昆明公交站臺處瀝青路面車轍形成原因探究

蘇蘭忠 朱德濱 張蘭芳

(西南林業大學，云南昆明 650224)

2011年全國第六次人口普查結果顯示昆明市的常住人口已達643.22萬人。《2011年昆明城市交通發展年度報告》顯示主城區每天客運量為231.2萬人次。昆明市路面車轍問題的日益嚴重，尤其是公交車站臺處的車轍問題，已影響了人們乘車的舒適度及安全性。因此針對昆明公交站臺處的車轍問題研究具有重大的現實意義。

1 瀝青路面車轍的影響因素分析

影響瀝青路面車轍的一般因素可分為內因和外因兩大類。內因主要包括:瀝青混合料的種類和性質以及其不同結構和性能，集料的種類和性質等;外因主要包括交通狀況、氣候條件等。

1.1 內因

1.1.1 瀝青

瀝青對車轍的影響因素主要有兩個:瀝青的品種和瀝青混合料中瀝青的含量。在瀝青品種方面，在溫度和加載速率固定的情況下，當瀝青的粘度較大時，其與骨料的粘附性就強，混合料的抗剪能力就強，抗車轍能力就好。蠟的含量與瀝青的品種有關，如果某瀝青蠟含量較高，當溫度接近蠟的軟化點時，瀝青粘度將明顯降低，導致混合料的抗車轍性能變差。在瀝青含量方面，沈金安等人已通過研究表明瀝青用量是影響瀝青混合料高溫穩定性的重要因素［1］。瀝青和礦粉形成膠結料，對骨料進行包裹，起到集料之間的粘聚作用。當瀝青用量過低時，骨料缺乏足夠的瀝青包裹，會降低瀝青混合料的粘結強度和易壓實性，影響其抗車轍能力;當瀝青用量過高時，自由瀝青成為集料的潤滑劑，將嚴重影響集料的嵌擠能力，降低瀝青混合料的抗剪強度，從而影響瀝青混合料的抗車轍性能。

1.1.2 集料

集料的種類、級配以及集料顆粒的形狀和紋理對瀝青混合料的抗車轍性能具有重要影響。酸性骨料會影響混合料的抗車轍性能。其會損傷混合料的水穩定性，降低骨料與瀝青的粘結力，從而減弱瀝青混合料的高溫穩定性，影響混合料的抗車轍性能。瀝青與礦料之間的粘結力和礦料之間內摩擦力與瀝青混合料的強度直接相關。礦料間內摩擦力主要通過各級配礦料之間的嵌擠形成。瀝青混合料的高溫抗車轍能力60%是依靠集料的嵌擠能力［1］。選擇具有復雜的紋理結構和豐富的棱角的有合理級配的集料，能提高瀝青混合料抗車轍性能。

1.1.3 空隙率

空隙率對車轍具有較大的影響，車轍變形隨著空隙率增大導致的混合料強度的降低而增大，空隙率小的混合料有助于提高瀝青路面的強度和耐久性。美國Westrack環道實驗的結果表明，最小空隙率的臨界界限為4%，但不能低于3%［2］。當外界溫度較高時，當瀝青結合料膨脹時，如果瀝青混合料內部沒有足夠的空隙提供，必將產生變形，從而形成車轍。

1.1.4 瀝青面層的厚度

瀝青面層厚度是影響車轍的重要因素。當半剛性基層瀝青路面面層厚度為15 cm～18 cm時，車轍大多出現在上、中面層［2］。車轍量并不簡單地隨厚度的增加而變化。在其余條件固定時，車轍與瀝青面層厚度的關系，因為路面結構和材料組成的不同，存在一個通常情況下在15 cm～25 cm之間的臨界厚度。在低于此臨界厚度時，車轍與瀝青面層厚度的關系呈減函數;當大于此臨界厚度時，兩者的關系則為增函數。

1.1.5 路面結構及施工質量

路面基層及面層的結構類型及施工質量等對車轍也具有很大影響。保證瀝青路面抗車轍性能的基本要求是保證面層和基層的強度和穩定性。施工質量對瀝青路面抗車轍性能影響較大。施工時料溫不夠導致瀝青面層壓實不足，或者路面壓實不充分，在行車作用下，瀝青路面會被壓密形成車轍。

1.2 外因

1.2.1 交通狀況

對瀝青路面性能造成影響的交通狀況因素主要包括荷載、交通渠化、行車速度、輪胎氣壓等方面。車輛荷載決定輪胎氣壓，輪胎氣壓隨著荷載的增大而升高。在交通量相同的情況下，荷載作用時間的長短影響路面的變形大小。李申惠等通過車轍實驗模擬荷載對車轍的影響，試驗結果表明:在65℃的恒溫條件下，輪壓從0.7 MPa提升到1.1 MPa時，以0.9 MPa 為界，動穩定度分兩個階段降低［3］。尚志遠研究證明30%軸載為180 kN的超載車摻雜在標準載的車輛中時，瀝青路面在1年內的車轍量就超過使用標準;軸載120 kN的超載車三年內對瀝青路面影響造成的車轍量就超過標準軸載12年造成的車轍量［4］。

