瀝青路面車(chē)轍病害和防治措施的研究

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

車(chē)轍病害是瀝青路面常見(jiàn)的病害之一。由于瀝青材料具有高溫軟化的特性，高溫環(huán)境中，瀝青路面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法承受車(chē)輛的長(zhǎng)期超荷載的作用，瀝青材料發(fā)生不同程度的位移，長(zhǎng)期累積表現(xiàn)出無(wú)法恢復(fù)的永久變形形態(tài)。車(chē)輪不斷經(jīng)過(guò)車(chē)轍后就會(huì)形成縱向凹陷破壞。目前，大多瀝青路面都出現(xiàn)了不用程度的車(chē)轍病害，影響了路面平整度和行車(chē)舒適感，增加了交通事故的發(fā)生概率。

本文根據(jù)車(chē)轍病害類(lèi)型和形成機(jī)理，以及其產(chǎn)生原理分析車(chē)轍病害的主要影響原因，提出相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，通過(guò)早期控制減少車(chē)轍病害。

一、車(chē)轍病害類(lèi)型和形成機(jī)理

車(chē)轍病害是由外部荷載及高溫作用和內(nèi)部因素(混合料的性能、面層結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)等)引起的，根據(jù)病害的分布特征，確定車(chē)轍病害的主要類(lèi)型有失穩(wěn)性車(chē)轍、磨損性車(chē)轍及結(jié)構(gòu)性車(chē)轍，這三種病害的形成機(jī)理是不同的。

(一)失穩(wěn)性車(chē)轍。瀝青路面層在高溫環(huán)境時(shí)，由于車(chē)輛荷載作用以及混合料的穩(wěn)定性較差，路基材料產(chǎn)生了位移，使得整體結(jié)構(gòu)下陷，車(chē)輪作用位置附近出現(xiàn)隆起，形成失穩(wěn)型車(chē)轍。這類(lèi)車(chē)轍主要發(fā)生在重型車(chē)較多的路段和上坡路段，使得路面凹凸不平，對(duì)行車(chē)安全產(chǎn)生了很大的影響，是公路最常見(jiàn)的車(chē)轍病害。

(二)磨損性車(chē)轍。在車(chē)輛荷載反復(fù)作用和環(huán)境影響下，面層的頂層材料發(fā)生局部破損病害。這類(lèi)車(chē)轍病害在輪載作用區(qū)面層的缺失，產(chǎn)生了下凹變形，橫向區(qū)域面層損壞比較少。此類(lèi)車(chē)轍在超載路段會(huì)出現(xiàn)，在直接磨損路面比較顯著，常規(guī)輪胎作用下比較少見(jiàn)，所以磨損性車(chē)轍在瀝青路面中不常見(jiàn)。

(三)結(jié)構(gòu)性車(chē)轍。路基變形產(chǎn)生的永久性路面變形，產(chǎn)生了顯著的路面下沉現(xiàn)象，即結(jié)構(gòu)性車(chē)轍，這類(lèi)車(chē)轍寬度較大，表現(xiàn)為輪載作用位置下沉，兩側(cè)沒(méi)有凸起，面層發(fā)生永久性下沉。由于路基變形、面層剛性差，此類(lèi)車(chē)轍才會(huì)發(fā)生。在半剛性和剛性瀝青路面，結(jié)構(gòu)性車(chē)轍比較少見(jiàn)。

二、車(chē)轍病害的成因

車(chē)轍病害的原因分為內(nèi)因、外因和其他因素：

(一)內(nèi)因。瀝青材料及用量、骨料級(jí)配、礦料質(zhì)量等原材料性質(zhì)都會(huì)影響車(chē)轍的出現(xiàn)，瀝青材料的質(zhì)量決定了瀝青面層的抗剪切性和抗裂性，選擇針入度小，含蠟量低，軟化點(diǎn)高的瀝青能有效減少車(chē)轍損害；瀝青用量影響混合料的粘結(jié)性能，用量過(guò)多和過(guò)少都會(huì)增大車(chē)轍病害風(fēng)險(xiǎn)；骨料級(jí)配影響了面層粘結(jié)性能和整體強(qiáng)度，礦物質(zhì)量也是一個(gè)原因，礦物特點(diǎn)決定了其粘結(jié)性、摩擦角、骨料間隙，這些都是車(chē)轍病害形成的影響因素。

(二)外因。溫度和車(chē)輛荷載是兩個(gè)重要的外界因素，荷載越重，輪胎氣壓越大，行車(chē)速度越慢，將會(huì)大大加快瀝青路面車(chē)轍的形成。車(chē)輛作用于路面包括豎向力還有制動(dòng)和加速引起的縱向力，加上車(chē)輛振動(dòng)引起的作用荷載，通過(guò)車(chē)輪轉(zhuǎn)移到路面層，路面抵抗力小的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)車(chē)轍病害。氣候條件主要包括氣溫、日照、風(fēng)、雨、地溫等，主要是路面溫度影響瀝青混合料的抗變形能力，在高溫環(huán)境下瀝青的彈性模量降低且粘結(jié)性能變差，導(dǎo)致瀝青面層的抗剪切變形變差，容易發(fā)生車(chē)轍病害。

