较疗时，路基变形很小或者是不产生变形。

当路基为刚性、半刚性等刚度较大的材料时，宜采用薄沥青面层，面层越厚车辙越深，面层越薄车辙越浅；而当路基和基层材料强度刚度较弱时，应当适当增加面层厚度，以减轻车辙深度。

在路面组合设计中，应选用合理的结构形式以减轻车辙的出现。

沥青混凝土面层的表面特性，直接由沥青表面层提供，如摩擦系数和表面构造深度等，同时表面层直接受环境因素和行车荷载的作用，因此，表面层应具备&好的强度和温度稳定性及不透水性，以保证路面的耐久性及抗变形能力。

由于上述对表面层的功能要求，需采用优质沥青的磨光值高、耐磨耗及抗压碎能力强的形状好的碎石以外，矿料级配组成起着至关重要的作用。

沥青混合料的高温稳定性能主要取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，而沥青混合料的低温稳定性能主要取决于沥青结合料的粘结能力。

从满足高温稳定性能角度出发，希望尽可能采用粗级配，增大集料粒径，减少沥青用量。

而从满足低温稳定性能来说，却希望尽可能采用较细级配的混合料，增加沥青用量。

所以二者是相互矛盾乂相互制约的，照顾某一性能，很可能就降低另一方面的的性能。

因此，沥青混合料的组成设计应根据当地的气候条件及交通悄况作具体分析，尽可能相互兼顾。

从理论上讲，理想的沥青混合料应有较多的粗集料形成骨架，增加粗集料的接触面，相互嵌挤，粗集料间的空隙山密级配的粘结性能良好的沥青胶砂填充且将粗集料牢固地粘合在一起。

另外，铺装层车辙是我国钢桥桥面铺装的主要病害类型。

在铺装层已产生病害的大桥中，有近80%的大桥其钢桥桥面铺装均产生了不同程度的车辙。

由于钢桥面铺装层在高温季节或长时间承受车辆荷载（包括交通量成倍增长、重载、超载、慢速行驶、渠化交通）作用下，铺装层沥青混合料的抗永久变形能力不足引起的。

桥面铺装层的车辙成因：

1铺装热稳定性不足，尤其在高温季节，在汽车反复荷载作用下，因混合料蠕变形成永久变形积累。

2地区温度过拓，长年高温季节过长及封闭式箱梁内部温度较高等引起粘结层和铺装层温度过商，特别是粘结层的温度升高会使其强度大幅度下降，抗剪切能力不足，在重载作用下，轮迹下面的铺装层会出现沉陷及其侧向隆起现象，长期累积形成车辙。

3预防沥青路面车辙的措施

车辙问题已经是影响道路交通安全舒适与质量的最主要病害，所以我们在选材、设计、施工、养护中要十分注意，可以从以下儿点防治。

3.1不同程度车辙的处理方法

行车道路面受横向推挤形成的横向波形车辙（深度大于2.5cm）,即失稳型车辙，如果已稳定，可将凸出的部分削除至原路面设计标高之后，根据悄况可采用以下处理措施.

（1）若车辙内存在有裂缝（面层失稳型车辙），则应该将车辙范H内行车道沥青面层全部铳刨至基层顶面。

若基层也有裂缝（基层或路基失稳性车辙），应先处理裂缝，然后分层铺筑沥青混合料并碾压、找平至原设计标高。

处理基层裂缝的常见措施为：

先用热沥青灌缝，然后铺设自粘式玻璃纤维格栅。

（2）若车辙内没有裂缝（压密型车辙），则在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青并填补沥青混合料并压实、找平至原设汁标高°

路面车道在高温季节因沥青面层软化后受车辆的作用侧向位移而形成的车辙（面层失稳性车辙），若面层有轻微变形，可以通过控制行车碾压使路面恢复平整，如改变标线的位置等。

车道表面因磨损过度而产生的车辙（磨耗型车辙），且伴有裂缝，应将出现车辙的路面铳刨成槽。

槽深应根据破损悄况而定，但至少不得小于原路面沥青混合料中集料最大粒径的1“2倍。

在槽底及槽壁均匀喷洒或涂刷一层粘结沥青，在将沥青混合料填入槽内，摊平碾压。

3.2选用合适的集料

选用适宜的集料及矿粉尽量采用人工破碎的砾石以减少卵（砾）石的用量，适当增加矿粉和粗集料用a,并选用坚硬、安定、表面粗糙、颗粒接近立方体、表面纹理较深、破碎的集料，限制扁平细长颗粒和粘土的含量。

选用卵（砾）石时，对于中、重交通道路上的沥青面层，必须先将大砾石破碎。

选用细集料时，除考虑岩质坚硬外，还应充分考虑其与沥青的粘附性,选用碱性集料。

在可能的情况下应采用破碎的人工砂，避免使用天然砂，不能避免时也应尽量减少用量；在沥青中掺加抗剥落剂，选用碱性石灰岩磨制而成的矿粉。

在对细集料的使用上应严格控制以下两点：

一是粉尘含量，碎石加工厂如果不配置除尘设备，石屑中的粉尘含量必然偏高，导致

合成级配曲线上0.075-0.6min出现驼峰曲线，降低抗高温车辙性能，因此施工中的石屑一定要除尘，并控制0.075mm的通过率。

二是砂当量，砂当量低，即含泥量必然降低混合料的抗高温车辙性能。

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驼峰曲线图

3.3合理的选择沥青品种以及控制沥青用*

提高沥青的粘度，要采用针入度小、粘度大的结合料，并采用SBS、SBR等改性剂提高沥青与集料的粘附性，严格控制沥青用量。

沥青类型应根据环境气候、交通条件等合理选用，尤其是气温高、渠化交通的道路应选用较粘稠的符合重交通沥青技术要求的优质沥青和改性沥青。

近儿年来，我国对国产稠油沥青在高等级公路工程中的应用进行了大量的研究及工程实践，表明用满足重交通石油沥青技术要求的稠油沥青铺筑高等级路面，其路用性能达到或®过进口沥青。

在沥青路面施工过程中，根据U标配合比设计的原则，认真进行目标配合比设计，经过生产配合比优化调整，确定最优的沥青用量，为保证生产的沥青混合料有足够的沥青用量，以提高沥青混凝土的抗水能力，建议缩小沥青用量允许误差的范H，将规范规定的允许误差0.3%缩小为0.2%-0.1%,并在施工控制过程中全程监控。

空隙率对沥青混凝上的耐久性和热稳定性均有影响，从而耐久性角度出

发，希望其空隙率尽可能减小，从热稳定性角度来讲，其空隙率乂不能太小,

当然空隙率较大对热稳定性也不利。

空隙率对沥青混合料的抗车辙性能有一

临界值，偏离这一临界值越多其抗车辙能力降低越大。

4%的空隙率最接近临界值。

马歇尔试验法决定沥青用量时，空隙率是一个关键的指标，同时乂

是一个不易控制的指标。

马歇尔试验时不仅要求尽可能测试准确，同时应综

合考虑矿料空隙率、沥青所占的空隙率和剩余空隙率的分配问题。

在施工时,保证沥青混凝土&好的压实，对改普沥青混凝土面层的抗变形能力是很有帮助的。

另外，沥青混凝土路面厚度对抗车辙性能也有