瀝青路面車轍病害原因分析及防治措施

馬凡紅

（甘肅省定西公路事業(yè)發(fā)展中心渭源公路段，甘肅 定西 748200）

1 車轍的類型

車輛荷載反復(fù)作用于瀝青混凝土路面時(shí)，會(huì)在路面結(jié)構(gòu)層輪跡帶上形成細(xì)微的豎向變形，這種變形經(jīng)過數(shù)月乃至數(shù)年的不斷疊加，會(huì)越來越大，最終在輪跡帶上形成縱向的凹痕，輪跡帶的兩側(cè)向上隆起，這種病害就稱之為車轍，隨著車轍的出現(xiàn)，行車舒適度逐漸降低，甚至危及行車安全，當(dāng)車轍逐漸加深至某種程度后，甚至可能引發(fā)交通事故。車轍是瀝青混凝土路面主要的病害之一。按產(chǎn)生車轍的原因可對(duì)車轍分為結(jié)構(gòu)型車轍、磨耗型車轍、失穩(wěn)型車轍以及壓密型車轍四類[1]。

（1） 結(jié)構(gòu)型車轍。瀝青混凝土路面受到上部荷載作用后，會(huì)將荷載傳遞給基層，再由基層傳遞至路基，如果荷載作用過大，超過了面層或者基層的承載力，就會(huì)造成面層或者基層甚至路基產(chǎn)生永久性變形，從而形成車轍，這種車轍就稱之為結(jié)構(gòu)型車轍。這種車轍具有寬度較其他類型的車轍大，車轍兩側(cè)無明顯隆起，但這種車轍危害是四類車轍中最大的。結(jié)構(gòu)型車轍示意圖見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)型車轍示意

（2） 磨耗型車轍。瀝青面層在車輪的反復(fù)碾壓及摩擦作用下，輪胎會(huì)對(duì)瀝青面層材料造成一定磨損，當(dāng)這種磨損達(dá)到一定程度后，亦會(huì)形成車轍。當(dāng)瀝青混合料中骨料明顯偏低、瀝青粘附性不足或者反復(fù)受到低溫作用導(dǎo)致瀝青變脆時(shí)，就容易產(chǎn)生磨耗型車轍。這種車轍主要受施工時(shí)集料配合比、瀝青材料及溫度影響，因此可以從這些方面來減少磨耗型車轍的產(chǎn)生。

（3） 失穩(wěn)型車轍。由于瀝青的性質(zhì)，在溫度過高的情況下，瀝青材料流動(dòng)性增強(qiáng)，加之行車荷載反復(fù)作用于瀝青路面結(jié)構(gòu)層，當(dāng)荷載超出瀝青材料的穩(wěn)定極限后，即會(huì)形成失穩(wěn)型車轍。這種車轍很明顯的特征是在行車帶行車下凹的車轍的同時(shí)，在車轍兩側(cè)還會(huì)向上隆起，在平曲線處由于車輛受到離心力的作用，還會(huì)出現(xiàn)較為明顯的向外側(cè)推擠的情況，行車大致和線路平行的車轍[2]。由于這種車轍帶一定的曲線，在行車速度較快時(shí)，很容易發(fā)生交通事故。主要發(fā)生于我國(guó)南方地區(qū)上坡路段、車流量大、交叉路口處的道路上。失穩(wěn)型車轍示意圖見圖2。

圖2 失穩(wěn)型車轍示意

（4） 壓密型車轍。在瀝青混凝土路面施工過程中，由于碾壓不密實(shí)，壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，或碾壓溫度過低，致使壓實(shí)度達(dá)不到要求，通車后，經(jīng)過一個(gè)高溫季的行車荷載，在輪跡帶上會(huì)繼續(xù)碾壓密實(shí)，形成一條條凹痕，這種車轍則稱之為壓密型車轍。這種車轍的出現(xiàn)，主要原因在于施工時(shí)壓實(shí)度達(dá)不到要求，因此，在施工時(shí)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，即可大大降低壓密型車轍的產(chǎn)生。瀝青混凝土路面測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度可按式（1）計(jì)算，評(píng)定路段壓實(shí)度平均值可按式（2）計(jì)算，評(píng)定路段壓實(shí)度代表值可按式（3）計(jì)算[3]。

