SMA 路面車轍成因與防治措施

張俊雅 許昌華通路橋監理檢測有限公司

一、SMA 強度形成機理

SMA 是瀝青瑪蹄脂碎石混合料的簡稱，粗集料、細集料、礦粉、瀝青、纖維穩定劑是構成SMA 的主要原材料。作為骨架密實型結構，SMA 混合料內粗集料含量相對較多，高溫條件下，粗集料是承荷主體。由于SMA 集料內填充了大量瀝青，低溫條件下，瀝青瑪蹄脂黏結作用良好，因此，SMA 路面具有良好的路用性能。

SMA 路面車轍的形成可以從兩個角度分析，其一，微觀層面。普遍認為車轍是在外界荷載作用下形成，結構應力克服了混合料內部分團粒的黏接力作用而產生位移現象。受荷載長期影響，位移愈加嚴重從而形成路面車轍變形。

其二，宏觀層面。剪切變形是造成車轍病害的主因。按照壓桿失穩原理，在材料選定的基礎上，可通過加大構件約束來進一步提升構件的抗壓強度和穩定性。粗集料是瀝青混合料中瀝青、膠泥黏接力的主要約束成分。于SMA 混合料來講，其黏彈塑性性質較為顯著，因此，只有選擇性能良好的集料，才能保證黏結力滿足要求，才能發揮材料強度，提高結構抗變形能力。因此，可認為材料黏性性質是高溫車轍變形和低溫開裂的主要原因。

二、工程概況

某公路工程全長43.42km，為SMA 路面，通車5 年后出現了不同程度的病害，其中車轍病害最為嚴重。據實地調查可知，車轍多集中出現于行車道，其他車道車轍數量少，且深度較淺。究其原因，行車道超載重載、渠化交通現象較為嚴重，為更好了解路面車轍情況，決定選取典型路段進行調查分析。

三、SMA 路面車轍檢測及成因分析

為測量車轍深度，選取3 個路段，即K10+700～K10+760、K11+500～K11+580、K18+000～K18+080，每 段60m，每 隔20m為一個測量單元，3 段共180m，通過測量取車轍深度平均值。結果如下：

1. K10+700～K10+760 段，車轍深度范圍為10.54～11.30mm，平均值為10.79mm；

2. K11+500～K11+580 段，車轍深度范圍為20.04～21.24mm，平均值為20.66mm；

3. K18+000～K18+080 段，車轍深度范圍為10.64～12.30mm，平均值為11.45mm。

為觀測行車道上的車轍分布情況，通過位移傳感器等儀器，選取6 個行車道橫斷面，沿橫斷面方向每隔20cm 對車轍情況進行測量。圖1 為K10+720 處斷面車轍橫向分布情況。

由此可見，車轍部分基本上是以車道中線為中心呈對稱分布形式，最大車轍出現在中軸線兩側1m 處，此部位受行車荷載的概率最大，表明SMA 路面車轍產生的主要原因在于渠化交通。

為了解車轍病害嚴重程度，決定采用鉆芯取樣法進行測定。選取4 個典型道路斷面，以車轍部位、隆起部位鉆取芯樣，并以停車道位置的芯樣試驗結果為標準進行對比分析。所得數據如表1 所示。

由表1 可知，車轍已貫穿于各個面層，中、下面層較大，而上面層最小。說明中、下面層厚度變化是引起車轍的重要原因之一。其原因在于上面層要與自然環境、行車荷載等直接接觸，在材料選擇方面，多采用改性瀝青、優質集料等。高溫條件下，其黏結強度較好，同時瀝青混合料還具有較高抗剪強度。相比之下，雖然中、下面層不直接承荷，但其剪應力較大。尤其是在氣溫較高的環境中，中、下面層受到的溫度遠遠在瀝青軟化點之上，這種情況下，將大大降低瀝青混合料的黏度和抗剪強度。

