探析高速公路瀝青路面車轍病害的試驗與措施

梁榮盼　郭鋼

（廣西長長路橋建設(shè)有限公司　廣西　南寧　530000）

探析高速公路瀝青路面車轍病害的試驗與措施

梁榮盼郭鋼

（廣西長長路橋建設(shè)有限公司廣西南寧530000）

對于高速公路瀝青路面來說，車轍屬于最主要的病害，一旦發(fā)現(xiàn)高速公路存在著路面病害，一定要第一時間對病害形成原因進(jìn)行分析，然后采取相應(yīng)的措施對病害進(jìn)行處理。否則極有可能造成道路使用性能的下降，甚至?xí)l(fā)安全事故的發(fā)生。本文就高速公路車轍現(xiàn)象的具體情況以及治理車轍的具體辦法進(jìn)行了論述。

高速公路；瀝青路面；車轍；成因；養(yǎng)護(hù)措施

引言

車轍為高速公路瀝青路面最常遇到的病害，對于瀝青路面來說，無論是維修還是養(yǎng)護(hù)，都與車轍有著很大的關(guān)聯(lián)。相對而言，車轍病害的維修難度比較大，而養(yǎng)護(hù)不僅涉及到瀝青的最表層，還涉及到中層甚至是下面層，所以會產(chǎn)生十分大的費用。南方使用的瀝青路面一般下面層3.6%，中面層4%；上面層4.6～4.9%。這是比較標(biāo)準(zhǔn)的。

1　車轍病害分類及產(chǎn)生的機理車轍病害的分類

1.1結(jié)構(gòu)型車轍

交通荷載作用大于路面的強度，導(dǎo)致了瀝青面層以下包含路基以內(nèi)的結(jié)構(gòu)層發(fā)生了變形，此種變形的發(fā)生主要是由路基變形傳遞至路面層而導(dǎo)致的，一般情況下，這種車轍的形態(tài)都體現(xiàn)出橫斷面呈凹字形，其兩端無較為明顯的隆起，相對而言，車轍的寬度比較大。

1.2失穩(wěn)型車轍

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，交通作用荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，瀝青混合料在高溫影響下產(chǎn)生剪切變形，其內(nèi)部材料流動而產(chǎn)生橫向位移，使流動變形不斷積累形成失穩(wěn)型車轍。這種車轍形態(tài)表現(xiàn)為橫斷面呈W字形，通常發(fā)生在輪跡處，具體為車輪作用部位下凹，車輪作用少的車道中間和兩側(cè)反而向上隆起。

1.3壓密型車轍

壓密性車轍屬于非正常性的車轍，主要是因為施工質(zhì)量控制不嚴(yán)和瀝青面層本身壓實度不夠，致使通車后高溫季節(jié)時混合料在車輪荷載的反復(fù)碾壓作用下繼續(xù)壓密，空隙率不斷積累變小，達(dá)到極限殘余空隙率才趨于穩(wěn)定。該壓密性車轍使橫斷面整體上產(chǎn)生壓實變形，同時路面平整度下降速度快。

1.4磨耗性車轍

面層頂層的材料主要受輪胎磨耗和自然環(huán)境作用下不斷受損而形成。在大交通量行駛的主車道上，容易產(chǎn)生磨耗性車轍。

2　車轍成因

內(nèi)因主要是材料本身質(zhì)量及組成、級配、路面結(jié)構(gòu)和施工質(zhì)量控制等因素，外因主要是氣候、交通量及交通組成（重載、超載）等的外界因素。

