浅析沥青路面病害之车辙和对策

李公平　张德珏

（巩义市万通公路规划勘测设计有限责任公司，河南 巩义 451200）

【摘要】车辙沥青路面常见病害之一。分析了车辙的分类与成因，提出了相应的治理措施。并结合实际应用提出了沥青混合料的设计控制要素。

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关键词 沥青路面病害；车辙；设计；路面施工

0　总述

沥青路面的损害有裂缝类、变形类、耗损类和其他四类。而其中变形类中的车辙损坏是高级沥青路面的主要破坏形式。据统计，在高等级公路或交通繁忙的二级公路上，车辙及由车辙引起的推移占据路面损坏的30%。按照车辙产生的原因来划分，车辙可分为磨耗型车辙、 结构型车辙、失稳型车辙三大类。磨耗型车辙是由轮胎磨耗和环境条件综合作用下，路面磨损，面层内集料颗粒逐渐脱落而产生，尤其是在撒铺防滑料时，磨耗型车辙会加速发展；结构型车辙是基层等路面结构层或路基强度不足，在交通荷载的反复作用下而产生的永久变形，使之反射于路面而形成；失稳型车辙则是由于沥青结构层在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移而发生。通常集中在轮迹处。

1　车辙成因的综合分析

沥青路面的车辙其成因总体来说可分为外部环境因素和内部混合料因素两个方面：

1．1　外部环境因素

外环境因素主要包括高温、重荷载、渠化交通、车流量、车速、路面纵横坡的影响。其中高温和重荷载是两大影响最大、最普遍的因素。由长大纵坡、车速缓慢而引起的车辙和推移也不容忽视。

1.1．1　高温对车辙的影响

荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下施加荷载的压密蠕变过程。温度越高，沥青混合料的劲度模量就越低，抗车辙的能力就越小。研究表明，处于45℃以上的沥青路面受交通荷载作用最易造成较大的车辙。例如，调查发现某国道二级干线公路在每年的4~6月份中K674+300~K676+500段左侧发生的严重车辙加推移现象。而当地的气温统计表明，每年的4月份受日照辐射的影响，气温开始升高，至6月份最高，极限温度可达41.7℃，沥青路面温度可达五、六十度，甚至更高。该温度已超过了沥青的软化点温度。沥青混合料在持续高温环境下，粘聚力降低，导致了沥青路面出现了严重的车辙。

1．1.2　重载和交通量的影响

调查发现，车辙严重的路段超重载汽车所占比例较大，对于超载重车，沥青路面的二次压密现象突出，原沥青混合料面层的空隙率大时，这种现象就更加突出。车辙就易出现。

1.1．3　渠化交通的影响

在道路的交叉口，特别是有控制信号灯的交叉口，停车极易区域形成较为明显的车辙。

1．1.4　长大纵坡的影响

超重载货车在上坡路段的速度一般为20km/h。车辆如果以100km/h的速度行驶，对路面沥青层的作用时间约为0.02s，如果行驶速度只有20km/h，对路面沥青层的作用时间约为0.1s，而沥青混合料的蠕变就是由加载时间决定的。据计算，纵坡为6%，横坡为2%的路段，载重为10吨的载重车比平坡多克服0.63吨的惯性下滑力。相应的沥青混合料所承受的剪应力也大幅提高。这就是长大纵坡爬坡段出现车辙与推移的主要原因。

1．2　内部沥青混合料的因素

1．2．1　路面结构设计

采用密实悬浮结构在高温的作用下，沥青混合料的粘度降低，在车辆荷载的作用下极易产生车辙。

1．2．2　原材料的影响

（1）沥青的影响

沥青混合料的高温劲度取决于沥青的劲度。沥青在高温和长时间荷载作用后，劲度随时间急剧下降，随着温度上升，沥青的稠度降低，其劲度也随之降低。低劲度模量的沥青往往易导致混合料劲度的降低。

（2）矿料级配颗粒形状及表面特征的影响

矿料的级配影响着沥青混合料的内摩阻力，洁净、具有良好颗粒形状、表面粗糙和压碎值小的矿料组成的沥青混合料具有较好的粘聚力。在掺入沥青之后，矿粉的含量决定了矿料与沥青的粘聚结合力。反之，如果矿料中矿粉含量过大，则沥青与矿料的粘聚结合力就低，抗车辙能力就弱。

1．2．3　沥青用量的影响

沥青用量越大，矿料颗粒间游离的自由沥青就越多，混合料间的粘结力就越低，沥青混合料难以压实，易出现松散、离析现象。在高温、轮荷载作用下，车辙极易出现。

1．2．4　沥青混合料空隙率的影响

文献[4]中对“空隙率对车辙的影响”进行了研究。得出了“当沥青混凝土路面空隙率小于2% 时, 或者在4% 左右时, 对于其抗车辙性能是极为不利的”结论。

1．2．5　沥青路面层间结合

沥青路面层间滑动或松散则易造成路面结构的丧失效应。沥青层间抗剪能力降低，沥青混合料因应力重分配而使得沥青混合料失稳移动。而在结构层间设置透层沥青或粘层沥青则能有效的减少层间滑动现象。沥青路面只进行面层补强时尤其注意这方面的问题。因为补强前，沥青面层已使用很长时间，表面已趋光滑，抗滑力下降。故在重新补强前应采取措施，如铣刨、拉毛、增撒粘层沥青或加铺土工织物等，来增加层间的摩阻力。

