瀝青混凝土路面的車轍病害和預(yù)防措施

卓文靜

（福州交建高速公路養(yǎng)護(hù)有限公司，福建福州350101）

瀝青混凝土路面的車轍病害和預(yù)防措施

卓文靜

（福州交建高速公路養(yǎng)護(hù)有限公司，福建福州350101）

分析了瀝青混凝土路面的主要車轍病害類型，包括磨損性、結(jié)構(gòu)性和失穩(wěn)性車轍病害，對(duì)各類病害的形成機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行了歸納。從原材料、面層結(jié)構(gòu)和荷載作用三個(gè)層次總結(jié)了瀝青路面車轍病害的主要影響因素，這些是進(jìn)行病害分析和預(yù)防的基礎(chǔ)。最后提出針對(duì)不同程度車轍病害的修復(fù)技術(shù)，并總結(jié)了預(yù)防車轍病害的主要措施。

路面；瀝青混凝土；車轍病害；損傷；預(yù)防措施

0 引言

瀝青路面具有平整性好、行車噪聲小、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路建設(shè)中被廣泛采用。路面結(jié)構(gòu)作為直接承受車輛運(yùn)輸?shù)妮d體，運(yùn)營(yíng)過程中受到環(huán)境和車輛荷載的直接作用，因而其結(jié)構(gòu)性能直接影響到路面行車安全及路網(wǎng)可通達(dá)性。近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，道路基礎(chǔ)設(shè)施得到了大力發(fā)展，貨物運(yùn)輸也在不斷增長(zhǎng)，使得我國(guó)道路結(jié)構(gòu)需要負(fù)擔(dān)大面積交通流和重載貨車作用，特別是在我國(guó)車輛超載重載問題嚴(yán)重的社會(huì)情勢(shì)下，這些道路面層已經(jīng)出現(xiàn)很多嚴(yán)重的病害，影響到車輛的行車安全和道路使用的長(zhǎng)期性能，因此，掌握這些病害的形成機(jī)理，及時(shí)處置路面病害問題并采用預(yù)防措施，對(duì)于保障公路的運(yùn)營(yíng)使用性能具有重要意義。

車轍病害是瀝青路面的典型損傷問題。采用瀝青作為面層的路面結(jié)構(gòu)，由于瀝青材料具有高溫軟化的特性，使得高溫環(huán)境下的瀝青路面在車輛行駛下出現(xiàn)車轍病害[1]。車轍作用的永久性變形沿著行車方向分布，由于車轍造成路面橫向的不平整會(huì)使得雨水積蓄，加快瀝青路面其他病害的發(fā)生，同時(shí)對(duì)行車安全造成顯著影響，需要引起重要關(guān)注。

論文首先探討車轍病害類型及其形成機(jī)理，從而掌握車轍的產(chǎn)生原理；根據(jù)原理分析車轍病害的主要影響原因；最后提出車轍的預(yù)防措施，通過早期控制減少車轍病害的產(chǎn)生與發(fā)展。

1 車轍病害類型及形成機(jī)理

車轍病害是由內(nèi)部因素（面層結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)、混合料性能等）和外部高溫及車輛荷載作用引起的，但可以根據(jù)病害的分布特征，明確車轍病害的主要類型有磨損性車轍、結(jié)構(gòu)性車轍及失穩(wěn)性車轍，這三種病害的形成機(jī)理是不同的。

1.1 磨損性車轍

磨損性車轍是由于面層的頂層材料在車輛荷載的反復(fù)作用下，加上環(huán)境影響行車的局部破損性病害。此類車轍病害主要在輪載作用區(qū)域面層的缺失，因此具有一定的下凹，橫向其余區(qū)域的面層損壞很小。磨損性車轍在超載重載路段具有一定的體現(xiàn)，在車輪爆胎時(shí)輪轂直接磨損路面產(chǎn)生的病害較顯著，常規(guī)的橡膠輪胎作用下磨損性車轍較少，因此此類車轍病害在瀝青路面中不常見，見圖1。