2.1車轍形成的外因（見圖1）

圖1　車轍形成的外因

外因具體包含溫度、交通條件與其他各個方面的因素。首先溫度對于車轍有著尤其明顯的影響，一旦溫度達(dá)不到，就算是在重載的交通狀況下，車轍也將難以形成。在溫度不斷升高的情況下，瀝青混合料的勁度模量就越低，抗壓強度以及抗剪強度急速下降，抗車轍能力降低。根據(jù)相關(guān)資料的調(diào)查顯示：路表下4～9cm處的溫度是最高的，該區(qū)域剛好位于中面層。而且表面高溫將會和大氣產(chǎn)生熱交換，內(nèi)部高溫難以和大氣產(chǎn)生熱交換，所以表面高溫持續(xù)的時間比較短，而內(nèi)部的高溫持續(xù)時間會得以延長，由于瀝青混合料屬于一種粘彈塑性體材料，它的形變和高溫持續(xù)時間是呈正比的，所以中面層發(fā)生車轍的頻率較高。

2.2車轍形成的內(nèi)因（見圖2）

瀝青混合料是分散體系，在相對而言比較高的溫度范圍之內(nèi)，混合料的內(nèi)摩擦角以及粘結(jié)力在很大程度上影響著瀝青混凝土的強度。有關(guān)瀝青混合料在高溫狀態(tài)產(chǎn)生失穩(wěn)型破壞的主要原理，目前還是比較傾向于通過庫侖的內(nèi)摩擦對瀝青混合料在高溫情況下的強度以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并總結(jié)出，瀝青混合料不發(fā)生流動性剪切變形的條件為：

式中：τ——指的是荷載作用的時候，在某個面上所產(chǎn)生的剪應(yīng)力；

c——指的是材料的粘聚力；

σ——指的是瀝青混合料所能夠承受的正應(yīng)力；

θ——指的是內(nèi)摩擦角。

圖2　車轍形成的內(nèi)因

瀝青混合料主要是通過嵌擠形成內(nèi)摩擦力的。通常人們都認(rèn)為，瀝青混合料的高溫抗車轍能力很大一部分是依賴于集料的嵌擠能力，而瀝青結(jié)合料會提供一小部分的抗車轍能力。如果是在高溫狀態(tài)下，瀝青結(jié)合料的勁度模量必然是會降低的，就算是采用了改性瀝青也同樣如此。特別是中面層抗剪強度的不足，在載重車的作用下瀝青混合料極其容易產(chǎn)生側(cè)向移動，導(dǎo)致車轍的形成。對瀝青混合料內(nèi)摩擦角以及粘結(jié)力造成影響的因素主要包括：集料的顆粒形狀、表面紋理深度、天然沙含量、破碎顆粒含量、瀝青用量、混合料集料級配、瀝青的性質(zhì)。

3　車轍產(chǎn)生機理

從力學(xué)的角度把瀝青路面當(dāng)作是一個受力體系進(jìn)行分析，瀝青路面在荷載作用下主要受到兩個方面的作用，分別是垂直壓力以及剪力的作用，而對于半剛性基層而言，剪應(yīng)力是造成路面破壞的關(guān)鍵因素。對于已經(jīng)成型的瀝青路面其抗剪強度是固定的，所以路面所受到剪應(yīng)力的大小在很大程度上影響著路面的最終狀況。其中：

τ=c+σtgφ

式中：τ——指的是抗剪強度；

c——指的是材料的粘聚力；

σ——指的是荷載作用下產(chǎn)生的正應(yīng)力；

φ——指的是材料的內(nèi)摩擦角。

從庫倫公式當(dāng)作能夠發(fā)現(xiàn)，對剪應(yīng)力造成影響的因素有三個：即材料的粘聚力c、荷載作用下的正應(yīng)力σ與材料的內(nèi)摩擦角φ。這其中對c值造成影響的因素主要包含：瀝青的性質(zhì)、粉膠比、集料表面紋理、集料粘附性與溫度等等。而對σ值造成影響主要為荷載的作用；對φ值造成影響的主要因素包含礦料的級配、瀝青的用量、集料的紋理等等。所以要想使得路面有著比較強的抗車轍性能，一定要從溫度、荷載與材料的性質(zhì)和瀝青混合料的組成等多方面進(jìn)行考慮，盡可能的將路面所受的剪應(yīng)力降低，促進(jìn)瀝青混合料的抗剪強度的不斷提高，以此來促進(jìn)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。結(jié)合我們南方所屬的地區(qū)的氣候，我們會采用骨架密實行一定程度上提高抗車轍能力，還有瀝青配合比我們會加2～3%的水泥，60°車轍試驗車轍值從3000～ 5000提高到一萬多，比較穩(wěn)定。