1．2．6　施工工艺的影响

施工配比与设计配比不一致、原材料及拌合质量不高、碾压机械组合不合理、混合料温度及碾压温度控制失当等原因均会对车辙的产生产生影响。

2　沥青路面车辙的防治措施

由于产生车辙的因素众多且较复杂，除外部影响因素重载、超载可以人为控制外，其余均不能有效控制，故只能采用其工程措施及改善沥青混合料性能施工工艺着手来解决。

2.1　沥青混合料配合比设计

文献[4]提出了以车辙指标表示道路的通行能力，并以此指标的设计弯沉与临界车辙的弯沉之差来确定薄层沥青罩面的厚度。推荐对有车辙又有推移的路段采用双层表面处置的方法来解决。

文献[5]采用了GTM成型方法对沥青混合料进行设计，并与马歇尔成型法进行了对比。得出用GTM试验的方法设计出的沥青混合料配合比优于马歇尔试验的方法。以AC-13的油石比为例，GTM法的最佳沥青用量为4.12%，而后者则为4.31%，差异达4.61%。高温抗车辙性能试验对比也表明，沥青混合料的密度前者较后者提高了2.64%，动稳定度远高于马歇尔试验，比规范规定值大幅提高。文献[6]中指出：“沥青混合料的高温抗车辙能力有60%依赖于矿料级配的嵌挤作用。沥青混合料则提供40%的抗车辙能力。”他建议在矿料级配设计时增加粗集料的含量，降低细集料的含量。天然砂掺量增加1%，沥青混合料的动稳定度则降低4%，同时还建议，对超重载路段的面层限制或不用天然砂，而用级配良好的机制砂代替，其0.075㎜筛孔的通过率应严加控制。试验证明，矿粉与沥青用量之比宜控制在1.8~2.0。

综上所述，沥青混合料在进行配合比设计时应采用间断级配。文献[4]中建议，关键的4.75 mm 筛孔通过率最好要小于30% , 2.36 mm～1.18 mm 筛孔的石料含量最好低于3% , 这样级配曲线呈S 形, 石料嵌挤作用强。

2．2　空隙率

降低沥青混合料的空隙率，可以降低车轮对沥青混合料的二次压密，从而降低车辙出现的风险。文献[5]和文献[6]的试验均证明了这一点。在此不再赘述。

2．3　沥青用量

控制好沥青用量是预防车辙的关键措施之一，文献[4]建议在高温地区沥青用量应在最佳沥青用量的基础上降低0.3%左右。这样有助于提高沥青混合料的动稳定度，从而改善抵抗车辙能力。从上述的GTM法与马歇尔法的试验也已证明。

2．4　沥青混合料中加入抗车辙剂，提高其抗车辙性能

文献[4]中对掺入木质素的沥青混合料和不掺入木质素的沥青混合料进行了对比试验，掺入沥青用量的3%的木质素沥青混合料的动稳定度值是未掺入木质素的2倍。

文献[4]中对掺入0.35%和5%抗车辙挤的沥青混合料的60℃动稳定度进行了测试，测试结果分别是6000次/㎜和8000次/㎜以上，并与改性沥青混合料的60℃动稳定度进行对比。对比表明，掺入抗车辙剂后的沥青混合料的弯拉模量和劲度模量都有所提高。

因此，在沥青混合料中加入抗车辙剂，可以大幅提高沥青混合料的抗车辙性能。

2．5　旧沥青路面车辙处理方案

旧沥青路面除采用微表填补技术，铣刨技术和铣刨加铺技术外，还应对长大纵坡的车辙段做加铺土工布织物处理，以提高结合面的抗弯拉及抗剪能力。

2．6　施工工艺

2．6．1　拌合质量控制

（1）矿料的级配控制

为了尽可能减小设计级配与实际级配之间的差异，在正式出料之前，应进行试拌，试拌时混合料级配应与设计配合比一致。

（2）沥青混合料的出料温度控制

沥青的加热温度在160℃~165℃之间，矿料加热温度在170℃~190℃之间，沥青混合料的出料温度在160℃~165℃之间。

2．6．2　运输

运输时沥青混合料应进行覆盖保温。

2．6．3　摊铺与碾压

摊铺时沥青混合料应均匀一致，避免混合料离析。一定要制定合理的碾压方案、合理的机械组合、合适的混合料碾压终了时的温度。

3　工程实践

前例的出现车辙的长大纵坡路段的治理措施为：

（1）挖出出现车辙的路段。加固路测的边沟与硬路肩，以增加其抗推能力。

（2）铣刨下伏的老沥青路面，撒鋪粘层沥青。在车辙和推移路段钉铺土工织物。

（3）按照前述方法重新设计沥青混合料配比，并加入抗车辙剂。

（4）做好施工。特别是注意压实质量。

4　结语

沥青路面的车辙病害虽然普遍，但是可以有效的运用一些技术手段加以避免。在这之中沥青混合料的配比设计时关键，建议用GTM试验方法进行沥青混合料的设计。同时，控制好沥青用量和施工压实度也至关重要。

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参考文献

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［4］谭忆秋，公维强，宋建辉．沥青混凝土路面车辙形成机理及主要因素分析[J].公路,2008（11）.

［5］沥青路面高效能抗车辙研究成果[Z]．交通部科学研究院，2010，1．

［6］黄绍龙．沥青路面车辙病害及抗车辙剂解决方案[Z]．2011．

［7］李公平，张德珏，张云龙，等．某国道中修实施方案设计文件[Z]．

［责任编辑：薛俊歌］