1.2.2 溫度

溫度的高低，對瀝青路面的高溫穩定性有很大的影響。瀝青的粘度隨溫度的升高而降低，致使其抗蠕變能力下降，受到外力作用時，由于剪切作用，致使瀝青材料橫向流動，從而導致車轍變形的產生。茅梅芬通過環道實驗驗證，在其他實驗條件不變的情況下，車轍深度的增大與溫度的升高有很大關系。在3 500次荷載作用下，溫度為60℃時車轍深度為37.5 mm，約是溫度為45℃時車轍深度的13倍，溫度為30℃時為車轍深度的37倍［5］。

2 昆明城市公交站臺處車轍形成原因分析

昆明獨特的氣候環境及公交站臺處獨特的交通狀況，決定了需要對昆明公交站臺處的車轍的影響因素進行進一步分析，可分為以下三個方面。

2.1 路面承受嚴重的剪切作用

引起瀝青混凝土永久變形的主要原因是剪切變形已被廣泛地接受［2］。瀝青面層和剪應力在距路表2 cm～8 cm范圍內比較大，較易產生剪切破壞，并隨軸重的增加，最大剪應力增大，剪應力峰值增加，最大剪應力集中在面層上部［6］。

公交站臺處承受嚴重剪切破壞的原因主要有三個方面:1)昆明城市路面的設計時速為30 km/h～50 km/h，2011年昆明道路高峰平均時速為22.58 km，其中，一環內平均時速僅為14.02 km，公交站臺處時速則相對更低，因此公交站臺處路面荷載時間過長。2)昆明城市道路設計為中等交通荷載，但高峰時段公交車超載嚴重。3)公交車站臺處屬于渠化交通方式，在站臺處密集停車，車輪作用位置相對集中，車輛啟制動頻繁，剎車力較大。這三個原因造成路面承受較大的剪切推移力，瀝青混合料上層過大的應力而產生塑性流動引起，引起瀝青混凝土的永久變形，形成車轍。

2.2 紫外輻射破壞

瀝青材料很容易受到光老化，紫外線會破壞瀝青材料中的大分子結構，使瀝青材料的性能降低甚至喪失。而且瀝青路面存在空隙，老化后的瀝青分子會向內擴散［7］，導致瀝青與集料間的粘附性降低，破壞瀝青混合料的內部結構，使路面在外力作用下產生變形。昆明海拔1 800 m左右，11月到次年5月為旱季，降雨量少，紫外線輻射大，平均每年的輻射量為69 298 cal/cm2，旱季輻射量大約為雨季的2倍［8］。紫外輻射而引起的瀝青老化是昆明公交站臺處車轍形成的一個重要影響因素。

2.3 水損害

昆明年降水量1 006.6 mm，其中80%集中在雨季。由于車轍的存在，雨季續降雨時，在車轍處積水。而此時瀝青路面反復受到行車荷載的作用，水分慢慢浸入瀝青混合料中，導致瀝青的剝離，混合料集料間粘結力喪失，路面強度下降，促使車轍的產生。

3 結語

瀝青路面的車轍問題，尤其是公交站臺處的車轍問題，會帶來嚴重的安全隱患。本文對瀝青路面車轍產生的一般原因以及諸多因素導致昆明站臺處車轍的特殊原因進行了合理的分析，但只是理論上的初步分析，其準確性及全面性有待進一步討論，且文中各因素對車轍形成的影響系數尚需一定的實驗分析。

［1］沈金安，李福晉，陳 景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策［M］.北京：人民交通出版社，2004：191-192，197-198.

［2］萬 軍.瀝青混凝土路面車轍發展規律探討［D］.南京：東南大學，2006.

［3］李申惠，廖衛東，李向東，等.超載、超高溫條件下全厚式路面車轍試驗研究［J］.武漢理工大學學報，2003(12)：13-16.

［4］尚志遠.超載車輛對瀝青混凝土路面的破壞分析［J］.公路，2004(5)：19-21.

［5］茅梅芬.半剛性基層瀝青路面車轍研究［J］.華東公路，1995(3)：45-49.

［6］高立鑫.BRT停車段瀝青路面抗剪切推移特性研究［D］.西安：長安大學，2009.

［7］葉 奮，黃 彭.強紫外輻射對瀝青路用性能的影響［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2005(7)：909-913.

［8］劉 滔，李云蒼，劉群生，等.云南省太陽紫外輻射研究［J］.云南師范大學學報，2001(11)：37-42.