瀝青路面車轍成因及防治措施

　　摘 要： 瀝青道路車轍病害是在交通荷載和高溫氣候的作用下，瀝青混合料粘塑性變形累積的結果，是外因和內因綜合作用的結果。本文對瀝青道路車轍病害的成因及防治措施，進行了簡要的分析和探討。
　　關鍵詞： 瀝青道路 車轍病害 成因 防治措施
　　
　　1.引言
　　近幾年，隨著我國公路建設的發展，瀝青路面以其諸多優勢特點，被廣泛應用到高等級公路建設中，但是路面的一些問題卻不容忽視。在各種因素的影響下，不可避免地出現了裂縫、車轍、沉陷、坑槽、唧泥、泛油、波浪、擁包、表面磨光、松散剝落等諸多病害，使大部分設計年限為15年的瀝青路面在短短幾年內就遭受到不同程度的損壞，嚴重影響了公路的正常運營。在諸多病害中，車轍是比較嚴重的一種，本文就其成因及相應的處理方法做初步探索。
　　2.車轍病害的類型及形成過程
　　2.1車轍病害的類型
　　根據瀝青路面的車轍形成機理，可分為三大類型：磨耗型車轍、結構型車轍、失穩型車轍（見圖1、圖2、圖3）。
　　2.1.1磨耗型車轍。
　　由于瀝青路面結構面層材料在車輪磨耗和自然環境作用下持續不斷地損失形成。
　　在交通車輛輪胎磨耗和環境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內集料顆粒逐漸脫落；在冬季路面鋪撒防滑料(如：砂)時，磨損型車轍會加速發展。此外，汽車使用防滑鏈和突釘（膠釘）輪胎時會使其加速發展。
　　2.1.2結構型車轍。
　　交通荷載反復作用下，路面結構產生整體永久變形而形成的結構型車轍。常起源于路基及碎石基層變形的積累。這類車轍主要是基層等路面結構層或路基強度不足，在交通荷載反復作用下產生向下的永久變形、作用或反射于路面。
　　2.1.3失穩型車轍。
　　瀝青路面結構層在交通渠化作用下，當瀝青混合料高溫穩定性不足時，由于材料的粘性流動變形而形成。絕大多數車轍是由于在交通荷載產生的剪切應力的作用下，路面層材料失穩，凹陷和橫向位移形成的。此類車轍的外觀特點是沿車轍兩側可見混合料失穩橫向蠕變位移形成的凸緣。一般出現在車輛輪跡的區域內，當經碾壓的路面材料的強度不足以抵抗交通荷載作用于它上面的應力，特別是重載車輛高頻率通過，路面反復承受高頻重載時，極易產生此類車轍。此外，在高速公路的進出口，交費站或一般公路的交叉路口等減速或緩行區，這類車轍較為嚴重。因為這些地區車速較低，交通荷載對路面的作用時間較長，易于引起路面材料失穩、橫向位移和永久變形。
　　三種車轍類型如下圖所示：
　　車轍的形成可簡單地劃分為三個階段。
　　2.2.1初始階段的壓密過程。
　　瀝青路面碾壓成型前是由骨料、瀝青、空氣組成的經均勻拌和的松散混合料，經碾壓，骨料被強行排列成一定的骨架結構。在瀝青路面碾壓成型開放交通以后，瀝青面層及各結構層材料中均存在一些空隙，在汽車荷載重復搓揉作用下，混合料仍會有進一步的壓密過程。
　　2.2.2瀝青混合料的流動過程。
　　高溫下的瀝青混合料處于以粘性為主的粘彈性狀態，在車輪荷載作用下，瀝青及瀝青膠漿便產生流動，路面受載處出現壓縮剪切變形，從而使混合料的網絡骨架結構失穩，而向兩側隆起。
　　2.2.3礦質集料的重新排列及礦質骨架的破壞。
　　高溫下處于半固體狀態的瀝青混合料，由于瀝青及瀝青膠漿在荷載作用下的流動，此時礦質骨架逐漸成為荷載的主要承擔者，再加上瀝青的潤滑作用，礦質集料會產生錯動，促使瀝青及膠漿向其富集區流動，從而使混合料的網絡骨架遭受破壞。
　　3.車轍病害產生原因的分析
　　瀝青車轍病害是在交通荷載和高溫氣候的作用下，瀝青混合料粘塑性變形累積的結果，也是外因和內因綜合作用的結果。對于車轍病害的研究表明，約40%是由瀝青引起的，主要是瀝青的高溫粘度和用量。另外，60%由瀝青混合料中的非瀝青因素引起，也就是原材料、級配和工藝的函數。
