瀝青混凝土路面的車轍病害和預防措施

卓文靜

（福州交建高速公路養護有限公司，福建福州350101）

瀝青混凝土路面的車轍病害和預防措施

卓文靜

（福州交建高速公路養護有限公司，福建福州350101）

分析了瀝青混凝土路面的主要車轍病害類型，包括磨損性、結構性和失穩性車轍病害，對各類病害的形成機理和特點進行了歸納。從原材料、面層結構和荷載作用三個層次總結了瀝青路面車轍病害的主要影響因素，這些是進行病害分析和預防的基礎。最后提出針對不同程度車轍病害的修復技術，并總結了預防車轍病害的主要措施。

路面；瀝青混凝土；車轍病害；損傷；預防措施

0 引言

瀝青路面具有平整性好、行車噪聲小、耐老化等優點，在我國公路建設中被廣泛采用。路面結構作為直接承受車輛運輸的載體，運營過程中受到環境和車輛荷載的直接作用，因而其結構性能直接影響到路面行車安全及路網可通達性。近年我國經濟快速增長，道路基礎設施得到了大力發展，貨物運輸也在不斷增長，使得我國道路結構需要負擔大面積交通流和重載貨車作用，特別是在我國車輛超載重載問題嚴重的社會情勢下，這些道路面層已經出現很多嚴重的病害，影響到車輛的行車安全和道路使用的長期性能，因此，掌握這些病害的形成機理，及時處置路面病害問題并采用預防措施，對于保障公路的運營使用性能具有重要意義。

車轍病害是瀝青路面的典型損傷問題。采用瀝青作為面層的路面結構，由于瀝青材料具有高溫軟化的特性，使得高溫環境下的瀝青路面在車輛行駛下出現車轍病害[1]。車轍作用的永久性變形沿著行車方向分布，由于車轍造成路面橫向的不平整會使得雨水積蓄，加快瀝青路面其他病害的發生，同時對行車安全造成顯著影響，需要引起重要關注。

論文首先探討車轍病害類型及其形成機理，從而掌握車轍的產生原理；根據原理分析車轍病害的主要影響原因；最后提出車轍的預防措施，通過早期控制減少車轍病害的產生與發展。

1 車轍病害類型及形成機理

車轍病害是由內部因素（面層結構、材料特點、混合料性能等）和外部高溫及車輛荷載作用引起的，但可以根據病害的分布特征，明確車轍病害的主要類型有磨損性車轍、結構性車轍及失穩性車轍，這三種病害的形成機理是不同的。

1.1 磨損性車轍

磨損性車轍是由于面層的頂層材料在車輛荷載的反復作用下，加上環境影響行車的局部破損性病害。此類車轍病害主要在輪載作用區域面層的缺失，因此具有一定的下凹，橫向其余區域的面層損壞很小。磨損性車轍在超載重載路段具有一定的體現，在車輪爆胎時輪轂直接磨損路面產生的病害較顯著，常規的橡膠輪胎作用下磨損性車轍較少，因此此類車轍病害在瀝青路面中不常見，見圖1。

圖1 磨損性車轍示意圖

1.2 結構性車轍

結構性車轍是由于路基變形而產生的永久性路面壓縮變形，使得沿輪跡線方向出現非常顯著的路面下沉現象，此類病害的車轍寬度很大，主要表現為輪載作用位置的下沉，兩側沒有隆起現象，面層跟隨發生永久性下沉。由于路基變形或者路面層剛性差，結構性車轍才會發生。但如果采用半剛性和剛性瀝青路面，路基層的壓縮穩定性有保障，結構性車轍也是較少發生的，見圖2。

圖2 結構性車轍示意圖

1.3 失穩性車轍

失穩性車轍則是車輛荷載作用下由于瀝青路面層在高溫環境作用，混合材料的粘結性能不好及高溫不穩定性，使得內部材料產生橫向的流動特性，其明顯特征就是車輪作用位置附近出現上凸的隆包，這類車轍病害是混合料受豎向剪切作用出現橫向移動的特性，此類病害往往發生在重車較多的路段，在車速低的爬坡路段此類車轍病害也最為嚴重。失穩性病害由于導致路面凹凸不平，其對行車安全影響最為嚴重，也是公路最常見的車轍病害問題，見圖3。

