瀝青路面的車轍成因和防治對策

李 森 毛艷玲

（1.滎陽市地方公路管理局，河南 滎陽450100；2.滎陽市交通運(yùn)輸局，河南 滎陽450100）

瀝青混凝土路面在各等級公路中應(yīng)用廣泛，特別是在剛等級公路中達(dá)到了75%左右，具有表面平整、耐磨、噪音小、施工和養(yǎng)護(hù)簡便的優(yōu)點(diǎn)。 但瀝青混凝土材料屬于柔性結(jié)構(gòu)，在車輛和溫度等外界環(huán)境的長期作用下，不可避免的會(huì)產(chǎn)生較大的彎沉、車轍等損害，特別是在持續(xù)高溫地區(qū)，這種現(xiàn)象就更為嚴(yán)重。

1 車轍形成過程及機(jī)理

1.1 形成過程分析

瀝青混凝土在碾壓密實(shí)后，骨料在壓力的作用下形成一定的骨架結(jié)構(gòu)，骨架之間還會(huì)留有相對較小的空隙，使用時(shí)，在較大的車輛荷載作用下，這些空隙必可避免的會(huì)進(jìn)一步壓實(shí)，從而對車輪兩側(cè)骨架造成一定的擠壓，而不可恢復(fù)變形的增長，由于空隙的存在會(huì)大于相鄰兩側(cè)的體積增加量。

當(dāng)永久變形形成后，一旦遇到高溫天氣，瀝青混合料中的瀝青形成半固體狀態(tài)，在荷載的作用下開始流動(dòng)，礦料是荷載作用下的主要承受著，瀝青的流動(dòng)性又進(jìn)一步的對礦料起到潤滑作用，硬度大的骨料會(huì)沿著接觸面滑動(dòng)，造成瀝青向礦料富集區(qū)流動(dòng)，流動(dòng)引起的變形會(huì)逐漸形成車轍。

1.2 形成的機(jī)理分析

瀝青混合料是瀝青將石質(zhì)骨料粘結(jié)在一起的一種復(fù)合材料，具有顆粒性和粘彈塑性的雙重特點(diǎn)，在高溫時(shí)表現(xiàn)出流動(dòng)性，低溫時(shí)則以彈性為主，通常情況下則處于粘彈性狀態(tài)。 其應(yīng)力和應(yīng)變曲線沒有明顯的屈服點(diǎn)，具有不可逆性，試驗(yàn)時(shí)受到時(shí)間效應(yīng)和溫度效應(yīng)的影響，表現(xiàn)出蠕變和應(yīng)力松弛的特征。

瀝青路面在荷載作用下瞬間會(huì)產(chǎn)生彈性和塑性應(yīng)變，隨著時(shí)間的進(jìn)行，材料則會(huì)出現(xiàn)粘彈性應(yīng)變和粘塑性應(yīng)變，卸除荷載后一部分彈性變形會(huì)瞬間恢復(fù)，粘彈性變形在一段時(shí)間后恢復(fù)，而蠕變引起的塑性和粘塑性應(yīng)變則形成永久變形，長期的作用下，永久變形不斷增加，也即是路面上的車轍現(xiàn)象。

2 車轍形成的影響因素

車轍的影響因素可以分為內(nèi)因、外因和其他三種。

2.1 內(nèi)因

內(nèi)因包括瀝青混合料的本身性質(zhì)和路面結(jié)構(gòu)，瀝青混合料包括瀝青的用量、瀝青性質(zhì)、資料性質(zhì)、集料級配類型和孔隙率；路面結(jié)構(gòu)包括路面的結(jié)構(gòu)類型和瀝青面層的厚度。 瀝青的針入度越小、軟化點(diǎn)越高、粘度越大、含臘量越低則混合料的穩(wěn)定性越強(qiáng)。瀝青用量要合理的控制，在混合料中通常加入礦粉來改善瀝青膜的厚度，當(dāng)瀝青用量少時(shí)，集料表面瀝青膜薄，混合料粘結(jié)力不足，當(dāng)瀝青用量過大時(shí)，自由瀝青會(huì)增多，有潤滑作用，混合料的高溫穩(wěn)定性差。集料的對路面的影響主要表現(xiàn)在級配和表面特征上，采用棱角、紋理和堅(jiān)硬的集料，并采用多級嵌擠密級配混合料有利用保證其穩(wěn)定性。孔隙度的大小和面層厚度要保持在一定的范圍內(nèi)，過大或者過小都會(huì)引起車轍危害。

2.2 外因

外因有交通條件和氣候條件兩種，交通條件包括行車荷載、交通量和荷載作用時(shí)間；氣候條件主要指路面的溫度和溫度持續(xù)時(shí)間。 汽車行駛速度越慢、荷載作用的時(shí)間越長、交通量越大，則在路面引起的變形就越大，主要發(fā)生在車站、收費(fèi)站、交叉路口、和爬坡路段。形成車轍的溫度問題，主要指高溫，在長期的高溫和車載作用下很容易形成車轍。

2.3 其他原因

其他原因主要指施工質(zhì)量，包括路面壓實(shí)度、混合料的離析程度和層間的粘結(jié)狀況。 在施工中要嚴(yán)格的控制各種用料的特性，加強(qiáng)質(zhì)量控制。

