預防瀝青路面產生車轍的探討

郟付堂

【摘 要】本文介紹了瀝青路面產生車轍的機理和容易產生車轍的層位，闡述了預防瀝青路面產生車轍的對策及其效果，指出了預防瀝青路面產生車轍的研究方向。

【關鍵詞】瀝青路面；車轍；對策

Discussion prevent asphalt pavement rutting

Jia Fu-tang

（Pingdingshan Highway Authority Central Laboratory Pingdingshan Henan 467000）

【Abstract】This paper describes the mechanism of the asphalt pavement rutting and prone to rutting layers， described the asphalt pavement rutting prevention measures and their effects， and points out the asphalt pavement rutting prevention research.

【Key words】Asphalt pavement；Rut；Countermeasure

1. 前言

由于車輛嚴重超載超限、大交通量、渠化行車以及高溫天氣等因素的影響，導致車轍已成為瀝青路面早期最主要的病害，比如高速公路爬坡路段、BRT（公交快速運輸）專用道和導向道等是車轍最易發生且最嚴重之處，資料顯示80%的瀝青路面出現不同程度的車轍，它是道路病害中的頑疾，一直得不到解決。

2. 瀝青路面產生車轍的機理

2.1 車轍是瀝青路面結構的主要早期破壞形式之一，它是路面行車道輪跡帶在車輛荷載反復作用下形成的永久下陷變形的積累。這種下陷變形往往伴隨著輪跡帶側旁的凸起變形，所以，車轍的深度是凸起頂部與下陷槽底的高差。

2.2 車轍的產生會嚴重影響瀝青路面的使用品質和使用壽命。車轍的出現影響路面的平整度，使得雨天路表面排水不暢，降低了路面的抗滑能力，甚至會由于車轍內積水而導致車輛飄滑，影響較快速行車的安全。當然，車轍內是否會積水，與車轍深度和道路縱、橫坡度有關。由于車轍使得路面橫斷面方向高度起伏變化大，車輛在超車或變換車道時方向容易失控，從而影響車輛操縱的穩定性。輪跡處路面厚度減薄，削弱了面層及路面結構的整體強度，從而易于誘發路面的其它病害，縮短路面的使用壽命。

2.3 根據車轍形成原因的不同，可將其分為四種類型：

（1）剪切形變型車轍。

它是由于瀝青路面結構在車輪荷載作用下，路面材料的塑性流動變形產生橫向位移而形成的永久變形。當瀝青路面高溫下抗剪強度不足或者高溫穩定性不足時，在外力作用下就會產生這種車轍，也有稱之為失穩型車轍。瀝青路面產生的車轍絕大部分是失穩型車轍。

（2）壓密型車轍。

由于鋪筑過程中壓實不好，開放交通后輪跡帶下瀝青路面受荷而壓密，導致在整個橫斷面上密實度不均衡所形成的一種相對變形車轍。

（3）結構型車轍。

這類車轍是由于路面結構設計不合理、結構層或土基壓實不足，在交通荷載作用下產生整體永久變形而形成的車轍。這種車轍往往發生在路面各個結構層均為柔性類的路面結構。

（4）磨損型車轍。

由于瀝青路面結構頂層的材料在車輪磨損作用下持續不斷地損失形成的變形，特別是汽車使用了防滑鏈或帶釘（膠釘）輪胎后，更容易產生這種車轍。就目前的情況看，四種類型車轍中以剪切形變型車轍最為普遍、最為嚴重，其它類型的車轍則不常出現，解決起來也比較簡單。因此，目前研究最多的最不好解決的是剪切形變型車轍。

2.4 在渠化交通的道路上，瀝青路面在車輪荷載的反復作用下會產生不可恢復的變形積累，當路面橫斷面方向累積相對變形超過一定的限度時，即成為影響交通的車轍。車轍的發展過程可分為三個階段，如圖1所示。

圖1 瀝青路面車轍的發展過程

（1）第I階段為瀝青路面輪跡帶的快速壓密階段，即產生快速變形。其原因是車輛輪胎的壓實作用往往有別于瀝青路面施工過程中壓路機的壓實，或者施工階段的壓實作用還不足以使路面材料內細料部分對粗料部分的相互填充，而在交通荷載的反復作用下才使顆粒間的相互填充完成得較為充分。

（2）第II階段為瀝青路面材料壓密穩定階段。此階段繼續第I階段的壓密過程，但其壓密變形速度大大降低。

（3）第III階段為瀝青路面材料塑性流動、礦質骨架破壞期。在此階段，以粘聚力為主要強度參數的瀝青路面材料，在高溫下抗剪強度會小于車輛荷載作用產生的剪應力，路面受到汽車荷載反復作用時，瀝青及瀝青膠漿便產生流動，從而使路面的網絡骨架結構失穩，由于瀝青及膠漿在荷載作用下首先流動，路面結構中能起骨架作用的粗礦料在瀝青潤滑作用下沿礦料間接觸面滑動，從而使原有的礦質骨架破壞，路面車轍深度急劇增加。