式中：K 代表測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度（%）；D 代表測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)密度（g/cm3）；D0代表瀝青混合料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)密度（g/cm3）；K0代表評(píng)定路段平均壓實(shí)度（%）；K1，K2，……，Kn代表評(píng)定路段各測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度實(shí)測(cè)值（g/cm3）；K'代表評(píng)定路段壓實(shí)度代表值（%）；ta/代表t 分布表中隨自由度和保證率而變化的系數(shù)，可查表求得。

2 車轍產(chǎn)生的原因

根據(jù)瀝青混凝土路面車轍的類型分析，其產(chǎn)生車轍的原因各不相同。但總的來說，產(chǎn)生車轍都與設(shè)計(jì)、施工及自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境密切相關(guān)。

2.1 粗、細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)不符合相關(guān)規(guī)定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，用于修建瀝青混凝土路面的粗、細(xì)集料都應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)要求，即公稱最大粒徑、洛杉磯磨耗值、壓碎值、含泥量、針片狀顆粒含量等指標(biāo)。但是，隨著我國(guó)基建投入的加大，各地都在如火如荼的開展著公路工程的建設(shè)，進(jìn)一步加大了砂、石等原材料的消耗，加之這些材料并非工廠化生產(chǎn)，很多料場(chǎng)加工的砂、石并不能滿足這些要求，這些原材料的質(zhì)量只能依靠一線施工人員及政府部門監(jiān)督，原材料檢驗(yàn)很難做到百分之百。因此，每年都有相當(dāng)一部分不合格砂、石進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，并由施工人員鋪筑成瀝青混凝土路面。與此同時(shí)，很多公路工程項(xiàng)目對(duì)工期要求較嚴(yán)格，多地同時(shí)開展公路工程建設(shè)工作，往往會(huì)導(dǎo)致砂、石等原材料供不應(yīng)求，從而導(dǎo)致供應(yīng)不及時(shí)，在這種情況下，如果再嚴(yán)格要求原材料質(zhì)量，可能會(huì)導(dǎo)致工地全面停工。于是建設(shè)者們也就對(duì)原材料的質(zhì)量采取消極態(tài)度，最終導(dǎo)致車轍的出現(xiàn)。

2.2 瀝青混合料級(jí)配選擇不合理

在選擇瀝青混合料級(jí)配時(shí)，為了提高面層的穩(wěn)定性以及平整度，增加瀝青混合料粘聚力，使用了過多的細(xì)集料，粗集料含量相對(duì)較少，導(dǎo)致瀝青混合料的內(nèi)摩擦角偏小，形成了一種典型的密實(shí)——懸浮結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)溫度過高時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的狀態(tài)極不穩(wěn)定，并且強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的增加而降低，在形成荷載的反復(fù)作用下，產(chǎn)生車轍的可能性也就隨之增加。因此，在進(jìn)行瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和瀝青品種等因素，選擇合理的級(jí)配，對(duì)減少車轍病害具有顯著的效果。

2.3 公路線路縱、橫坡對(duì)車轍的影響

研究表明，陡坡路段產(chǎn)生車轍現(xiàn)象比普通路段的概率會(huì)高出很多。這是因?yàn)?，公路縱坡較大時(shí)，通車后在上坡路段行車速度較慢，形成荷載作用于路面的時(shí)間增加，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層不堪重負(fù)；在下坡路段，為防止車速過快，司機(jī)不得不經(jīng)常踩剎車，從而增加了一部分摩擦力，也加大了產(chǎn)生車轍的概率。在彎道處，由于離心力的存在，車輛在經(jīng)過彎道時(shí)，需要額外由路面提供一個(gè)方向指向圓心的摩擦力來充當(dāng)向心力[4]。車輛經(jīng)過彎道時(shí)，其所需向心力可按下式計(jì)算：