圖1 磨損性車轍示意圖

1.2 結(jié)構(gòu)性車轍

結(jié)構(gòu)性車轍是由于路基變形而產(chǎn)生的永久性路面壓縮變形，使得沿輪跡線方向出現(xiàn)非常顯著的路面下沉現(xiàn)象，此類病害的車轍寬度很大，主要表現(xiàn)為輪載作用位置的下沉，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，面層跟隨發(fā)生永久性下沉。由于路基變形或者路面層剛性差，結(jié)構(gòu)性車轍才會(huì)發(fā)生。但如果采用半剛性和剛性瀝青路面，路基層的壓縮穩(wěn)定性有保障，結(jié)構(gòu)性車轍也是較少發(fā)生的，見圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)性車轍示意圖

1.3 失穩(wěn)性車轍

失穩(wěn)性車轍則是車輛荷載作用下由于瀝青路面層在高溫環(huán)境作用，混合材料的粘結(jié)性能不好及高溫不穩(wěn)定性，使得內(nèi)部材料產(chǎn)生橫向的流動(dòng)特性，其明顯特征就是車輪作用位置附近出現(xiàn)上凸的隆包，這類車轍病害是混合料受豎向剪切作用出現(xiàn)橫向移動(dòng)的特性，此類病害往往發(fā)生在重車較多的路段，在車速低的爬坡路段此類車轍病害也最為嚴(yán)重。失穩(wěn)性病害由于導(dǎo)致路面凹凸不平，其對(duì)行車安全影響最為嚴(yán)重，也是公路最常見的車轍病害問題，見圖3。

圖3 失穩(wěn)定性車轍示意圖

2 瀝青路面車轍病害的原因分析

瀝青路面的車轍病害發(fā)生非常普遍，根據(jù)相關(guān)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，發(fā)生車轍的路段占比50%以上，有些甚至全路段會(huì)有車轍病害，且車轍的深度從1～10 cm不等（見圖4）[2,3]。這些病害對(duì)行車舒適性造成了顯著影響，因此需要根據(jù)上述車轍病害類型，明確各病害的影響因素，以明確預(yù)防措施。

圖4 公路車轍病害現(xiàn)場(chǎng)圖

瀝青路面的車轍病害主要有瀝青材料、面層構(gòu)造、外界環(huán)境三類主要影響因素。

2.1 瀝青材料

車轍的產(chǎn)生是汽車輪載與道路面層相互作用結(jié)果，如果瀝青強(qiáng)度較低、粘結(jié)性能差則產(chǎn)生這車病害幾率更大。綜合而言，瀝青材料及用量、礦料質(zhì)量、骨料級(jí)配等原材料性質(zhì)都會(huì)影響車轍的發(fā)生。

瀝青材料的質(zhì)量直接影響瀝青粘結(jié)性能及其強(qiáng)度，而直接決定車輛作用下瀝青面層的抗裂抗剪切性，需要控制瀝青的針入度、粘稠度等指標(biāo)控制瀝青性能。此外瀝青的用量則影響整體混合料的粘結(jié)性能，用量過多和過少都降低粘結(jié)性能，增大車轍病害風(fēng)險(xiǎn)。礦物質(zhì)量也是重要因素，礦物特點(diǎn)決定了其摩擦角、粘結(jié)性、骨料間隙等，需要設(shè)置好配比并選擇優(yōu)良礦物進(jìn)行瀝青面層混合料配置。集料級(jí)配決定了瀝青面層的混合粘結(jié)性能及整體強(qiáng)度，骨料配置好使得瀝青在荷載作用下受力均勻，不出現(xiàn)應(yīng)力集中而局部開裂。

