昆山道路車轍調查與處置措施應用研究

王恕超

（昆山市交通運輸綜合行政執法大隊， 江蘇 昆山 215300）

0 引言

近年來，昆山道路進入大規模運營期。在道路試運營兩年后發現，有的道路車轍深度可以達到20mm以上，超過車轍深度的認定標準10mm，車轍已成為影響道路使用安全和舒適度的主要因素，這不僅與交通建設高質量發展不符，也與品質工程創建目標要求相悖。鑒于此，本文立足于昆山道路常見的結構性車轍類型，多角度分析車轍出現的各種原因，在343省道灌入式復合路面運用的基礎上，提出今后道路建設預防與養護處置建議，為進一步預防車轍病害，提高道路養護質量、壽命奠定基礎。

1 路網調查

此次路網調查共針對昆山市6條典型路段的路面鉆芯，共計獲取路面芯樣36個。路面試驗共包含芯樣抽提、厚度、馬歇爾穩定度、密度以及高溫抗剪性能等5項試驗或指標。抽提試驗表明，SMA-13級配總體偏細，特別是篩孔4.75mm與2.36mm通過率接近上限，不利于形成具備抵抗高溫變形破壞的骨架嵌擠結構。芯樣厚度測試表明，各結構層在荷載與高溫的耦合作用下均由于抗剪強度不足出現了橫向剪切流動的現象。SUP-13上面層在荷載作用下的高溫變形現象相對更為顯著。SMA-13上面層的抗高溫剪切性能相對較好，車轍變形受該結構層的變形作用影響較小，路面結構高溫變形主要受中、下面層的累積變形所致[1]。路網調查結果表明昆山常見的車轍類型為結構性車轍，與外觀調查情況一致。

2 原因分析

2.1 結構類型

目前，昆山主要道路為三層瀝青結構型式，即4cmSMA-13/SUP-13+6cmSUP-20+8cmSUP-25。這種結構可以較好保證道路使用年限，提高行車舒適性。但是由于柔性結構層厚度過大，繁重的交通流量易增加道路結構性失穩，造成車轍。其次，SMA與SUP瀝青結構要求不同，SMA對原材料的要求比較高，這與瀝青添加過多、集料嚴控開采的市場現狀不符，無法發揮SMA結構優勢。另外，瀝青結構型式相對單一，道路實際運營情況無法與之相協調，加劇部分路段尤其道路交叉口車轍。

2.2 建設過程

目前，昆山交通在建項目普遍存在上面層未攤鋪便提前開放交通的情況，這種情況也會過早引起路面車轍問題。由于中面層溫度最高，路面車轍常常出現在路面以下5～10cm左右的位置，設計一般在中面層采用改性瀝青，添加抗車轍劑[2]。在中面層行車，車轍影響深度變換到下面層，下面層設計采用基質瀝青，無抗車轍劑，這樣更容易產生車轍。另外，有時剛剛施工完成的瀝青路面便急著開放交通，較高的瀝青溫度使路面還不能有效抵抗車輛荷載，給路面造成不可恢復的傷害，尤其在路面車轍預防方面。

2.3 交通流量

渠化交通相當于增加了通過路面相同部位的交通量和作用時間，由于交叉口是分道行駛的，直行、轉道車輛相對比較集中，車轍現象更加嚴重[3]。尤其往往提前開放交通，同向路幅被臨時改造成雙向通行，更是加劇了車輛集中渠化通行，更易引起車轍。

2.4 氣候條件

瀝青路面時刻與外界進行著能量交換，路面內部也不停進行著熱傳導（見圖1）。昆山地區夏季炎熱，氣溫對車轍的影響主要表現在瀝青路面的溫度變化上，有資料顯示，在40～60℃范圍內，瀝青混合料的溫度每上升5℃時，其變形將增加2倍[2]。溫度越高，形變越大，抗高溫穩定性能越不易發揮，在車輛剎車、起動的剪應力作用下，加速產生車轍。昆山地區夏季氣溫最高可達40℃，反映到瀝青路面上可達60℃（見圖2）。一般基質瀝青的軟化點在45℃左右，改性瀝青可高20℃，為65℃左右，這樣，路面的表面溫度可能達到其軟化點，當提前在中面層行車時，尤其在高溫夏季，下面層的基質瀝青抵抗不了夏季高溫，從而引發車轍，所以下面層瀝青采用改性瀝青在交叉路口顯得尤為重要。

圖1 道路內部、外部環境之間的相互輻射熱傳導

圖2 路面溫度隨一天時間的變化規律圖

3 工程探索及應用

最初的探索是從在路口70～100m范圍內向瀝青混合料中添加一定比例的抗車轍劑開始的，如路孚8000。隨著施工條件、交通流量、路用材料的不斷變化，僅依靠瀝青改性已達不到預期效果，尤其是瀝青、集料等重要原材料的性能“劣化”，有必要升級現有的瀝青結構型式。為此，首次對343省道昆山段涉及的27個道路交叉口進行方案再完善，在一般路口采用較為傳統的車轍防治措施，即在中面層添加總摻量0.4%的路孚8000和全效高性能改性劑添加劑；在主要交叉口（黃浦江路、長江路）分別采用灌漿復合路面。