四、SMA 路面車轍防治措施

（一）規范施工流程

（1）上面層施工準備

SMA 面層鋪筑前，需根據車轍深度進行中、下面層處治。車轍深度在10～15mm之間，需銑刨中面層。車轍深度在15mm 以上，則銑刨中、下面層。按不同車道、路段實際車轍深度進行路段具體劃分，為便于后期攤鋪施工，施工段最小長度不得低于400m。

（2）SMA 混合料拌和

按照相關規定要求進行SMA 混合料拌和。當天拌和施工前，需詳細檢查拌和設備的運行狀態，保證冷、熱倉進料均可滿足設計要求。開盤拌和前，需合理控制集料溫度，待2～3 次干拌后去除廢料，隨后進行正式拌和施工。若存儲時間太長，極易出現瀝青析漏情況，因此，每天拌和好的混合料盡可能當天使用完。拌和過程中，可同時向拌鍋內放入各類粗、細集料、木質素纖維，均勻攪拌，隨后將瀝青、礦粉材料投入，一般可在45s 以上控制濕拌時間。整體拌和時間在70～75s 之間。

（3）SMA 混合料運輸和攤鋪

選取專用汽車運輸SMA 混合料，并將篷布覆蓋在車頂，避免混合料在運輸過程 中離析、溫度損失過快。攤鋪前，還要灑布粘油層。同時，為保證攤鋪質量，可選取無接觸自動找平裝置進行SMA 混合料攤鋪平整度控制。保證攤鋪連續進行，盡可能不間斷。此外，還要控制好攤鋪速度，為2.0～2.5m/min 之間。

表1 芯樣厚度與各層厚度（cm）

（4）SMA 混合料碾壓

于瀝青路面耐久性而言，壓實度是檢測的主要指標。若混合料壓實不充分，即便是混合料配合比合理同樣不能有效發揮路面的最佳使用性能。因此，必須重視SMA 混合料碾壓施工。根據施工要求，SMA 混合料不宜采用膠輪壓路機，一般可采用剛性碾碾壓。結合工程實際，初壓時進行1 遍碾壓，復壓時可采用振動壓路機進行3 遍振壓施工，隨后采用振蕩壓路機進行2 遍振壓。終壓時可通過振動壓路機進行靜壓收面。

此外，還要注重路面平整度問題，例如，提前處理中面層凹凸不平處，直至符合設計要求。在路面未冷卻結硬前，任何機械設備不得停放其上。

（二）加強質量控制

（1）路面灑水降溫。高溫將會嚴重影響瀝青模量，在低溫30℃以下，基本上不會出現較大車轍病害。若路面長期處在高溫環境下，受行車荷載影響，路面極易產生車轍。因此，路面車轍產生的直接原因在于持續高溫天氣，因此，在道路建成通車后，需采取適當措施有效控制路表溫度，如路面灑水降溫，季節不同，地區不同，灑水次數也有所差異，可根據當地溫度確定灑水次數，以此達到降低路表溫度的目的。

（2）做好日常養護。嚴格按照現行技術標準進行SMA 路面日常養護。根據路段實際情況，選擇合適的機械，采用機械化養護方案高效處理各種路面問題，同時采取一定技術開展路面使用性能檢測工作，及時掌握路面健康狀態，便于更好地開展養護工作，改善路面使用性能，提高車輛通行的舒適性和安全。

五、結語

綜上所述，近年來，隨著我國社會經濟的迅速發展，作為重要的基礎設施工程，公路建設事業也取得了令人矚目的成績。SMA路面作為高等級公路常見路面形式，在行車荷載和自然因素的長期作用下，SMA 路面早期病害問題日益嚴重，其中車轍最為嚴重，若不及時采取措施進行處治，將嚴重影響路面使用性能。為此，必須結合工程實際情況，找出SMA 路面車轍產生原因，才能有針對性地采取措施進行處理，從而提高路面質量。