　　3.1外因
　　3.1.1荷載。
　　車輛荷載的作用下瀝青路面產生的變形包括彈性的、粘彈性的和粘塑性的三類。渠化交通使不可恢復的粘塑性變形和來不及恢復的粘彈性變形得以累積而形成車轍，所以交通量對車轍的影響包括作用次數和作用間歇時間兩個方面。
　　現實中超載現象非常嚴重，這對瀝青路面的影響比交通量還要大，軸重超載往往會造成變形的不可恢復性，因此對超載要嚴格控制，這也是我國目前路面破壞的主要原因。
　　3.1.2溫度。
　　低溫時瀝青趨近彈性體，微小的變形可以忽略不計，但在一定的高溫條件下，當足夠的荷載作用時變形就非常明顯了，這時的變形主要包括粘彈與粘塑兩部分。我國很多地區夏季炎熱，為路面病害墊定了溫床，因此這也是我國車轍病害高發的原因之一。
　　3.1.3碾壓。
　　壓實質量不足是當前產成車轍病害的主要原因。從現場的取樣試件檢驗分析發現，45℃、0.7MPa下的壓實度達0.917（以馬歇耳75次擊實為標準）；保溫松散后重塑，輪碾成型后壓實度可達0.98；輪碾搓揉成型后壓實度可達0.98—1.0，由數據可以證明壓實度和壓實方式對車轍的影響是很顯著的。
　　3.2內因
　　3.2.1瀝青。
　　瀝青對車轍的影響主要體現在兩個方面。
　　3.2.1.1瀝青粘度。瀝青粘度對車轍具有顯著的影響，我國南方習慣上喜歡采用的瀝青標號要稠一些，標號不同與北方，針入度要差1—2個等級。由于針入度是條件粘度，同標號的瀝青抗車轍能力并不相同，因此在經驗指標體系中用軟化點來補充針入度的不足。此外，因為蠟對瀝青的影響相對較大，所以在石蠟瀝青中又補充了一個含蠟量指標。
　　3.2.1.2瀝青用量。瀝青用量是瀝青對車轍另一個顯著的影響因素。過多的瀝青用量將在瀝青混合中形成游離的自由瀝青，在高溫條件下因荷載作用會發生明顯的粘性流動變形。即使瀝青的用量控制精度甚高，也必須嚴格控制混合料的配合比。
　　3.2.2集料。
　　由于集料方面問題導致的瀝青車轍病害占車轍病害總量的60%。集料導致車轍病害主要從如下三種方式發揮作用的。
　　3.2.2.1集料的形狀。針片狀含量偏大導致壓碎值過大，在荷載作用下就很容易發生變形。
　　3.2.2.2集料的規格。雖然瀝青路面施工規范給出了粗集料、石屑的規格要求，但是由于篩分工序不嚴，超規格現象仍然常有。這就使原來設計合理的配合比大打折扣，因此影響了混合料的承載能力，對車轍的產生留下了隱患。
　　3.2.2.3集料供應的穩定性。多家小規模的集料供應商，其生產的原料質量規格不一，使混合料的性能顯著降低，導致車轍的易發性。
　　3.2.3級配。
　　級配的影響是重要的，也是復雜的。級配是決定混合料組成結構的最重要因素，對于抗車轍而言，需要一個高溫下即使瀝青處于完全粘性流動狀態下，也能夠保持穩定的骨架結構。大量研究表明穩定的骨架結構應滿足的一個極限條件是瀝青混合料的最小空隙率為3%-4%。
　　4.瀝青路面車轍病害防治措施
　　4.1瀝青路面車轍病害判斷標準——車轍的深度
　　按車轍深度，將車轍分為以下四個等級。
　　①輕微(5.08—6.35mm)；
　　②低淺(6.35—12.7mm)；
　　③中等(12.7—25.4mm)；
　　④嚴重(>25.4mm)。
　　在實際測定車轍時多以引起“水滑”為根據(水滑現象指路面積水，形成水膜將輪胎與路面隔開而產生的浮滑現象)，確定車轍的允許深度。而且，確切的車轍的允許深度還要從兩個方面考慮：①路面結構；②安全。
　　因此，可以認為車轍的允許深度標準為：
　　①從路面結構和功能上講應為19—20mm；
　　
　　②從行車安全上講應為l0mm；
　　③車轍的斜率。
　　即車轍深度與其寬度的比值不得超過2％，否則將破壞車輛在路面的行駛平順性。