343省道昆山段主要交叉口施工方案見表1。

表1 343省道昆山段主要交叉口施工方案

灌入式復合路面是整合水泥與瀝青路面各自優點，在大空隙（空隙率最大可達33%）的瀝青路面中灌入一定量的水泥基灌漿材料，復合形成能夠共同抵抗車輛荷載的路面型式，具有“剛柔并濟”的特點。其性能對比如表2。

表2 各路面結構抗車轍性能及使用年限對比

灌入式復合路面施工包括基體瀝青面層的鋪筑和灌漿材料的灌注兩個主要階段。由于灌入式復合路面設計理念不同，其施工方法也不同于一般瀝青路面的施工方法，主要施工程序如圖3所示。特別注意的是，灌漿材料的施工溫度為瀝青混合料冷卻至40℃以下之后[4]。

圖3 施工程序

該路段的車轍處理已過去一年有余，目前并未出現常見的道路車轍，長期的使用效果需進一步的觀察測試。

4 相關建議

4.1 材料耐久性研究

材料的優劣是決定瀝青混合料路用性能最重要的一個因素，瀝青作為膠結料在所有材料中扮演著重要角色，不僅如此，不同于集料的客觀性，瀝青材料具有較大的主觀能動性，可以通過化學添加達到各項指標要求。這種達標極不穩定，可能只適用于一段時間，所以有必要對瀝青膠結料做長期的耐久性研究。如觀察同一批次瀝青在經歷7天、1個月、半年乃至一年后的指標變化情況，觀察同一批次瀝青在更高溫度下的指標變化情況，嚴格把控瀝青在更多條件下的指標性能。同時要加強瀝青微觀研究，尤其是瀝青的組分研究，掌握瀝青組分對瀝青高溫穩定性能的影響。

4.2 結構研究

在昆山中環建設以前，瀝青路面結構型式多以SUP為主，并有近10年的應用經驗。SMA瀝青路面因其在低溫、高溫性能方面賦予更好的使用性能，昆山中環之后，瀝青路面結構型式逐步向SMA靠近。然而經過6年的應用發現，昆山地區的瀝青路面車轍出現頻率不降反升，甚至每條路都逃不出車轍的影子。對比SUP與SMA兩種路面研究背景，SUP是美國于superpave計劃研究后提出的，意在解決集料不滿足現行使用要求的情況，對瀝青路面使用性能提升不大；SMA是上個世紀60年代德國提出的，主要目的是解決路面車轍。但SMA對瀝青、集料以及礦粉等材料的品質要求很高，與材料市場的供應現狀存在差距，集料的部分指標合格率普遍偏低，而瀝青中加入太多的添加劑，雖然指標滿足要求，但其實際效果不太理想，有些技術人員常常反映現在的瀝青不如以前的那么“粘”鞋。SMA雖然具有較好的高溫穩定性，由于優質原材料的匱乏使得性能無法發揮；SUP高溫穩定性優勢不太明顯，但是其對材料的依賴程度相對較低使得性能容易保證。

4.3 設計建議

轉變以往昆山路面主車道設計首選三層的思路，根據交通量的實際情況進行設計，除結構層次要做相應的調整外，結構厚度也要差異化設計，設計理念要與“強基薄面”相適應，結構厚度的降低也會影響瀝青路面車轍的產生。另外可以嘗試在道路交叉口添加一定量的再生料以增加瀝青粘度，提高瀝青混合料高溫穩定性；也可以借鑒高速收費口的做法，將交叉口的瀝青路面設計改成水泥路面；考慮到社會車輛提前在中面層通行，建議在道路交叉口位置的下面層也要使用改性瀝青，并添加同比例的抗車轍劑。

4.4 預防性養護

道路的最終運營質量還得在“養”，尤其瀝青上面層直接與過往車輛、空氣相接觸，受車輛荷載、氣候因素影響很大。針對交通流量提前制定養護方案是預防性養護的根本。尤其很多道路同時推進，周圍道路肩負起分流作用，部分道路交通流量猛增，一些大型社會、施工車輛往返。所以要根據相應的工程計劃、繞行路線、車輛類型等確定預防性養護方案。此外，當道路進入車轍破壞前期，適當采取預防措施，也能防止車轍進一步加深，保證行車安全。

4.5 更多試驗研究

根據車輛類型、交通量的發展趨勢，進行更多的試驗研究，如三層改性瀝青、三層添加抗車轍劑、加入再生瀝青、兩層瀝青路面、水泥路面等。根據實際使用效果，確定不同路段的處置方式，做到科學謀劃、精準施策。當然在新嘗試的同時要進一步加快標準研究，使各項應用有標準可循，有政策可依。另外，加強343省道昆山段灌入式瀝青路面的車轍觀測，不斷積累成功經驗。