瀝青路面車轍損壞成因分析與防治對策

樂 瑜，江 建

(重慶市市政設計研究院)

1 瀝青路面車轍的形成及類型

(1)瀝青路面因施工碾壓不充分，以及瀝青路面在高溫下勁度下降迅速，使路面抗剪能力不足，導致礦料在輪載作用下產生滑移與位錯，混合料進一步被壓實，這是壓密過程。

(2)在高溫下瀝青變軟，瀝青勁度進一步下降，瀝青對網絡骨架的約束減小，使得礦質骨架的穩定性下降，從而產生失穩破壞，導致混合料產生重新組合與分布，引起瀝青及瀝青膠(砂)漿的自由流動，在受載處出現壓縮和側向錯位而形成槽轍，這是混合料產生自由流動的過程。

(3)若瀝青的軟化在礦料間產生滑移作用，細集料相對集中并產生剪切破壞，礦料將在荷載作用下沿礦料接觸面處產生滑動和擠壓，最終導致骨架作用的喪失和部分骨料的破碎，這是引起礦料的重分布和礦質骨架的破壞過程，這樣就使高溫變形得以產生，如推移、擁包、搓板和車轍等。

根據車轍的形成原因和過程特點，將瀝青路面的車轍分為結構性車轍、流動性車轍、磨耗磨損型車轍、壓密型車轍四種類型。在我國，多數瀝青路面修筑在半剛性基層上，且施工中對壓實度要求較高，基層強度及板體性好、變形小，除了某些基層施工不良的路段外，結構型車轍一般很小，而磨損性車轍在我國幾乎是沒有的。所以目前所見到的車轍基本上都屬于第二種類型，故目前討論最多的是失穩型車轍，即屬于瀝青混合料的流動性車轍。

2 產生車轍的主要因素分析

從車轍的形成過程來看，主要是高溫下瀝青面層因瀝青軟化而進一步密實，以及瀝青變軟對礦質骨架的約束作用降低而使得骨架失穩，表明瀝青對混合料的高溫性能十分重要。當然骨架的穩定性和細集料的多少也會影響車轍形成的進程。在道路的交叉口或變坡路段，此類高溫變形更易發生，這主要與較大的水平荷載作用下抗剪強度相對不足有關。影響瀝青路面車轍形成及其深度的主要因素有以下幾個方面。

(1)瀝青混合料。

我國現行的瀝青路面設計的主要依據指標是瀝青混合料的強度，其取決于混合料的粘結力和內摩擦角，受集料物理化學性質的影響;粘結力又取決于瀝青材料的化學結構、膠體結構、物理化學性質、稠度、瀝青膜的厚度、瀝青礦料比、瀝青與礦粉系的分散結構特征以及瀝青與礦料的相互作用，增加內摩擦角和礦料等顆粒間的嵌擠作用可以提高瀝青混合料的抗剪穩定性。

①材料性質。瀝青的粘度和瀝青與礦料之間的粘附性是影響瀝青混合料高溫穩定性的兩個因素;瀝青粘度越大，瀝青與礦料之間的粘附越好，那么混合料的高溫穩定性越好，因此要選用粘度大的瀝青和非酸性礦料以提高混合料的高溫穩定性和強度，以便產生較高的抗車轍能力;瀝青改性是一種提高瀝青高溫穩定性的有效手段，據佐治亞洲的加載車輪檢測結果證明，改性瀝青混合料同標準混合料相比車轍深度有明顯減少。

②礦物集料的表面紋理、料顆粒大小、形狀、級配、顆粒相互位置、礦料數量、可以影響混合料的孔隙結構，即孔隙的大小、形狀與連通閉合情況、瀝青用量狀況以及瀝青的用量和瀝青同集料的互相作用情況，因而可以對車轍的大小表現出不同的影響。采用潔凈堅硬的碎石，硬度大、棱角尖銳的砂以及高質量的礦粉對于抵抗永久性變形十分有利。在整個礦料混合料中對瀝青溫度穩定性影響最大的是礦粉，用石灰巖和冶金礦渣制成的礦粉摻拌的瀝青混合料有較高的高溫穩定性能。

瀝青用量的多少直接影響著混合料中礦粉的骨架、嵌擠作用，對瀝青混合料的抗車轍能力有著至關重要的作用。瀝青用量過大，游離瀝青較多，便削弱了礦料之間對高溫穩定性起決定性作用的嵌擠力，從而使混合料易于產生流動變形而形成車轍，瀝青用量過低混合料堅硬松散難以壓實，也影響瀝青路面的抗車轍能力。有關環道試驗表明:對于熱拌瀝青混合料，最大的車轍是與高瀝青含量相聯系的，并且低瀝青含量的混合料抗車轍能力比最佳瀝青含量的混合料差。

③礦料級配。為探討集料級配對車轍大小的影響，有關研究人員將集料分為過細級配組、細級配組和粗級配組三種，環道試驗結果表明:熱拌瀝青混合料在最佳瀝青含量、8％空隙率時粗級配有較大的車轍深度，過細級配次之，細級配組車轍深度最小。另有單軸荷載試驗資料:在最佳瀝青含量時中粒式瀝青混合料車轍最小，細粒式次之，粗粒式大于細粒式，瀝青碎石車轍最大。可見，單純增大礦料粒徑并不能提高路面抗車轍能力，而良好的級配和最大的密實度因增加了礦料之間的嵌擠力，而提高了混合料的高溫抗車轍能力。

