某公路項目瀝青路面車轍病害檢測分析

龐承威

摘要 隨著我國基建事業的發展進步，瀝青路面的設計及施工技術也逐步成熟。現有一些老舊瀝青路面出現了車轍病害問題，不能滿足正常的交通運輸需要，亟須進行維修改造。基于此，文章論述了服役瀝青路面出現車轍病害的機理，分析了瀝青路面初期壓實階段、中期變形階段和后期失穩階段車轍病害的產生原因及防治建議，旨在提高后期瀝青路面的運營能力，確保設計方案能結合當地實際情況選擇最佳的瀝青混合料，為同類工程建設提供借鑒。

關鍵詞 車轍；動穩定度；永久變形；流動數

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0143-03

0 引言

車轍是道路在投入運營使用后，車輛在路面上逐漸形成的壓痕和沉陷。車轍指標是評價路面是否能正常使用的關鍵指標，也是后續道路養護的參考依據。車轍深度體現了路面瀝青混合料的動穩定度和永久變形指標的變化情況，直觀決定了車輛行駛時的安全性和舒適性。為避免路面出現車轍病害，可在混合料設計階段、施工階段和養護階段強化對抗車轍病害的措施落實，因此該文分析公路項目瀝青路面車轍病害的原因及對策，具有十分重要的工程實踐意義。

1 車轍病害的直接影響及深度計算方式

瀝青路面是由混合的集料和瀝青膠結料構成。在高溫環境下，瀝青表層容易老化，車輪碾壓時路面局部混合料也會出現推移，造成車轍病害的產生[1]。

車轍病害主要會產生以下幾方面的影響。①車轍會影響車輛行駛的橫向穩定性，使車輛變道難度加大；②車轍在降水作用下形成水坑，導致路面受損，危及行車安全[2]。車轍的深度δ是通過輪下的車轍深度D1和車轍兩側凸起的材料高度D2直接相加來計算的。公式為δ=D1+D2，見圖1。

2 工程概況

該公路工程建成通車時間為2012年，目前存在路面局部車轍、沉降、大面積龜裂及表層剝落等道路病害問題。為緩解車轍病害，2021年4月16日選取道路K0+200、K0+554和K0+805段進行現場檢測，并設置檢測點，通過使用3 m長的直尺測定車轍病害的深度及長度，具體檢測數據詳如表1所示。同時，在每個監測點實施3次取芯試驗并進行測量，比較面層厚度與原瀝青混合料的上下層厚度的差異。結果見表2。

3 車轍現象及防治建議

瀝青混合料在高溫和荷載的作用下，瀝青膠漿會發生流動，并破壞原有的礦質結構[3]。瀝青混合料的永久變形情況可以劃分為壓實初期、穩定中期變形和失穩后期破壞三個階段，詳見圖2。

3.1 壓實初期

在瀝青混合料面層未完全壓實的時候，過度追求平整度，容易出現車轍問題，且在道路運行初期表現更明顯。交通量突然增加或高溫季節到來時，瀝青混合料的空隙率會不斷降低，并在降到空隙率的極限后趨于穩定[4]。

瀝青混合料中瀝青所占比例過大時，路面流動性會增強，加劇了路面永久變形問題，“永久變形－荷載次數”拋物線呈現為“凸”形。實地考察道路的初始車轍情況，其病害位置主要出現在車行道輪胎周圍，兩側沒有凸起，只有凹面，除非車轍病害是由施工失誤造成的不正常情況，未在輪胎的接觸范圍內的車轍影響較小[5]。為防止路面出現車轍病害，應控制工程的碾壓施工過程。設計階段不應盲目追求平整度，而應綜合考慮路面壓實度情況，確保瀝青混合料的空隙率符合規范標準。

3.2 中期變形階段

道路正常運營的過程中，瀝青混合料呈現出半固態狀，有流動的特性，可將瀝青中的空隙填滿，導致瀝青混凝土出現略微的體積變化，直至緩慢變形。隨著時間的推移，瀝青混合料開始出現剪切變形，但其壓應變速率始終保持不變，因此可以將其視作穩定狀態[6]。