2.2 瀝青面層構(gòu)造

瀝青的面層構(gòu)造對(duì)于瀝青路面的受力性能影響很大，采用剛性和半剛性瀝青面層的路面發(fā)生車轍病害較少，因?yàn)槠涓邷胤€(wěn)定性較好，抵抗剪切變形的能力強(qiáng)。圖5是瀝青路面在輪載作用下的受力性能及面層分區(qū)，在車輛荷載作用下與路面接觸的10～15 cm范圍內(nèi)是高應(yīng)力區(qū)域，該區(qū)域是各類面層病害發(fā)生的主要區(qū)域，車轍病害則是輪載作用下出現(xiàn)縱向和橫向剪切變形，如果面層剛度大則整體面層進(jìn)行抵抗，就不會(huì)出現(xiàn)局部變形，因此車轍病害的產(chǎn)生概率也較小。但是注意到，如果路面層很厚，由于瀝青層粘結(jié)傳遞的有效性，會(huì)使得上部面層失去很好的約束，從而產(chǎn)生永久變形及車轍病害的概率增大。

圖5 瀝青路面的面層構(gòu)造及輪載作用

2.3 外界環(huán)境作用

溫度和車輛荷載是瀝青面層車轍病害的兩個(gè)主要外界因素。

路面溫度影響瀝青混合料的抗變形能力，在高溫環(huán)境下瀝青的粘結(jié)性能變差且彈性模量降低，這直接使得瀝青面層的抗剪切變形效果差，也更容易發(fā)生車轍病害。長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用更是容易發(fā)生車轍病害，根據(jù)相關(guān)研究，路面溫度達(dá)到40℃車輛作用下的車轍病害顯著增加。車輛荷載作用是車轍病害必要因素，車輛作用于路面不僅包括豎向力還有制動(dòng)和加速引起的縱向力，另外還有車輛振動(dòng)引起的動(dòng)力效果，這些荷載傳遞給車輪而轉(zhuǎn)移到路面層，當(dāng)路面層抵抗力小于因此引起的荷載效應(yīng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)車轍病害。另外，重載車輛對(duì)路面的車轍效應(yīng)是指數(shù)增長(zhǎng)的。

3 車轍病害的修復(fù)與維護(hù)

瀝青路面出現(xiàn)車轍病害需要視病害發(fā)生情況進(jìn)行修復(fù)，以避免這些病害進(jìn)一步惡化面層的使用性能，降低這些病害對(duì)行車安全和舒適性的影響。

針對(duì)淺層車轍病害，即深度15 mm以內(nèi)且分布范圍不廣的，這類病害會(huì)對(duì)行車形成稍小的干擾，會(huì)有些許不舒適。如果是繁忙行車路段或者高速公路，需要銑刨瀝青路面的中上面層，采用抗車轍性能好的材料重新鋪設(shè)面層；如果是普通道路，則可以視經(jīng)濟(jì)情況修復(fù)，或者與其他路面病害集中時(shí)間修復(fù)。

針對(duì)中等程度車轍病害，一般病害深度在15～30 mm以內(nèi)，此時(shí)行車具有明顯的振動(dòng)和顯著顛簸，這類病害需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)以避免引起路面層的唧漿等水損壞。修復(fù)可以銑刨中上面層，采用抗車轍性能好的材料進(jìn)行重新鋪筑，也可以選用熱再生技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

對(duì)于嚴(yán)重車轍病害，行車會(huì)有很大的安全問題，且車輛的通行效率很差，需要立即進(jìn)行路面層的修復(fù)，以避免可能發(fā)生的交通安全。路面修復(fù)需要將全部面層重新鋪筑，如果路面基層也有病害則需要在重鋪之前處理好損壞基層。

4 瀝青路面車轍預(yù)防措施

被動(dòng)的車轍病害修復(fù)并不能解決出現(xiàn)車轍病害的問題，還需要從源頭進(jìn)行此類病害的預(yù)防，根據(jù)車轍類型、形成機(jī)理與影響因素，可以從以下角度進(jìn)行車轍病害的預(yù)防。