圖3 失穩定性車轍示意圖

2 瀝青路面車轍病害的原因分析

瀝青路面的車轍病害發生非常普遍，根據相關調研統計，發生車轍的路段占比50%以上，有些甚至全路段會有車轍病害，且車轍的深度從1～10 cm不等（見圖4）[2,3]。這些病害對行車舒適性造成了顯著影響，因此需要根據上述車轍病害類型，明確各病害的影響因素，以明確預防措施。

圖4 公路車轍病害現場圖

瀝青路面的車轍病害主要有瀝青材料、面層構造、外界環境三類主要影響因素。

2.1 瀝青材料

車轍的產生是汽車輪載與道路面層相互作用結果，如果瀝青強度較低、粘結性能差則產生這車病害幾率更大。綜合而言，瀝青材料及用量、礦料質量、骨料級配等原材料性質都會影響車轍的發生。

瀝青材料的質量直接影響瀝青粘結性能及其強度，而直接決定車輛作用下瀝青面層的抗裂抗剪切性，需要控制瀝青的針入度、粘稠度等指標控制瀝青性能。此外瀝青的用量則影響整體混合料的粘結性能，用量過多和過少都降低粘結性能，增大車轍病害風險。礦物質量也是重要因素，礦物特點決定了其摩擦角、粘結性、骨料間隙等，需要設置好配比并選擇優良礦物進行瀝青面層混合料配置。集料級配決定了瀝青面層的混合粘結性能及整體強度，骨料配置好使得瀝青在荷載作用下受力均勻，不出現應力集中而局部開裂。

2.2 瀝青面層構造

瀝青的面層構造對于瀝青路面的受力性能影響很大，采用剛性和半剛性瀝青面層的路面發生車轍病害較少，因為其高溫穩定性較好，抵抗剪切變形的能力強。圖5是瀝青路面在輪載作用下的受力性能及面層分區，在車輛荷載作用下與路面接觸的10～15 cm范圍內是高應力區域，該區域是各類面層病害發生的主要區域，車轍病害則是輪載作用下出現縱向和橫向剪切變形，如果面層剛度大則整體面層進行抵抗，就不會出現局部變形，因此車轍病害的產生概率也較小。但是注意到，如果路面層很厚，由于瀝青層粘結傳遞的有效性，會使得上部面層失去很好的約束，從而產生永久變形及車轍病害的概率增大。

圖5 瀝青路面的面層構造及輪載作用

2.3 外界環境作用

溫度和車輛荷載是瀝青面層車轍病害的兩個主要外界因素。

路面溫度影響瀝青混合料的抗變形能力，在高溫環境下瀝青的粘結性能變差且彈性模量降低，這直接使得瀝青面層的抗剪切變形效果差，也更容易發生車轍病害。長時間的高溫作用更是容易發生車轍病害，根據相關研究，路面溫度達到40℃車輛作用下的車轍病害顯著增加。車輛荷載作用是車轍病害必要因素，車輛作用于路面不僅包括豎向力還有制動和加速引起的縱向力，另外還有車輛振動引起的動力效果，這些荷載傳遞給車輪而轉移到路面層，當路面層抵抗力小于因此引起的荷載效應時，就會出現車轍病害。另外，重載車輛對路面的車轍效應是指數增長的。

3 車轍病害的修復與維護

瀝青路面出現車轍病害需要視病害發生情況進行修復，以避免這些病害進一步惡化面層的使用性能，降低這些病害對行車安全和舒適性的影響。

針對淺層車轍病害，即深度15 mm以內且分布范圍不廣的，這類病害會對行車形成稍小的干擾，會有些許不舒適。如果是繁忙行車路段或者高速公路，需要銑刨瀝青路面的中上面層，采用抗車轍性能好的材料重新鋪設面層；如果是普通道路，則可以視經濟情況修復，或者與其他路面病害集中時間修復。

