淺析瀝青路面車轍病害成因及應(yīng)對策略

李鈺杰 趙素磊

摘 要：瀝青路面車轍病害的產(chǎn)生，將嚴重破壞路面結(jié)構(gòu)層，影響路面使用性能，危害行車安全。為此，必須重視車轍病害問題，及時采取行之有效的處治措施。本文在全面了解車轍形成機理的基礎(chǔ)上，闡述了瀝青路面車轍病害的成因，并結(jié)合具體案例進行了詳細探討。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;車轍病害;形成機理

中圖分類號：U416.68 文獻標識碼：A

1 車轍形成機理

作為一種多相分散體，瀝青混合料的主要構(gòu)成成分為石質(zhì)骨料與瀝青膠結(jié)料，其是通過松散礦料顆粒本身互相嵌擠構(gòu)成骨架，且利用瀝青結(jié)合料膠結(jié)作用形成的混合體。瀝青混合料在外荷載作用下，具有較為復(fù)雜的應(yīng)力及應(yīng)變特點，其彈性變形在低溫或瞬時荷載影響下起關(guān)鍵作用，絕大多數(shù)情況下，粘彈性為其變形主要狀態(tài)。一般瀝青混合料變形特性可通過蠕變試驗進行直觀、形象地表述，在加載瞬間將有瞬時彈性應(yīng)變與塑性應(yīng)變在混合料內(nèi)產(chǎn)生，同時在不斷增加荷載作用時間的過程中，材料應(yīng)變也會隨之增加，但該增加應(yīng)變部分可看做是粘彈性應(yīng)變，可通過荷載作用將其荷載卸除，此時材料能夠迅速恢復(fù)彈性，但其應(yīng)變卻無法徹底恢復(fù)，塑性應(yīng)變與粘塑性應(yīng)變則為剩余應(yīng)變，也可看做是永久變形。在行車荷載長期作用下，路面永久變形將逐步增多，宏觀上可稱為車轍。

2 瀝青路面車轍病害成因

2.1 瀝青混合料

現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計的主要依據(jù)指標是瀝青混合料的強度，其取決于混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角的影響;粘結(jié)力又取決于瀝青材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、膠體結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、稠度、瀝青膜的厚度、瀝青礦料比、瀝青與礦粉系的分散結(jié)構(gòu)特征以及瀝青與礦料的相互作用。

①材料性質(zhì)。瀝青的粘度和瀝青與礦料之間的粘附性是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的兩個因素;瀝青粘度越大，瀝青與礦料之間的粘附越好，那么混合料的高溫穩(wěn)定性越好，因此要選用粘度大的瀝青和非酸性礦料以提高混合料的高溫穩(wěn)定性和強度，以便產(chǎn)生較高的抗車轍能力;瀝青改性是一種提高瀝青高溫穩(wěn)定性的有效手段，改性瀝青混合料同標準混合料相比車轍深度有明顯減少。

②礦物集料的表面紋理、料顆粒大小、形狀、級配、顆粒相互位置、礦料數(shù)量，可以影響混合料的孔隙結(jié)構(gòu)，即孔隙的大小、形狀與連通閉合情況、瀝青用量狀況以及瀝青的用量和瀝青同集料的互相作用情況，因而可以對車轍的大小表現(xiàn)出不同的影響。

③礦料級配。為探討集料級配對車轍大小的影響，有關(guān)研究人員將集料分為過細級配組、細級配組和粗級配組三種，環(huán)道試驗結(jié)果表明：熱拌瀝青混合料在最佳瀝青含量、8%空隙率時粗級配有較大的車轍深度，過細級配次之，細級配組車轍深度最小?？梢?，單純增大礦料粒徑并不能提高路面抗車轍能力。

2.2 路面結(jié)構(gòu)組成

瀝青路面的抗車轍能力還與路基類型和路面厚度有關(guān)。當其路基為砂土材料時，面層厚度對車轍影響很大，面層瀝青混合料較薄時車轍較深，而且較大部分來自路基的形變;而當面層較厚時，路基基本上不產(chǎn)生車轍。在當路基為剛性或半剛性材料時，車轍的深度隨瀝青混合料面層厚度的增大而增加，這時的車轍總量90%來自于瀝青混合料面層本身。由此認為，當路基和基層強度較高時，采用薄瀝青混合料面層可以有效地控制車轍深度，而當路基基層強度較弱時應(yīng)適當增加面層厚度，但這樣構(gòu)筑的道路，往往由于路面回彈模量與路基回彈模量之間的比值過大，帶來不盡合理的結(jié)構(gòu)組合，而且也不夠經(jīng)濟。平鐘高速路基地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車轍病害的成因與結(jié)構(gòu)密不可分。

