瀝青路面車轍病害和防治措施的研究

(重慶交通大學 重慶 400074)

車轍病害是瀝青路面常見的病害之一。由于瀝青材料具有高溫軟化的特性，高溫環境中，瀝青路面基礎結構無法承受車輛的長期超荷載的作用，瀝青材料發生不同程度的位移，長期累積表現出無法恢復的永久變形形態。車輪不斷經過車轍后就會形成縱向凹陷破壞。目前，大多瀝青路面都出現了不用程度的車轍病害，影響了路面平整度和行車舒適感，增加了交通事故的發生概率。

本文根據車轍病害類型和形成機理，以及其產生原理分析車轍病害的主要影響原因，提出相對應的預防措施，通過早期控制減少車轍病害。

一、車轍病害類型和形成機理

車轍病害是由外部荷載及高溫作用和內部因素(混合料的性能、面層結構、材料特點等)引起的，根據病害的分布特征，確定車轍病害的主要類型有失穩性車轍、磨損性車轍及結構性車轍，這三種病害的形成機理是不同的。

(一)失穩性車轍。瀝青路面層在高溫環境時，由于車輛荷載作用以及混合料的穩定性較差，路基材料產生了位移，使得整體結構下陷，車輪作用位置附近出現隆起，形成失穩型車轍。這類車轍主要發生在重型車較多的路段和上坡路段，使得路面凹凸不平，對行車安全產生了很大的影響，是公路最常見的車轍病害。

(二)磨損性車轍。在車輛荷載反復作用和環境影響下，面層的頂層材料發生局部破損病害。這類車轍病害在輪載作用區面層的缺失，產生了下凹變形，橫向區域面層損壞比較少。此類車轍在超載路段會出現，在直接磨損路面比較顯著，常規輪胎作用下比較少見，所以磨損性車轍在瀝青路面中不常見。

(三)結構性車轍。路基變形產生的永久性路面變形，產生了顯著的路面下沉現象，即結構性車轍，這類車轍寬度較大，表現為輪載作用位置下沉，兩側沒有凸起，面層發生永久性下沉。由于路基變形、面層剛性差，此類車轍才會發生。在半剛性和剛性瀝青路面，結構性車轍比較少見。

二、車轍病害的成因

車轍病害的原因分為內因、外因和其他因素：

(一)內因。瀝青材料及用量、骨料級配、礦料質量等原材料性質都會影響車轍的出現，瀝青材料的質量決定了瀝青面層的抗剪切性和抗裂性，選擇針入度小，含蠟量低，軟化點高的瀝青能有效減少車轍損害；瀝青用量影響混合料的粘結性能，用量過多和過少都會增大車轍病害風險；骨料級配影響了面層粘結性能和整體強度，礦物質量也是一個原因，礦物特點決定了其粘結性、摩擦角、骨料間隙，這些都是車轍病害形成的影響因素。

(二)外因。溫度和車輛荷載是兩個重要的外界因素，荷載越重，輪胎氣壓越大，行車速度越慢，將會大大加快瀝青路面車轍的形成。車輛作用于路面包括豎向力還有制動和加速引起的縱向力，加上車輛振動引起的作用荷載，通過車輪轉移到路面層，路面抵抗力小的時候，就會出現車轍病害。氣候條件主要包括氣溫、日照、風、雨、地溫等，主要是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彈性模量降低且粘結性能變差，導致瀝青面層的抗剪切變形變差，容易發生車轍病害。

(三)其他因素。主要有路面基層及施工質量等，當路面基層有足夠的強度和穩定性時，車轍產生主要取決于瀝青面層和基層本身，因此，保證基層和面層的穩定性和強度可以防止瀝青面層車轍的產生。施工時壓實不充分，通車后車輛反復碾壓，使得高溫季節混合料壓密，空隙率不斷減小，一直到極限殘余空隙后才趨于穩定。會形成明顯的車轍。

三、車轍防治的措施

(一)預防措施。最有效的途徑是提高瀝青混合料的高溫穩定性。1.集料的特性。選擇粗糙、堅硬、棱角性好、高強度的潔凈粗、細集料，這種集料能夠有效和瀝青結合料相吸附，提高混凝土的耐久性和內摩擦力。盡量少選用針片狀顆粒，細長扁平集料在荷載作用下容易斷裂。根據當地交通狀況適當調整級配，使之符合對應的交通荷載。還可以在瀝青混合料忠加入抗車轍劑，改善混合料的性能，降低車轍病害。2.瀝青的選擇。根據馬歇爾實驗確定最佳瀝青的用量，在低速重載交通路段，在最佳瀝青含量基礎上作適當的減少。瀝青應當選擇針入度低、粘結性能好、高溫軟化點高的材料，以便于改善混合料的粘結性能。3.面層結構的設計。設計長壽命的瀝青路面層，上面層采用抗車轍性好、耐磨損的面層材料，中面層采用抗車轍性好模量高的混合料，下面層考慮水損害的問題，基層要具備一定的抗疲勞性和水穩性，使得各個面層發揮其功效，延長路面層的使用壽命。考慮特殊爬坡路段的路面層設計，車輛爬坡時的振動對路面車轍效應更為顯著，使得路面壽命降低。設計時要考慮這些因素，盡量降低長大坡路段。4.施工質量的控制。要嚴格按照設計要求進行瀝青混合料的拌合、運輸、攤鋪，注重面層攤鋪的均勻性，保持面層清潔，嚴格把控整個攤鋪過程。控制溫度和空隙率，采用合理的碾壓工藝提高壓實度，提高壓實質量。5.交通管控的加強。施工路段要封閉，避開高溫時段施工加強路面灑水工作，對施工機械和超載重載車輛嚴格控制，超過規定要求的車輛嚴禁上路。

(二)修復與維護。對于淺層車轍病害，即深度15mm以內且分布范圍不廣的，對行車形成的干擾比較少，有些許不舒適。如果是交通量大的路段或者高速公路，應該銑刨瀝青路面的中面層和上面層，使用抗車轍性能好的材料重新鋪設面層；若是普通的道路，可以視經濟情況修復，或者與其他路面病害一起修復。

對于中等程度車轍病害，病害深度為15～30 mm 以內，行車具有顯著顛簸和明顯振動，這類病害需要及時修復，才能避免引起路面層的更多病害，比如唧漿等水損壞。修復時可以銑刨中上面層，采用抗車轍性能好的材料重新鋪筑，還可使用熱再生技術進行修復。

對于嚴重車轍病害，車輛的通行效率很差，行車會有非常大的安全問題，需要立即進行路面層的修復，以避免發生的交通安全。路面修復時需要將全部的面層重新鋪筑，如果路面基層也有病害，應當在重鋪之前對損壞基層進行處理。

四、抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響

抗車轍劑是瀝青混合料添加劑，由多種聚合物復合而成，顏色為純黑色，顆粒狀固體。抗車轍劑不僅可以增加集料表面的粘附性，而且還可以填充骨料之間的空隙，形成更加密實的骨架結構，起到加筋作用，從而可以大幅提高瀝青混合料的高溫穩定性。

隨著抗車轍劑用量的不斷增加，瀝青混合料動穩定度和低溫彎曲應變呈線性增加，抗車轍劑的添加可以有效提升瀝青混合料的水穩定性，但其對瀝青混合料水穩定性的影響與高溫、低溫的影響不同，瀝青混合料殘留穩定度及凍融劈裂強度比并不是隨抗車轍劑的摻加而不斷增大，而是呈現先增大后減小的趨勢。