針對中等程度車轍病害，一般病害深度在15～30 mm以內，此時行車具有明顯的振動和顯著顛簸，這類病害需要及時進行修復以避免引起路面層的唧漿等水損壞。修復可以銑刨中上面層，采用抗車轍性能好的材料進行重新鋪筑，也可以選用熱再生技術進行修復。

對于嚴重車轍病害，行車會有很大的安全問題，且車輛的通行效率很差，需要立即進行路面層的修復，以避免可能發生的交通安全。路面修復需要將全部面層重新鋪筑，如果路面基層也有病害則需要在重鋪之前處理好損壞基層。

4 瀝青路面車轍預防措施

被動的車轍病害修復并不能解決出現車轍病害的問題，還需要從源頭進行此類病害的預防，根據車轍類型、形成機理與影響因素，可以從以下角度進行車轍病害的預防。

（1）提高瀝青混合料的原材料質量把控。顯然瀝青材料及用量、集料特性及配比都對車轍病害的形成有直接影響，因此需要對這些材料質量進行把控。瀝青應選用粘結性能好、針入度低、高溫軟化點高的材料，這有助于改善混合料的粘結性能。控制好瀝青用量，根據馬歇爾方法進行最佳瀝青用量的確定，對于低速行駛重載交通路段，可以在最佳瀝青含量基礎上適當減少瀝青用量。骨料應該選用強度高、堅硬、粗糙、棱角性好的材料，并與瀝青材料具有很好的粘結性能，控制好針片骨料的含量。優化骨料的級配，根據當地交通狀況適當調整級配分布使之適應對應的交通荷載。此外，還可以在瀝青混合料中加入改性劑及抗車轍劑以改善瀝青混合料的路用性能，降低車轍病害。

（2）設計具有長壽命的瀝青面層結構。瀝青路面的各類病害問題使其使用壽命很低，且運營維護需要耗費較大的成本，可以引入長壽命瀝青路面的設計理念，使得瀝青各面層按照其功能進行受力如圖5，上部面層采用抗車轍性好、抗老化和耐磨損的面層材料，中間面層采用模量高抗車轍性好的混合料；下部面層主要考慮耐疲勞和抗水損壞問題；基層控制壓應變水平：如此，各個面層均能發揮其使用功效，延長路面層的使用壽命。

（3）考慮特殊爬坡路段的路面層設計。車輛爬坡過程中振動明顯且對路面的車轍效應顯著，特別是長大爬坡路段，這種低速、重載交通的作用，會使得原來的瀝青路面使用壽命大大折扣，設計中需要考慮這些因素。一方面，可以通過對道路線形的修改盡量降低長大爬坡路段，另一方面可以設置專用重車爬坡車道，并采用抗車轍性能好的水泥路面作為長大縱坡路段的面層結構。

（4）瀝青路面施工質量的管控。路面病害的另一關鍵因素是瀝青攤鋪壓實的施工質量問題，瀝青路面的施工中需要選用合適的碾壓機械和壓實組合，通過科學的混合料攤鋪、合理的靜動碾壓，減少面層材料施工中的污染，從而提高路面層的施工質量。

5 結語

車轍病害是瀝青路面的典型問題之一，在目前注重行車安全和舒適性的環境下，需要有效降低車轍病害的發生。論文探討了現有瀝青道路的車轍病害類型，對各種車轍病害的產生機理及特點進行了分析，總結了影響車轍病害的材料、結構和荷載因素，在分析病害處置技術的同時提出了預防車轍病害系列措施，提高瀝青路面的質量，保障道路行車安全和長期使用性能。

[1] 高立廣,尤光輝.瀝青混凝土路面車轍病害分析及防治措施研究[J].公路交通科技(技術版),2010,6(2):31-33.

[2] 周四.重載交通條件下瀝青路面車轍病害分析及預防措施[J].內蒙古公路與運輸,2015(1):51-52.

[3] 薛琳.瀝青路面車轍病害的影響因素及預防措施[J].交通世界(上旬刊),2016(11):50-51.

U418.6

B

1009-7716（2017）11-0122-03

2017-06-30

卓文靜（1990-），女，福建羅源人，助理工程師，從事高速公路養護與施工管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.037