關于車轍病害的一點分析

摘 要 瀝青路面柔性鋪裝的車轍由車輛荷載反復碾壓形成，它起因于瀝青混合料的粘滯流動、土基與基層的變形，并包括一定程度的壓實作用和材料磨耗。半剛性基層瀝青路面的車轍主要來源于瀝青混合料的粘滯流動和一定程度的壓實作用。

關鍵詞 車轍；成因；材料；瀝青；病害

1. 瀝青路面的車轍

目前，國內外根據車轍產生的原因將瀝青路面的車轍普遍分為四種：結構性車轍；動性車轍；磨損性車轍；壓實性車轍。

（1）結構性車轍。結構性車轍是由于道路行車荷載作用超過路面各層的強度，瀝青面層以下包括路基在內的各結構層產生的永久變形。這種車轍的寬度比較大，兩側沒有隆起現象，橫斷面呈淺盆狀的凹形。

（2）流動性車轍。流動性車轍也叫失穩性車轍，即路面在高溫條件下，車輪荷載反復碾壓產生的剪應力超過瀝青混合料的抗剪強度，使流動變形不斷積累形成。這種車轍在車輪荷載的中心位置下產生下凹變形，而且路面材料從荷載擠壓下“流向”車轍兩側，并向上隆起，使車轍斷面呈W形。

（3）磨損性車轍。磨損性車轍是路面面層在帶釘輪胎或者帶鏈輪胎的磨耗下形成的車轍。這種車轍只發生在路面表面，具體表現為路面面層材料的剝落或者磨損。

（4）壓實性車轍。壓實性車轍是路面在鋪筑過程中由于壓實不足，致使道路開放交通后，在車輛荷載的反復碾壓下，空隙率不斷減小，產生壓密變形而形成的車轍。這種車轍兩側沒有隆起，只有下凹，而且它的車轍深度在路面達到極限殘余空隙率后趨于穩定。

2. 形成車轍的原因

2.1 內在成因

2.1.1 結構問題 通過分析車轍損壞后的路面橫斷面形狀，可以推測路面的變形主要是由哪一結構層引起的。利用橫斷面形狀來判定車轍的來源的基本假設是：路面的壓密變形存在于路面結構的每一層，表現為各層在豎直方向上的凹陷。該理論根據路面表面車轍的形狀尺寸來判別車轍損壞可能是由于路面哪一結構層引起的。我國多采用半剛性基層，半剛性基層厚度一般在10cm～20cm。從力學計算上可以得知，質量達到要求的半剛性基層和半剛性底基層是不會產生壓縮永久形變的。基層下面的土基頂面的壓應力很小，通常為0.01MPa，在如此小應力下的土基實際上工作在彈性變形階段，是不會產生永久變形的，因此可以認為，在我國，瀝青路面的永久變形是由瀝青面層產生的。

2.1.2 材料問題

2.1.2.1 集料 集料對混合料車轍性能影響最大的要素之一是級配。密實級配有利于減輕混合料車轍損壞，在充分壓實的情況下，相比開級配或斷級配混合料，密實連續級配混合料擁有較小的空隙率且粒料間的接觸點也更多；在高溫條件下，混合料中石料間的嵌擠情況對車轍發展有一定的影響，間斷級配瀝青混合料更易于發生車轍損壞。集料的表面紋理也會影響到混合料的抗車轍性能，尤其對于較厚的瀝青層和高溫氣候區，需要使用表面粗糙的石料。提高集料最大粒徑（大約為層厚的2/3左右）對降低混合料車轍損壞有較好的效果。

2.1.2.2 瀝青 路瀝青混合料的勁度主要受瀝青勁度的影響。而瀝青作為一種力學特性嚴重依賴溫度及荷載大小、頻率的粘彈性材料，其性能又受到外在的環境因素如荷載及氣候因素的影響。許多學者都認為粘度低的瀝青使得混合料勁度下降而易于發生永久變形損壞；并建議在炎熱地區或厚的瀝青混凝土路面使用粘度較大的瀝青。

2.1.2.3 混合料 總體上來說，壓實后的混合料的流變性質與溫度的關系大致可以用下圖反映：

一般地，設計者趨向于根據道路所在地氣候條件來設計瀝青混合料。在國內，混合料類型和原材料的選用經常會依據當地的工程經驗來確定。將混合料的力學響應特性與使用地的氣候條件參數建立量化關系是道路瀝青混合料設計（尤其瀝青等級選擇）的發展趨勢。強調現場壓實的重要性，混合料的現場壓實度是控制施工質量的主要參數之一，正確的壓實操作將進一步提高瀝青混合料的路用性能。

2.2 外在成因

2.2.1 交通荷載 交通荷載引起的路面結構的應力應變狀態的變化是影響車轍產生和發展的重要因素。當壓實混合料所承受的剪切力超過本身的抗剪強度時，混合料開始發生剪切破壞，而路面材料一旦確定，路面內部的應力狀態則很大程度上受交通荷載的控制。此外，高等級公路的交通渠化進一步加速了路面車轍的發展。 通過輪轍試驗結果，總結出下面的關系式：

2.2.2 自然環境因素 自然環境因素影響主要是高溫影響，高溫是引發路面車轍產生的另一個重要外因，這是由瀝青混合料的力學性質依賴溫度的本質——瀝青混合料從低溫到高溫依次表現出固體到液體的性質所決定的。國外有研究者通過大量的室內車轍試驗數據建立了溫度、荷載等效模型，認為溫度的升高和荷載作用的增加對車轍的貢獻在數量上存在等效的轉換關系。瀝青混合料其本質上是一種溫度敏感性的粘彈性體，在低溫瞬時荷載的作用下，表現為彈性體，其應力-應變關系近似呈線性；在高溫長期荷載作用下，表現出明顯的粘性性質，其具體力學行為就是高溫蠕變和應力松弛現象。

3.結語

從長壽命路面結構出發，改善瀝青路面車轍病害影響可從以下幾個方面考慮：1）對瀝青面層設計時應采用高性能的瀝青混凝土，應具有足夠的抗車轍性能、抗表面開裂性能、抗滑性能、緩解水霧的影響并能減小噪聲，可以選擇骨架型密實結構的瀝青混合料，并采用優質瀝青或改性瀝青；2）對于基層，因基層主要起承受荷載的作用，必須同時具有耐久性和穩定性。此層是承受車輪荷載作用的高應力區，極易產生剪切損壞，因此，結構層須采用粗骨料的骨架結構，如水泥穩定基層，瀝青碎石灌入基層等；3）嚴禁超限超載車輛上路，因車輛荷載是引起車轍病害的主要因素，超限超載還會加劇車轍病害影響程度，造成更大的破壞，所以必須禁止上路。