4　車轍的養(yǎng)護(hù)措施

出現(xiàn)車轍必須要盡快采取措施進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，如果在車轍小于25mm的情況下采取措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，是可以有效的提高路面的安全性能以及耐久性能的，但是，需要注意的是，養(yǎng)護(hù)也應(yīng)結(jié)合各種車轍類型采取相對于的養(yǎng)護(hù)措施。路面車轍的表征比較多，車轍的處理方式也是多種多樣。

5　流動型車轍應(yīng)進(jìn)行銑刨拉毛

流動型車轍一般延續(xù)段落比較長、車轍的深度較深，所以在維修的時候面臨著很大的困難。要是采用全銑刨、全置換維修工藝，則其工程量比較大、投入成本也比較高，在大多數(shù)的情況下都不適合大面積實施；而要是采用熱再生技術(shù)，其要求提供熱再生設(shè)備，同時對于配套設(shè)備有著極高的要求，此外，流動型車轍一般都是發(fā)生在整個瀝青面層，銑刨的時候很難分層，這樣會導(dǎo)致各種面層材料的混合，攤鋪的時候無法確保材料的級配，導(dǎo)致維修質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響。對于以上所論述的情況，從降低車轍深度以及恢復(fù)路面的各方面性能著手，可以先將車轍隆起的部分進(jìn)行銑刨拉毛處理、降低車轍深度，使得路面使用性能得以恢復(fù)，從而達(dá)到安全行車的要求。通車情況下，比較適用于以下幾個方面：

流動型車轍，有著較為明顯的隆起；

車轍主要產(chǎn)生在面層，基層以下依舊是完整的；

車轍15mm以上，而且是基本穩(wěn)定。

6　施工質(zhì)量檢測控制方面

目前正在實行的規(guī)范是通過馬歇爾試驗的方法來對瀝青混合料的生產(chǎn)進(jìn)行控制，這一措施存在著多方面的問題，最為突出的一個是無法有效地控制路面的水損壞。將馬歇爾試驗密度當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)對路面壓實進(jìn)行控制是不可行的，導(dǎo)致實際空隙增加。而比較科學(xué)的做法是，進(jìn)一步推廣將理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度來對路面壓實度進(jìn)行有效控制。所以，應(yīng)該加強這一方面的研究，尋求一條符合路面生產(chǎn)以及使用實際情況、容易執(zhí)行、科學(xué)合理的試驗檢驗方法，從而更好的確保瀝青路面的整體質(zhì)量。

路面施工方面：

結(jié)合工程的具體情況進(jìn)行科學(xué)合理的決策，確定最為合理工期，避免盲目趕工現(xiàn)象的發(fā)生。另外，要進(jìn)一步加大對于設(shè)計、施工、監(jiān)理方面的協(xié)調(diào)與管理，加大施工各個環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的力度，從而確保高速公路的整體質(zhì)量。對于路面面層的施工，應(yīng)該對原材料、拌合、運輸、碾壓、檢驗等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制，盡量的降低混合料組成的變異性以及不均勻性，加強碾壓，防止由于過分追求平整度指標(biāo)而導(dǎo)致路面壓實度降低的做法。

7　結(jié)束語

高速公路瀝青路面都有著不同程度的車轍病害，車轍的產(chǎn)生影響著路面的平整性，也對行車的舒適度以及安全性造成了影響。所以，對車轍產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行分析研究，進(jìn)而研究出應(yīng)對車轍的可行方法，對于有效的控制養(yǎng)護(hù)維修的費用，延長道路的使用壽命具有著非常重要的意義。

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U416.217

A

1673-0038（2015）07-0150-02

2015-1-25

梁榮盼（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事高速公路瀝青路面工作。

郭鋼（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事橋梁樁基礎(chǔ)施工工作。