　　4.2車轍的測定
　　車轍深度的測定方法分為靜態法和動態法兩大類。靜態法包括：量桿和水準儀法、量線法、長直尺法、短直尺法及表面深度儀法等。動態法包括：超聲波和紅外線測定，以及35mm攝影法。
　　35mm攝影法測定車轍深度：首先用35mm攝影系統在路面上投射一條橫越整個路面的車轍輪廓標線，以顯現路面橫斷面的輪廓。然后，將標線所顯示的輪廓拍攝成像，并由計算機算出該標線在所選定的坐標系內的位置。再從路面橫斷面輪廓頂面上拉過一條測量線，模擬靜態法中使用的量線(見圖4)。測定輪廓標線與該測量線間的垂直距離，即可確定車轍的橫斷面輪廓和各點的深度。這一方法通常稱為標線法。顯然，測出整個車轍的橫斷面輪廓比單純的測量車轍深度要好得多。測繪出車轍橫斷面的輪廓，不僅可以知道車轍的形狀和任一點的深度，而且可以確定路面縱向變形的橫向位置，從而準確地分析出產生車轍的主要原因，以確定和選用最合適的處理方法和工藝對車轍加以處理。
　　4.3預防措施
　　4.3.1粗集料應粗糙且有較多的破碎裂面。
　　密級配瀝青混凝土中的粗集料應形成良好的骨架作用，細集料充分填充空隙，瀝青混合料穩定度及流值等技術指標應滿足規范要求。高等級道路應進行車轍試驗檢驗；穩定度對高速公路和城市快速路不小于800次／mm，對一級公路和城市主干路不小于600次／mm。
　　4.3.2根據當地氣候條件按《瀝青路面施工及驗收規范》選用合適標號的瀝青，針入度不宜過大。
　　4.3.3施工時，必須按照有關規范要求進行碾壓，基層和瀝青混合料面層的壓實度應分別達到98％、95％、96％。
　　4.3.4對于通行重車比例較大的道路，或起動、制動頻繁、陡坡的路段，必要時可采用改性瀝青混合料，提高抗車轍能力，但在選用時，需兼顧高低溫性能。
　　4.3.5道路結構組合設計時，瀝青面層每層的厚度不宜超過混合料集料最大粒徑的3—4倍，否則較易引起車轍。
　　4.4治理方法
　　4.4.1如僅在輪跡處出現下陷，而輪跡兩側未出現隆起時，則可先確定修補范圍，一般可目測或將直尺架在凹陷上，與長直尺底面相接的路面處可確定為修補范圍的輪廓線，沿輪廓線將5—10cm寬的面層完全鑿去或用機械銑削。槽壁與槽底垂直，并將凹陷內的原面層鑿毛，清掃干凈后，涂刷0.3—0.6kg／㎡口粘層瀝青，用與原面層結構相同的材料修補，并充分壓實，與路面接平。
　　4.4.2如在輪跡的兩側同時出現條狀隆起，應先將隆起部位鑿去或銑削，直至其深度大于原面層材料最大粒徑的2倍，槽壁與槽底垂直，將波谷處的原面層鑿毛，清掃干凈后涂刷03—0.6kg／㎡的粘層瀝青，再鋪筑與面層相同級配的瀝青混合料，并充分壓實與路面接平。
　　4.4.3若因基層強度不足、水穩性不好等原因引起車轍時，則應對基層進行補強或將損壞的基層挖除，重新鋪筑。新修補的基層應有足夠強度和良好的水穩性，堅實平整。如原為半剛性基層，可采用早期強度較高的水泥穩定碎石修筑，但其層厚不得小于15cm，修補時應注意與周邊原基層的良好銜接。
　　4.4.4對于受條件限制或車轍面積較小的街坊道路，可采用現場冷拌的乳化瀝青混合料修補。在施工過程中應注意環境的污染，要達到綠色環保施工。
　　5.結語
　　近年來，我國公路交通量增長非常迅猛，往往遠遠地超過了設計預期增長速度，高速公路重車比例在不斷提高，車輛超載超限現象非常普遍，這種交通條件對路面的破壞作用非常嚴重，尤其會導致路面車轍的產生。我們應該重視車轍問題，在施工過程中時刻牢記對各種病害的防治，在不斷總結施工經驗和研究的同時，積極引進國際先進的防治車轍的新工藝、新技術及新材料，為我國的交通事業騰飛奠定良好基礎。
　　
　　參考文獻：
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