江蘇省普通干線公路車轍成因及處治技術(shù)研究

張南童，吳 超

江蘇東交智控科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000

路面產(chǎn)生的車轍容易導(dǎo)致瀝青層厚度變薄，降低了路面結(jié)構(gòu)層整體強(qiáng)度，容易產(chǎn)生其他病害。同時(shí)雨天車轍內(nèi)的積水影響高速行車的安全，產(chǎn)生交通安全事故。因此，車轍的出現(xiàn)將會(huì)嚴(yán)重影響路面的結(jié)構(gòu)性能、安全性能和使用服務(wù)質(zhì)量，必須引起高度重視。

1 車轍產(chǎn)生機(jī)理分析

瀝青路面車轍主要發(fā)生在高溫季節(jié)，是路面在車輪荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生豎直方向永久變形的積累。在車輛和溫度荷載的反復(fù)作用下，車轍的形成大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：（1）瀝青混合料壓密階段，高溫下半流動(dòng)狀態(tài)的瀝青及膠漿被擠進(jìn)集料之間；（2）瀝青混合料流動(dòng)階段，高溫下瀝青混合料成為以黏性為主的半固體，瀝青及瀝青膠漿開始流動(dòng)，路面壓縮變形；（3）骨料重排及破壞階段，高溫下處于半固態(tài)的瀝青混合料中的粗、細(xì)集料骨架在荷載直接作用下，沿集料間接觸面滑動(dòng)，促使瀝青及膠漿向富集區(qū)流動(dòng)，以至流向混合料自由面。由此可見，車轍形成的最初原因是壓密及高溫下瀝青的流動(dòng)，最后導(dǎo)致骨架的失穩(wěn)。

根據(jù)車轍成因不同，主要可分成以下四種類型：（1）結(jié)構(gòu)型車轍，由基層及路基變形引起，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面呈U形；（2）失穩(wěn)型車轍，在荷載反復(fù)作用，由路面流動(dòng)變形不斷累積形成，兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象，內(nèi)外側(cè)呈非對稱形狀，橫斷面呈W形；（3）磨耗型車轍，由瀝青路面頂層材料在車輪磨耗和自然環(huán)境因素下不斷地?fù)p失形成；（4）壓密型車轍，由瀝青路混合料進(jìn)一步被壓密引起的，呈V形或W形，但兩側(cè)沒有隆起。

2 車轍成因分析

為了深入分析江蘇省車轍深度的分布狀況，根據(jù)氣候、溫度及交通量情況將江蘇省劃分為蘇南、蘇中和蘇北三個(gè)區(qū)域，其車轍深度指數(shù)大小順序?yàn)樘K北＞蘇中＞蘇南，文章主要考慮江蘇三個(gè)區(qū)域的溫度、交通量，從外部因素對車轍成因進(jìn)行了分析。

2.1 溫度

由于瀝青路面結(jié)構(gòu)處于自然環(huán)境中，氣溫對瀝青路面溫度場的影響最為顯著。通過對江蘇省各區(qū)域近幾年的氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，蘇南、蘇中和蘇北地區(qū)的溫度梯度比較明顯，各區(qū)域溫度差異基本在1℃范圍以下，蘇南地區(qū)平均溫度最高，蘇北地區(qū)相對較低。江蘇省三個(gè)區(qū)域的最高氣溫、最低氣溫和年平均氣溫關(guān)系為蘇南＞蘇中＞蘇北，結(jié)果與車轍深度規(guī)律相同。由此可知，溫度與車轍深度之間存在一定的正比關(guān)系，即路面車轍深度隨著溫度的升高而逐漸增大，各區(qū)域車轍深度與溫度的關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 各區(qū)域車轍深度與溫度的關(guān)系圖

2.2 交通量

交通量越大，車輛對瀝青路面的作用時(shí)間和頻率越大，導(dǎo)致瀝青混合料的彈性變形得不到有效恢復(fù)，蠕變加劇，從而導(dǎo)致路面產(chǎn)生車轍病害。

2019年江蘇省三個(gè)區(qū)域年平均日交通量大小關(guān)系為蘇南＞蘇中＞蘇北，結(jié)果與車轍深度規(guī)律相同。由此可知，交通量與車轍深度之間也存在一定的正比關(guān)系，隨著交通量的增大，路面車轍深度逐漸增加，各區(qū)域車轍深度與交通量的關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 各區(qū)域車轍深度與交通量的關(guān)系圖

3 車轍處治技術(shù)

普通干線公路中出現(xiàn)的車轍病害總體相對較輕，基本為穩(wěn)定型車轍，主要采取的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施包括封層類、微表處、罩面類。

3.1 稀漿封層類

2015年針對S230省道蘇州段K56+000～K59+000段上下行路面采用稀漿封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行了處治。實(shí)施稀漿封層技術(shù)養(yǎng)護(hù)后，原路面車轍深度狀況有了明顯的改善，下降49.2%。然而，隨著時(shí)間的增長，車轍深度相對平穩(wěn)。截至2019年，車轍深度達(dá)到了處治前的81.1%，說明實(shí)施稀漿封層技術(shù)作為車轍處治手段，可減緩車轍2～4年。車轍深度歷年檢測結(jié)果如表1所示。

表1 車轍深度歷年檢測結(jié)果 單位：mm

3.2 微表處技術(shù)

S332省道金湖段K199+800～K200+800進(jìn)行了微表處施工，2017年對實(shí)施路段進(jìn)行了跟蹤觀測，觀測數(shù)據(jù)如表2所示。結(jié)果表明，微表處可以改善路面車轍狀況，增加行車安全性。試驗(yàn)路段運(yùn)營兩年的時(shí)間里未出現(xiàn)明顯的車轍，主要的病害為龜裂和橫向裂縫。

表2 微表處試驗(yàn)路觀測數(shù)據(jù) 單位：mm

3.3 罩面類

為研究罩面類處治技術(shù)對車轍的處治效果，筆者跟蹤研究了S340省道四種罩面技術(shù)的應(yīng)用效果。經(jīng)過兩年的運(yùn)營，未出現(xiàn)明顯的路面病害，各類型罩面處治后路面車轍深度歷年檢測結(jié)果如表3所示。

表3 各類型罩面處治后車轍深度歷年檢測結(jié)果 單位：mm

實(shí)施不同罩面技術(shù)養(yǎng)護(hù)后，原路面的車轍深度均取得了較為明顯的改善。根據(jù)實(shí)施前后歷年的檢測數(shù)據(jù)分析可知，在實(shí)施養(yǎng)護(hù)后的第四年，路面各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了較好的水平，基本優(yōu)于處治前的水平，根據(jù)其發(fā)展趨勢預(yù)測罩面技術(shù)可延長路面使用壽命5～7年。

4 結(jié)束語

文章主要對江蘇省普通干線公路瀝青路面產(chǎn)生的車轍成因進(jìn)行分析，并對已實(shí)施不同養(yǎng)護(hù)路段的車轍深度指標(biāo)進(jìn)行跟蹤調(diào)查，分析其路面車轍性能指標(biāo)變化趨勢，評價(jià)不同技術(shù)的應(yīng)用效果，分析結(jié)果后認(rèn)為，路面車轍深度隨溫度的升高、交通量增大而逐漸增大。