3 抗車轍試驗(yàn)方案分析

3.1 試驗(yàn)方案選擇

試驗(yàn)方案采用正交設(shè)計(jì)的方式，從眾多試驗(yàn)條件中選取具有代表性的因素，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的比較，的都最佳的因素組合，從而進(jìn)一步使得試驗(yàn)更加合理。這種試驗(yàn)設(shè)計(jì)的選擇方式不需要很多的試驗(yàn)次數(shù)，可以了解試驗(yàn)因素之間的相互影響關(guān)系，減少浪費(fèi)和盲目性。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的工具是正交表，運(yùn)用數(shù)學(xué)理論均衡分布各個(gè)試驗(yàn)條件，具有均衡和綜合可比性。

3.2 試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)

瀝青混合料的抗車轍的評價(jià)指標(biāo)是以動(dòng)穩(wěn)定度作為標(biāo)準(zhǔn)，既是在高溫條件下，產(chǎn)生1mm 變形需要承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。

3.3 試驗(yàn)因素

包括瀝青混合料的選擇， 典型的類型有SBS-SMA-13、SBS-AC-13 等；溫度的選擇，考慮氣溫和路表溫度之間的關(guān)系，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算；試驗(yàn)荷載的選擇，根據(jù)公路行車數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出車型荷載類型和載重量；行車速度選擇，根據(jù)行車速度較慢的路段為依據(jù)，設(shè)計(jì)行車速度和頻率。

通過實(shí)驗(yàn)可以得到影響車轍的因素水平權(quán)重，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)表明瀝青類型對車轍的影響要大于級配因素，骨架密實(shí)性要優(yōu)于懸浮密實(shí)型，采用改性瀝青的瀝青混合料比基質(zhì)瀝青混合料要好，不論哪種類型和材料， 抗車轍性能都會(huì)隨著溫度和荷載的的增加而有所降低，隨著行車速度的降低而增強(qiáng)，試驗(yàn)因素對抗車轍性能的影響荷載、速度、溫度、混合料類型以次增強(qiáng)。

4 車轍的防治措施

車轍的防治要結(jié)合各種影響因素，從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)上進(jìn)行綜合防治。

4.1 路面的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)

4.1.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)，夏季我國大部分地區(qū)路面溫度大30℃，而設(shè)計(jì)時(shí)通常采用的是較低溫度下的抗壓回彈模量、劈裂強(qiáng)度等， 路面結(jié)構(gòu)承受的是車輛荷載的連續(xù)垂直振動(dòng)和瞬間沖擊荷載，設(shè)計(jì)上采用的則是以靜態(tài)荷載測定的抗壓回彈模量，材料在靜態(tài)荷載和動(dòng)態(tài)荷載下的模量有很大不同， 所以要結(jié)合地方環(huán)境因素，合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

設(shè)計(jì)上還要增加抗車轍性能指標(biāo)，目前設(shè)計(jì)中通常以路面的回彈彎沉值和瀝青面層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而這些指標(biāo)是綜合性、整體性的反映，瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料多樣化，采用這樣表觀性、綜合性的指標(biāo)不能很好反映出路面結(jié)構(gòu)的損壞類型，對各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)無法平衡協(xié)調(diào)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要更加的關(guān)注車轍問題，增加相應(yīng)的單獨(dú)指標(biāo)，減少危害。

4.1.2 路面材料設(shè)計(jì)

在材料選擇上要以路段的坡度、車輛停靠站荷載、氣候溫度等動(dòng)穩(wěn)定度依據(jù)，根據(jù)使用性能，及時(shí)的對材料進(jìn)行改進(jìn)，在馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方法上，縮小和實(shí)際情況的差距。

瀝青選擇上，以高溫抗變形的改性瀝青為宜，改性瀝青的殘余變形比基質(zhì)瀝青小很多，彈性恢復(fù)能力強(qiáng)。 常見抗變形能力強(qiáng)的瀝青有橡膠瀝青、高模量瀝青、SBS 改性瀝青等，或者可以在瀝青中添加抗車轍的外加劑。

骨料上選擇合適的級配，盡量采用間斷級配、骨架嵌擠密級配等混合料，避免采用懸浮型結(jié)構(gòu)。

4.2 施工質(zhì)量控制

規(guī)范的施工操作是實(shí)現(xiàn)理想設(shè)計(jì)狀態(tài)所必需的，在施工時(shí)要保證現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)、完整和準(zhǔn)確，對各種材料進(jìn)行抽樣檢測，軟土、挖填地段的地段要加強(qiáng)質(zhì)量。 混合料使用要按照要求進(jìn)行配制，取得監(jiān)理的許可方能使用，在拌和時(shí)要考慮到其溫度敏感性，控制好溫度。路面的壓實(shí)度、平整度等指標(biāo)要符合標(biāo)準(zhǔn)，只有對混合料充分壓實(shí)，才能保證其良好的抗車轍能力，基層選擇合格材料，保證密實(shí)度、平整度等各項(xiàng)指標(biāo)。 施工中要完善施工質(zhì)量控制系統(tǒng)，保證各個(gè)施工步驟的科學(xué)性。

4.3 運(yùn)營養(yǎng)護(hù)措施

運(yùn)營中要對通行車輛進(jìn)行限重，治理超載現(xiàn)象，在高溫環(huán)境下，每隔一段時(shí)間要對坡路段、車速慢路段、停靠車站等特殊路段進(jìn)行灑水降溫。或者對速度較低的重載貨車進(jìn)行交通引導(dǎo)，盡量在夜間行駛，避免在高溫時(shí)段出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。

［1］鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京：人民教育出版社，2004.

［2］吳傳海.重載交通瀝青路面車轍成因及混合料組成設(shè)計(jì)研究[D].長安：長安大學(xué)，2008.

［3］鄒桂蓮.界面改性劑對瀝青混合料路用性能的影響與機(jī)理分析[J].公路交通科技，2008，25(9)：57-64.