（1）提高瀝青混合料的原材料質(zhì)量把控。顯然瀝青材料及用量、集料特性及配比都對(duì)車轍病害的形成有直接影響，因此需要對(duì)這些材料質(zhì)量進(jìn)行把控。瀝青應(yīng)選用粘結(jié)性能好、針入度低、高溫軟化點(diǎn)高的材料，這有助于改善混合料的粘結(jié)性能?？刂坪脼r青用量，根據(jù)馬歇爾方法進(jìn)行最佳瀝青用量的確定，對(duì)于低速行駛重載交通路段，可以在最佳瀝青含量基礎(chǔ)上適當(dāng)減少瀝青用量。骨料應(yīng)該選用強(qiáng)度高、堅(jiān)硬、粗糙、棱角性好的材料，并與瀝青材料具有很好的粘結(jié)性能，控制好針片骨料的含量。優(yōu)化骨料的級(jí)配，根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌顩r適當(dāng)調(diào)整級(jí)配分布使之適應(yīng)對(duì)應(yīng)的交通荷載。此外，還可以在瀝青混合料中加入改性劑及抗車轍劑以改善瀝青混合料的路用性能，降低車轍病害。

（2）設(shè)計(jì)具有長(zhǎng)壽命的瀝青面層結(jié)構(gòu)。瀝青路面的各類病害問題使其使用壽命很低，且運(yùn)營(yíng)維護(hù)需要耗費(fèi)較大的成本，可以引入長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念，使得瀝青各面層按照其功能進(jìn)行受力如圖5，上部面層采用抗車轍性好、抗老化和耐磨損的面層材料，中間面層采用模量高抗車轍性好的混合料；下部面層主要考慮耐疲勞和抗水損壞問題；基層控制壓應(yīng)變水平：如此，各個(gè)面層均能發(fā)揮其使用功效，延長(zhǎng)路面層的使用壽命。

（3）考慮特殊爬坡路段的路面層設(shè)計(jì)。車輛爬坡過程中振動(dòng)明顯且對(duì)路面的車轍效應(yīng)顯著，特別是長(zhǎng)大爬坡路段，這種低速、重載交通的作用，會(huì)使得原來的瀝青路面使用壽命大大折扣，設(shè)計(jì)中需要考慮這些因素。一方面，可以通過對(duì)道路線形的修改盡量降低長(zhǎng)大爬坡路段，另一方面可以設(shè)置專用重車爬坡車道，并采用抗車轍性能好的水泥路面作為長(zhǎng)大縱坡路段的面層結(jié)構(gòu)。

（4）瀝青路面施工質(zhì)量的管控。路面病害的另一關(guān)鍵因素是瀝青攤鋪壓實(shí)的施工質(zhì)量問題，瀝青路面的施工中需要選用合適的碾壓機(jī)械和壓實(shí)組合，通過科學(xué)的混合料攤鋪、合理的靜動(dòng)碾壓，減少面層材料施工中的污染，從而提高路面層的施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

車轍病害是瀝青路面的典型問題之一，在目前注重行車安全和舒適性的環(huán)境下，需要有效降低車轍病害的發(fā)生。論文探討了現(xiàn)有瀝青道路的車轍病害類型，對(duì)各種車轍病害的產(chǎn)生機(jī)理及特點(diǎn)進(jìn)行了分析，總結(jié)了影響車轍病害的材料、結(jié)構(gòu)和荷載因素，在分析病害處置技術(shù)的同時(shí)提出了預(yù)防車轍病害系列措施，提高瀝青路面的質(zhì)量，保障道路行車安全和長(zhǎng)期使用性能。

[1] 高立廣,尤光輝.瀝青混凝土路面車轍病害分析及防治措施研究[J].公路交通科技(技術(shù)版),2010,6(2):31-33.

[2] 周四.重載交通條件下瀝青路面車轍病害分析及預(yù)防措施[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2015(1):51-52.

[3] 薛琳.瀝青路面車轍病害的影響因素及預(yù)防措施[J].交通世界(上旬刊),2016(11):50-51.

U418.6

B

1009-7716（2017）11-0122-03

2017-06-30

卓文靜（1990-），女，福建羅源人，助理工程師，從事高速公路養(yǎng)護(hù)與施工管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.037