④空隙率。在進行瀝青混合料配合比設計時，對空隙率的選擇一般都是根據當地材料和經驗進行的，當取值過高時，提高密實度可增加骨料間的接觸壓力，從而提高路面的抗車轍能力，相應地瀝青和礦粉用量也要增加，從而又削弱其抗車轍能力。當空隙率小于某一臨界值后，繼續減小空隙率，使得混合料內部沒有足夠的空隙來吸收材料的流動部分，造成混合料外部的整體變形，由此而形成車轍。大量試驗表明:各種級配的混合料在最佳瀝青含量時，隨空隙率的增大車轍有所增加。

(2)路面結構組成。

瀝青路面的抗車轍能力除了受所用材料及其性能影響外，還與路基類型和路面厚度有關。瀝青路面厚度與車轍的關系較為復雜，同樣的材料在不同的路面結構中會表現出不同的性能，有關室內環道試驗表明:當其路基為砂土材料時，面層厚度對車轍影響很大，面層瀝青混合料較薄時車轍較深，而且較大部分來自路基的形變;而當面層較厚時，路基基本上不產生車轍。在當路基為剛性或半剛性材料時，車轍的深度隨瀝青混合料面層厚度的增大而增加，這時的車轍總量90％來自于瀝青混合料面層本身，由此認為，當路基和基層強度較高時，采用薄瀝青混合料面層可以有效地控制車轍深度，而當路基基層強度較弱時應適當增加面層厚度，但這樣構筑的道路，往往由于路面回彈模量與路基回彈模量之間的比值過大，帶來不盡合理的結構組合，而且也不夠經濟。

(3)交通荷載及環境條件。

①渠化交通。由于城市道路交通組織的渠化，導致瀝青路面車轍破壞的情況日漸突出，在同一結構、同一條道路上，劃分出不同交通形式的兩段道路進行試驗，結果證明:渠化交通路段的車轍顯著增長，混合交通路段車轍增加較慢，其原因是混合交通時荷載作用范圍較寬，變形面較大，同一位置的車轍累積較小，而渠化交通同一位置處的車轍累積量大。

②荷載。日本研究人員的試驗結果證明:車輛超載加快路面的損壞。在不同的軸載作用下，重軸載作用產生的車轍較輕軸載大得多;道路交叉口和停車點的車轍通常為正常行駛路段的2～5倍。

(4)環境氣候條件。

當氣溫較高時，瀝青路面表現為強度降低容易產生車轍，各種試驗均表明:路表溫度升高車轍增長加快，這是因為瀝青粘度的大小反映了瀝青抵抗蠕變的能力，當溫度升高時瀝青粘度變小，其抵抗蠕變的能力下降，在受到外力時很容易產生永久剪切變形導致瀝青材料橫向流動而產生車轍。

當路面積水或路面結構含水量增加時，瀝青和礦料之間的粘結力在潮濕條件下會被削弱或破壞，在行車荷載和水分的聯合作用下，這種損壞會明顯加劇，從而導致瀝青路面產生較大的車轍。

3 解決措施

(1)合理的結構組合設計。面層直接承受車輪荷載反復作用和自然因素影響，因此要有足夠的承載力，以承擔設計期內累計軸載次數，限定車轍發展深度。合理選用技術參數，各結構層模量不宜相差太大，特別是中間層的級配要合理，表面層最佳油石比可以彌補第二層抗車轍能力。同時，考慮到集料粒徑對試件厚度的影響，應根據集料粒徑大小選擇適宜的瀝青層厚度，并預留一定空隙率，開放交通后瀝青進一步壓密填充。

(2)材料的合理選用。集料強度、形狀、表面性狀、清潔狀態、瀝青性能與集料相容性，特別是借鑒Superpave混合料設計的先進理念，注重材料的協同性和料源特性，保證所用材料的高品質。改善礦料級配同時適當增加粗集料用量和控制剩余空隙率，使粗細集料形成骨架密實結構。可適當采用高粘度的瀝青。

(3)最優配合比設計。重視級配范圍對抗車轍能力的影響，關鍵是確定適宜的篩孔通過率、孔隙率、油石比。選用溫度敏感性低、稠度較高的瀝青或改性瀝青，同時嚴格控制瀝青的用量。嚴格準確地控制混合料配合比，設法加足礦粉，嚴格控制運輸車輛為便于卸料，涂抹油料;采用透層油與粘層時也要嚴格控制用油量。

(4)使用改性添加劑。積極引進并采用新的改性劑如橡膠、樹脂、塑料、無機物改性劑、抗車轍劑、纖維等改性混合料添加劑，適當提高粉膠比，提高膠結料粘附性，降低溫度敏感性。

(5)嚴格控制施工質量。從拌料、運輸、攤鋪、碾壓、養護全程監控，對拌和、攤鋪、壓實溫度和混合料密度、孔隙率、均勻性、結構層厚度、平整度等重點把關。充分壓實保證壓實質量。

特別對于壓密型車轍，如果明確是由于壓實不足產生，可以在其上加鋪罩面進行維修。由于我國采用了評優評分的質量評定制度，工程報告不存在壓實度不合格的記錄，致使事后檢查困難。為減少車轍，首先是施工過程中要加強碾壓，使空隙率控制在要求范圍內，這是非常重要的。

[1] 孫德棟，彭波.瀝青路面設計與施工技術[M].鄭州:黃河水利出版社，2003.

[2] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3] 張登良.瀝青路面工程手冊[M].北京:人民交通出版社，1997.

[4] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001.

[5] 黃曉明，吳少鵬.瀝青與瀝青混合料[M].南京:東南大學出版社，2002.