式中：F 代表車輛經(jīng)過彎道時(shí)所需的向心力（N）；m代表車輛的質(zhì)量（kg）；v 代表車輛經(jīng)過彎道時(shí)的速度（m/s）；r 代表彎道處的轉(zhuǎn)彎半徑（m）。

從式（4）中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)行車速度過快、轉(zhuǎn)彎半徑過小或車身質(zhì)量過大時(shí)，就需要更大的向心力。通常情況下，摩擦力不足以給汽車提供足夠的向心力，這就需要通過在公路外側(cè)設(shè)計(jì)一定的橫坡來給汽車提供足夠的向心力，進(jìn)一步加重了路面的負(fù)擔(dān)。橫坡越大，則對(duì)公路外側(cè)的影響就越大，這無疑增加了公路外側(cè)產(chǎn)生車轍的概率。

2.4 環(huán)境對(duì)車轍的影響

環(huán)境包括自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境兩方面。自然環(huán)境方面，由于我國(guó)幅員遼闊，既有嚴(yán)寒的華北、東北、西北地區(qū)，又有持續(xù)高溫的華南、東南地區(qū)，不同的溫度、降雨量、地下水等環(huán)境下，對(duì)瀝青混合料的相關(guān)設(shè)計(jì)也應(yīng)有所不同。如果瀝青混合料相關(guān)參數(shù)選擇錯(cuò)誤或者不當(dāng)，無疑會(huì)導(dǎo)致車轍病害的出現(xiàn)。社會(huì)環(huán)境方面，在過去設(shè)計(jì)、施工完成的公路，由于設(shè)計(jì)過于保守，未考慮到交通增長(zhǎng)率如此之快，與人們?nèi)找嬖黾拥某鲂行枨笙嗝?，加之物質(zhì)生活不斷豐富，對(duì)各類物資的需求也不斷增加，也極大的刺激了貨運(yùn)量的增長(zhǎng)。這一系列的增加，都使軸載不斷的加重，也在極大程度上增加了公路的負(fù)擔(dān)。此外，為追求利潤(rùn)，很多貨運(yùn)車司機(jī)都超載行駛，嚴(yán)重時(shí)甚至超載好幾倍，也進(jìn)一步加劇了車轍病害的發(fā)生。研究表明，荷載作用越大、越持久，瀝青混合料的永久變形也就越大[5]。荷載作用下瀝青混合料的變形見圖3。

圖3 荷載作用下瀝青混合料的典型變形

3 瀝青混凝土路面車轍治理措施

根據(jù)車轍產(chǎn)生原因和嚴(yán)重程度的不同，其所需要的治理措施也各不相同。目前車轍治理的方法主要有微表處治直接填補(bǔ)修復(fù)、銑刨后加鋪瀝青混凝土面層修復(fù)、灌注水泥瀝青混凝土路面三種。

3.1 微表處治直接填補(bǔ)修復(fù)

微表處修復(fù)車轍是采用專用設(shè)備將聚合物改性乳化瀝青、級(jí)配集料、填料、水、添加劑等按照設(shè)計(jì)配合比在常溫下經(jīng)強(qiáng)制攪拌后形成稀漿混合料，采用“V”型攤鋪槽攤鋪到車轍槽內(nèi)，并具有一定預(yù)留拱度的不等厚攤鋪新技術(shù)。車轍斷面呈下凹曲線，其攤鋪厚度在橫向?yàn)樽兞?，通過“V”型攤鋪槽以及專用車轍級(jí)配使得不同粒徑集料隨厚度變化呈合理分布，混合料的攤鋪厚度隨修補(bǔ)厚度的變化而變化。該技術(shù)可用于各等級(jí)公路的瀝青路面車轍深度小于40 mm 的壓密型、磨耗型等穩(wěn)定類車轍修復(fù)，亦可用于失穩(wěn)型車轍的臨時(shí)性處治。