(三)其他因素。主要有路面基層及施工質(zhì)量等，當(dāng)路面基層有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí)，車(chē)轍產(chǎn)生主要取決于瀝青面層和基層本身，因此，保證基層和面層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度可以防止瀝青面層車(chē)轍的產(chǎn)生。施工時(shí)壓實(shí)不充分，通車(chē)后車(chē)輛反復(fù)碾壓，使得高溫季節(jié)混合料壓密，空隙率不斷減小，一直到極限殘余空隙后才趨于穩(wěn)定。會(huì)形成明顯的車(chē)轍。

三、車(chē)轍防治的措施

(一)預(yù)防措施。最有效的途徑是提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。1.集料的特性。選擇粗糙、堅(jiān)硬、棱角性好、高強(qiáng)度的潔凈粗、細(xì)集料，這種集料能夠有效和瀝青結(jié)合料相吸附，提高混凝土的耐久性和內(nèi)摩擦力。盡量少選用針片狀顆粒，細(xì)長(zhǎng)扁平集料在荷載作用下容易斷裂。根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌顩r適當(dāng)調(diào)整級(jí)配，使之符合對(duì)應(yīng)的交通荷載。還可以在瀝青混合料忠加入抗車(chē)轍劑，改善混合料的性能，降低車(chē)轍病害。2.瀝青的選擇。根據(jù)馬歇爾實(shí)驗(yàn)確定最佳瀝青的用量，在低速重載交通路段，在最佳瀝青含量基礎(chǔ)上作適當(dāng)?shù)臏p少。瀝青應(yīng)當(dāng)選擇針入度低、粘結(jié)性能好、高溫軟化點(diǎn)高的材料，以便于改善混合料的粘結(jié)性能。3.面層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命的瀝青路面層，上面層采用抗車(chē)轍性好、耐磨損的面層材料，中面層采用抗車(chē)轍性好模量高的混合料，下面層考慮水損害的問(wèn)題，基層要具備一定的抗疲勞性和水穩(wěn)性，使得各個(gè)面層發(fā)揮其功效，延長(zhǎng)路面層的使用壽命。考慮特殊爬坡路段的路面層設(shè)計(jì)，車(chē)輛爬坡時(shí)的振動(dòng)對(duì)路面車(chē)轍效應(yīng)更為顯著，使得路面壽命降低。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這些因素，盡量降低長(zhǎng)大坡路段。4.施工質(zhì)量的控制。要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行瀝青混合料的拌合、運(yùn)輸、攤鋪，注重面層攤鋪的均勻性，保持面層清潔，嚴(yán)格把控整個(gè)攤鋪過(guò)程?？刂茰囟群涂障堵?，采用合理的碾壓工藝提高壓實(shí)度，提高壓實(shí)質(zhì)量。5.交通管控的加強(qiáng)。施工路段要封閉，避開(kāi)高溫時(shí)段施工加強(qiáng)路面灑水工作，對(duì)施工機(jī)械和超載重載車(chē)輛嚴(yán)格控制，超過(guò)規(guī)定要求的車(chē)輛嚴(yán)禁上路。

(二)修復(fù)與維護(hù)。對(duì)于淺層車(chē)轍病害，即深度15mm以?xún)?nèi)且分布范圍不廣的，對(duì)行車(chē)形成的干擾比較少，有些許不舒適。如果是交通量大的路段或者高速公路，應(yīng)該銑刨瀝青路面的中面層和上面層，使用抗車(chē)轍性能好的材料重新鋪設(shè)面層；若是普通的道路，可以視經(jīng)濟(jì)情況修復(fù)，或者與其他路面病害一起修復(fù)。

對(duì)于中等程度車(chē)轍病害，病害深度為15～30 mm 以?xún)?nèi)，行車(chē)具有顯著顛簸和明顯振動(dòng)，這類(lèi)病害需要及時(shí)修復(fù)，才能避免引起路面層的更多病害，比如唧漿等水損壞。修復(fù)時(shí)可以銑刨中上面層，采用抗車(chē)轍性能好的材料重新鋪筑，還可使用熱再生技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

對(duì)于嚴(yán)重車(chē)轍病害，車(chē)輛的通行效率很差，行車(chē)會(huì)有非常大的安全問(wèn)題，需要立即進(jìn)行路面層的修復(fù)，以避免發(fā)生的交通安全。路面修復(fù)時(shí)需要將全部的面層重新鋪筑，如果路面基層也有病害，應(yīng)當(dāng)在重鋪之前對(duì)損壞基層進(jìn)行處理。

四、抗車(chē)轍劑對(duì)瀝青混合料路用性能的影響

抗車(chē)轍劑是瀝青混合料添加劑，由多種聚合物復(fù)合而成，顏色為純黑色，顆粒狀固體?？管?chē)轍劑不僅可以增加集料表面的粘附性，而且還可以填充骨料之間的空隙，形成更加密實(shí)的骨架結(jié)構(gòu)，起到加筋作用，從而可以大幅提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

隨著抗車(chē)轍劑用量的不斷增加，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度和低溫彎曲應(yīng)變呈線性增加，抗車(chē)轍劑的添加可以有效提升瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但其對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響與高溫、低溫的影響不同，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比并不是隨抗車(chē)轍劑的摻加而不斷增大，而是呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。