該階段，應加強瀝青面層的黏結措施，防止高溫作用下集料隨著車輛的長時間通行受到水平應力的影響，沿著行車的方向發生位移，逐漸形成推移病害。通常屈服應力可通過拉伸試驗測定，該試驗僅有單軸應力。當預測屈服應力合適時，可使用屈服準則進行判斷，具體見圖3。本質上瀝青混合料的黏性流動與液體的流動是一致的，瀝青混合料發生塑性流動時體積不發生變化，相應的泊松比v=1/2。

這類車轍病害的通常呈現出“V”形橫斷面，在車轍的長期作用下形成，病害范圍較廣，但車輪兩側的隆起不明顯。主要原因是我國通常使用半剛性材料處理基層，但路面材料多為瀝青混合料，會在高溫作用下出現流動性車轍[7]。為預防路面的中期變形，可引入新工藝，并使用改性再生材料等新材料來加強預防。

3.3 后期失穩階段

該階段，由于重型車輛的荷載過大，在長期道路運營過程中逐漸超出瀝青混合料的承載能力，道路達到穩定極限，擠壓了原有的粗骨料結構，導致路面的瀝青、膠漿等材料向車行道自由端流動，道路出現剪切形變，但未發生明顯的體積變化。當水平應力超過一定值時，應變會明顯增加，水平應力會先下降，再逐漸變為微小波動并基本不變[8]。

根據東南大學《瀝青混合料永久變形的三軸重復荷載試驗研究》可知，不改變道路原有瀝青面層結構時，可選擇四種不同級配的四種瀝青混合料試驗。四種聚合物分別為AC-13F、AC-13C、AC-16和AC-20，對比這幾種級配混合料的流動數變化情況，分析影響流動數變化的因素。流動數是指永久應變對荷載作用次數的變化率，應變率開始增大點對應的應變則為破壞塑性應變。表3為主要的級配形式。

經過三軸荷載試驗，研究瀝青混合料的流動數受不同溫度和水平應力的影響。試驗選取了40 ℃、50 ℃、

60 ℃下幾種溫度，水平應力為0.7 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa。經檢驗，溫度和水平應力分別為40 ℃，0.7 MPa時，可得出表4的試驗結果。

根據表4可知，在相同的空隙率條件下，瀝青用料占比越大，混合料的流動數越小；而在相同瀝青用料條件下，空隙率越大，混合料流動數小[9]。表5顯示了不同溫度、加載應力條件下，混合料流動數的變化情況，采用了荷載試驗法。

根據表5可知，相同應力作用下流動數隨著溫度的升高而降低，相同溫度作用下流動數隨著水平應力的增加而降低。

瀝青混合料損壞時，車輪對應的路面位置會出現下凹，而對應路面的兩側發生隆起。特別是彎道區域，道路在車輪的壓力下向外推擠，導致車道線形成彎曲的曲線，形成安全隱患。后期失穩階段路面病害形式為瀝青混合料發生流動，主要在道路交叉口、上坡、轉彎等位置出現，由于這些路段車行速度相對較慢，輪胎在接地時會出現較大的側向應力[10]。雙輪車行駛路段，車轍呈“W”形橫斷面，這些車轍病害會造成瀝青面層的推移，縮短道路的使用壽命。

4 結語

綜上所述，該文通過研究瀝青混凝土車轍的形成和破壞過程，分析了病害產生的原因。其中，主要外部原因是行車荷載和溫度等。主要內部原因有瀝青的級配、油石比和空隙率等。當道路瀝青混合料出現塑性形變時，應先進行屈服點檢測，通過混合料實際變形量畫出拋物線，以此為依據劃分車轍的不同階段，并預測路面后期失穩的破壞形式。通過研究上述路面病害問題，在瀝青面層施工前，先實地考察當地氣候條件，選擇最合適的瀝青類型，使用添加了抗車轍劑的改性瀝青混合料，以提高瀝青路面的穩定性，從而延長道路使用壽命。

參考文獻

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