2.5 有上所述，傳統瀝青路面結構產生車轍的原因主要有二。一是開放交通后瀝青路面在車輛荷載作用下再壓密而產生永久變形；二是開放交通后瀝青路面在車輛荷載作用下，上下碎石顆粒沿接觸面滑動而產生永久變形。根據流變學原理，車轍是荷載、路面溫度和荷載作用持續時間的函數。

3. 瀝青路面產生車轍的層位

常見的瀝青路面分為雙層式和三層式。對于雙層式瀝青路面，下面層是產生車轍的主要層位，其次是上面層；對于三層式瀝青路面，中面層是產生車轍的主要層位，其次是上面層，再次是下面層。

4. 預防瀝青路面產生車轍的對策及其效果

4.1 預防瀝青路面產生車轍的對策。

4.1.1 本文研究的是如何提高瀝青路面自身的抗車轍性能，也就是失穩型車轍，而壓密型車轍、結構型車轍和磨損型車轍比較好解決，此不贅述。

4.1.2 許多國家針對本國的實際情況，對車轍問題作了大量的研究，而且仍然在尋求各種更好的解決途徑或補救措施。其主要集中在二個方面：

（1）一是，優化集料級配，增加粗集料的用量，加大最大集料的粒徑；控制較細集料和瀝青用量，使粗集料在瀝青路面結構中形成骨架；

（2）二是，采用改性瀝青，提高軟化點，增強瀝青路面的高溫穩定性。

4.2 預防瀝青路面產生車轍的效果。

（1）如圖2所示，在傳統典型的瀝青路面結構（懸浮密實型結構、骨架空隙型結構和骨架密實型結構）中路面厚度（h）與集料最大碎石粒徑（D）之比=2～3，骨架型結構比懸浮型結構的抗車轍能力強，粗集料形成的骨架是行車荷載的主要承受和傳遞者。粗集料骨架是由瀝青把粗集料粘結在一起形成的，瀝青膜和粗集料共同承受和傳遞行車荷載。然而，在現有技術條件下，改性瀝青所能達到的最高軟化點相對于瀝青路面所能達到的最高溫度還低許多，此時改性瀝青就會軟化，在行車荷載作用下，骨架中的集料就會產生位移，表現出抗剪能力不足，經過重復荷載作用，變形累積就產生車轍。另外，瀝青路面結構中集料能夠形成骨架也是預防產生車轍的重要因素，這是不言而喻的。基于這些，研究出了SMA瀝青路面、LSAM瀝青路面和SAC瀝青路面等等。理論上講，粗集料在路面結構中是能夠形成骨架的，這需要施工中進行精確的控制，施工難度很大，并且由于理論和室內試驗與工程實踐之間存在差異、不同批次材料存在差異、施工控制精度相對較低、機械設備性能不穩定以及材料離析等等因素的影響，常常導致粗集料在路面結構中形不成骨架。就其實際效果看，仍然出現車轍。

（2）單層微表處（包括稀漿封層）結構中h/D≈1，它自身不會產生車轍，問題是集料中最大碎石粒徑大于30mm時施工難度很大，例如用最大粒徑40mm的集料做微表處幾乎是不可能的；然而用較細集料做微表處時，如果成型厚度大于集料最大粒徑過多，那么微表處結構就演變成了懸浮密實型結構，它的抗車轍性能更差。工程實踐中，瀝青路面的厚度絕大多數不小于40mm，僅靠單層微表處滿足不了需要，因此，需要開發類似微表處結構但比微表處厚的瀝青路面，如圖3所示。

（3）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面首先用層鋪法把起主支撐作用的碎石粘結在下承層上，再把拌和好的乳化瀝青稀漿混合料貫入碎石間隙中，然后經過養生、碾壓等成型即做成乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面，它是骨架-懸浮密實復合型結構，不屬于傳統典型三種瀝青路面結構，它自身不會產生車轍。

5. 結束語

從上述分析和工程實踐看，通過提高瀝青的軟化點和使集料在瀝青路面結構中形成骨架的辦法來預防瀝青路面產生車轍是不現實的，開發較厚的類似微表處結構（集料中最大碎石粒徑與路面厚度相等）的瀝青路面是正確的選擇，乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面就是這樣的路面。

參考文獻

[1] 交通部公路科學研究院.微表處和稀漿封層技術指南.北京：人民交通出版社，2006.

[2] 黃曉明，等.瀝青路面設計.北京：人民交通出版社，2002.

[3] 虎增富，等.乳化瀝青及稀漿封層技術.北京：人民交通出版社，2001.

[4] 姜云煥，等.改性稀漿封層施工技術.河北：石油工業出版社，2001.

[5] 陳拴發，等.瀝青混合料設計與施工.北京：化學工業出版社，2006.

[6] 彭波，等.瀝青混合料材料組成與特性.北京：人民交通出版社，2007.

[7] 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學原理及應用.北京：人民交通出版社，2006.