2.3 交通荷載及環(huán)境條件

①渠化交通。由于城市道路交通組織的渠化，導(dǎo)致瀝青路面車轍破壞的情況日漸突出。在同一結(jié)構(gòu)、同一條道路上，劃分出不同交通形式的兩段道路進行試驗，結(jié)果證明：渠化交通路段的車轍顯著增長，混合交通路段車轍增加較慢，其原因是混合交通時荷載作用范圍較寬，變形面較大，同一位置的車轍累積較小，而渠化交通同一位置處的車轍累積量大。

②荷載。試驗研究證明：車輛超載加快路面的病害。在不同的軸載作用下，重軸載作用產(chǎn)生的車轍較輕軸載大得多;道路交叉口和停車點的車轍通常為正常行駛路段的2～5倍。

2.4 環(huán)境氣候條件

溫度升高時瀝青粘度變小，其抵抗蠕變的能力下降，在受到外力時很容易產(chǎn)生永久剪切變形導(dǎo)致瀝青材料橫向流動而產(chǎn)生車轍。當路面積水或路面結(jié)構(gòu)含水量增加時，瀝青和礦料之間的粘結(jié)力在潮濕條件下會被削弱或破壞，在行車荷載和水分的聯(lián)合作用下，這種病害會明顯加劇，導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生較大的車轍。

3 工程概況

某公路工程全長42.73 km，為雙向四車道，建成通車5年后，發(fā)現(xiàn)局部路段出現(xiàn)了大量病害問題，主要病害類型為車轍、裂縫等，呈逐年遞增趨勢，目前已對路面正常行車造成了一定影響。經(jīng)實地調(diào)查和試件芯樣檢測可知，本路段車轍病害最為嚴重，存在較為明顯的失穩(wěn)型和壓密型車轍。通過鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，6個芯樣的瀝青面層較為完整，但中、底面層存在較大空隙，所有芯樣水穩(wěn)層均表現(xiàn)為一半完整一半松散，且有大量泥土存于芯樣瀝青層和水穩(wěn)層，呈不均勻狀態(tài)。結(jié)合工程實際情況，決定采用超薄磨耗層進行車轍病害處治。

3.1 舊路處治

施工前，先將原路面存在的病害問題進行處治，如裂縫、剝落、車轍、網(wǎng)裂等?？紤]現(xiàn)場實際情況，選擇合理的處治措施，不得存在遺漏，保證所有病害認真處理。

3.2 拌和

按照配合比設(shè)計，做好瀝青混合料拌和施工。拌和前，應(yīng)對瀝青、礦料等材料的加熱溫度進行詳細檢查，如SBS改性瀝青溫度在160℃～175℃控制，礦料溫度在190℃～205℃控制，保證滿足規(guī)范要求。同時，拌和期間要根據(jù)規(guī)定，合理控制拌和溫度、時間及含水量，避免出現(xiàn)材料離析、花白等情況。

3.3 運輸

熱混合料具有較大粘度，為避免材料粘黏車廂，需將適量隔離劑均勻涂抹到運輸車廂內(nèi)四周和底部。裝料時，可采用移動式裝料法，一般分三次完成，避免材料離析。攤鋪能力和運輸能力相比，運輸能力應(yīng)略多一些，保證在攤鋪機前等待車輛達到3輛左右，從而確保連續(xù)不間斷攤鋪施工。為達到保溫、保濕的效果，可將雙層帆布覆蓋于車頂。

3.4 攤鋪

攤鋪前，先調(diào)整好熨平板高度進行預(yù)熱施工，預(yù)熱溫度不得低于100℃。按照梯隊作業(yè)法采用2臺不同攤鋪機進行施工，安全距離控制在10 m左右，攤鋪速度不宜過快，可控制在每分鐘1.5 m～2.0 m之間。同時，還要根據(jù)下承層表面溫度情況，做好溫度控制工作。

3.5 碾壓

瀝青混合料碾壓主要分為3階段，初壓采用鋼輪壓路機進行1遍靜壓;復(fù)壓采用鋼輪壓路機進行3遍振動碾壓，隨后再采用輪胎壓路機進行3遍搓揉碾壓;終壓采用鋼輪壓路機進行1遍靜壓收光即可，保證沒有明顯輪跡。

4 結(jié)束語

綜上所述，自上世紀80年代后，我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，高等級公路建設(shè)投資力度越來越大。瀝青路面作為高等級公路路面的主要路面結(jié)構(gòu)形式，在公路建設(shè)施工中得到了廣泛應(yīng)用。但因交通量的持續(xù)上漲、汽車軸載的不斷增加，超載、超重現(xiàn)象日趨嚴重，進而導(dǎo)致瀝青路面病害問題頻發(fā)。車轍是瀝青路面最常見、破壞較大的病害形式，不僅會影響汽車運行的舒適性，更會減短路面使用壽命。為此，對瀝青路面車轍病害成因進行研究，對控制車轍病害具有重要的現(xiàn)實意義。

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