3.2 銑刨后加鋪瀝青混凝土面層修復(fù)

當(dāng)車轍深度較大,達(dá)到2 cm 以上時(shí),此時(shí)一般為失穩(wěn)型車轍。由于損壞較為嚴(yán)重,不可以直接進(jìn)行簡(jiǎn)單的填補(bǔ)修復(fù), 只能先采用銑刨的方法將損壞的面層除去,之后認(rèn)真觀察裸露出來的新面損壞情況,根據(jù)實(shí)際情況給予相應(yīng)的處理, 最后鋪筑新的瀝青混合料或再生后的混合料。受橫向推擠形成的車轍, 如果已經(jīng)穩(wěn)定,可將凸出的部分削除,在波谷部分噴灑或涂刷粘結(jié)瀝青,填補(bǔ)瀝青混合料,并找平、壓實(shí)。

3.3 灌注水泥瀝青混凝土路面

可在水泥漿中，摻入一定比例的外加劑，形成一種復(fù)合材料，采用稀漿封層攤鋪機(jī)，將這種復(fù)合材料注入瀝青混合料中，再經(jīng)過一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)至硬化后，最終形成一種全新的水泥瀝青混凝土路面，從而達(dá)到修補(bǔ)車轍的目的。這種路面具有半剛性半柔性的特點(diǎn)。值得注意的是，瀝青混合料的空隙率應(yīng)控制在15%～20%之間，對(duì)于長(zhǎng)、陡坡路段、曲線橋橋面以及匝道橋橋面車轍修復(fù)具有較好的效果。

4 瀝青混凝土路面車轍的預(yù)防措施

（1） 嚴(yán)格集料性質(zhì)監(jiān)督管理。鋪筑瀝青混合料路面所使用的集料必須根據(jù)施工地點(diǎn)的實(shí)際情況，嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范要求的技術(shù)指標(biāo)和方法進(jìn)行檢驗(yàn)，之后將滿足使用要求的集料廠家提供給承包商, 由承包商負(fù)責(zé)專門的采購及運(yùn)輸工作。

（2） 優(yōu)化瀝青混合料級(jí)配。不能一謂追求路面平整度和穩(wěn)定性，應(yīng)同時(shí)考慮實(shí)際應(yīng)用情況，經(jīng)過多次試驗(yàn)，綜合考慮各種因素最終確定核實(shí)的瀝青混合料級(jí)配范圍。

（3） 加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。探索新的多指標(biāo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法, 以改變單指標(biāo)設(shè)計(jì)帶來的理論與實(shí)際脫軌的現(xiàn)狀。

（4） 對(duì)長(zhǎng)大陡坡路段的路面進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)對(duì)縱坡較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的路段,其路面結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),盡量減小坡度,降低車轍病害的嚴(yán)重程度。

（5） 施工季節(jié)的選擇及環(huán)境的改變根據(jù)施工地點(diǎn)的氣候狀況,選擇合適的施工季節(jié),適時(shí)的對(duì)路面進(jìn)行灑水處理,降低路表溫度,在一定程度上減少車轍病害。

5 結(jié)論

瀝青混凝土路面車轍病害廣泛存在于各等級(jí)公路中，尤其是在交通量日益增加的現(xiàn)在，更應(yīng)該注重車轍病害的預(yù)防和治理。對(duì)于公路運(yùn)營(yíng)單位而言，在日常養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)從多角度分析車轍產(chǎn)生的原因，然后再根據(jù)產(chǎn)生車轍的原因入手，有針對(duì)性的進(jìn)行修復(fù)，從而能減少修復(fù)次數(shù)，在最大程度上減少養(yǎng)護(hù)工作量，為節(jié)約型社會(huì)貢獻(xiàn)出自己的一份力量。