沥青路面车辙病害分析与防治措施

内容摘要：车辙是沥青路面铺装层的主要病害，严重影响着路面高速行车的安全性与舒适性，就笔者本人长期从事沥青路面施工经验，讲一下沥青路面病害形成机理及防治措施。

主题词：车辙类型 形成机理防治措施

车辙是沥青路面铺装层的主要病害，严重影响着路面高速行车的安全性与舒适性，也是沥青路面大面积损坏的主要诱因。我国的高等级公路和城市道路中，路面的车辙也日趋严重。在城市主干道的交叉口和行车渠化严重的非交叉口段，甚至高速公路的一些路段，在开放交通不久便出现了过量车辙，使得道路的交通事故率明显上升，严重降低了道路服务性能，使得路面维修期提前及维修费用大幅度的增加。据不完全统计，在高等级公路的维修原因中，车辙病害发生比重高达到80%以上，可见问题的严重性。以下就笔者本人长期从事沥青路面施工经验，讲一下沥青路面病害形成机理及防治措施。

车辙的类型

车辙是行车道轮迹带上产生的永久变形，由轮迹的凹陷及两侧的隆起组成，根据车辙的不同形成过程，可将其分成三大类型。

失稳性车辙

失稳性车辙指当沥青混合料的高温稳定性不足时，沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材料因流动而产生横向位移，通常发生在轮迹处，这也是车辙的主要类型，其形成如图1所示。

结构型车辙

结构型车辙指沥青路面结构层在交通荷载作用下产生的整体永久变形，这种变形主要由于路基变形传递到路面层而产生的，其形成如图2所示。

磨耗型车辙

沥青路面结构层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下，不断的损失而形成的车辙。汽车在使用了防滑链后，这种车辙更容易发生。其形成如图3所示。

由于我国大多数沥青路面都采用水泥或石灰粉煤灰稳定粒料做基层，也经常采用其他半刚性材料做底基层，这些材料的强度和模量都相当高。因此，沥青路面的车辙主要来源于沥青面层所产生的变形，故一般情况的车辙均为失稳型车辙。

车辙的形成机理

车辙的形成过程可以分为三个阶段：

沥青的混合料的后续压实

沥青混合料在被碾压成型前由骨料、沥青及空气组成的松散混合物。经碾压后，高温下处于半流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排挤成具有珲定骨架的结构。碾压完毕交付使用后，沥青混合料会在初期阶段，在汽车荷载的作用下进一步压实，形成微量永久变形。如果压实效果良好，这一变形可以忽略不计。图4为沥青混合料的压密变形示意图。

2、沥青混合料的流动变形

在高温及车辆荷载作用下，沥青混合料中的自由沥青与矿料形成的沥青胶浆会首先产生流动，从而引发沥青混合料的流动变形，但此时沥青混合料尚未产生结构性破坏。图5所示为沥青混合料的剪切流动变形示意图。

3、沥青混合料的结构性失稳变形

处于半固态的沥青混合料，由于沥青胶浆在荷载及高温作用下流动，混合料中粗、细骨料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，随着温度的升高或荷载的增大，再加上沥青的作用，硬度较大矿料颗粒在荷载的直接作用下会沿矿料间接角面滑动，促使沥青及其集浆向其富集区流动，致使沥青混合料的结构失去稳定性；特别是当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显，也往往产生较大的流动变形。图6所示为沥青混合料的结构性失稳变形示意图。

三、车辙的影响因素

影响沥青路面的影响因素可分为内在因素和外在因素两个方面。内在因素主要是路基路面结构类型、材料性能与组成（如集料、沥青结合料、沥青混合料等）、施工质量等。外在因素主要有交通荷载条件、气候条件、水文地质条件及路线纵坡等。

1、交通荷载条件

随着公路等级的提高，交通量愈来愈大，轮载也不断加重，车辙产生的速率越来越快。研究表明，车辙的发展速率随荷载作用次数的增加而减小。但车辙深度随累计荷载作用次数的增加面增加，以至于道路丧失使用性能。

2、气候与水文地质条件

路面温度对车辙的产生有很大的影响。在寒冷地区，路面温度低，车辙出现的可能性较少，在炎热地区，沥青路面在一定气温和日照作用下，能吸收大量热量，从而导致路面温度升高，产生车辙。残留在路面内的水分会大大降低各结构层的抗变能力，极易导致大车辙的产生。

3、路面结构类型

在一定厚度范围内，沥青路面的厚度越大，永久变形也愈大。采用刚性基层或半刚性基层材料的沥青路面，由于基层具有很高的高温稳定性和抗剪变形能力，因此，车辙主要产生在沥青面层内，而刚性基层和土基所产生的车辙只占很小的比例。

4、路面材料性能与组成

沥青混合料是一种粘弹性塑性材料，其抗变形能力取决于沥青的粘结力和矿料颗粒之间的嵌挤力。因而沥青与矿料性能以及沥青混合料的级配类型与配比组成，都直接影响着沥青路面的抗变形能力和其他路用性能。

5、施工因素

沥青混合料在施工过程中，材料质量控制、沥青混合料的材料与温度均匀性、各种材料用量的控制、压实温度及压实度的控制、层间的洁净度及粘结效果等都会影响到路面的抗车辙能力。

四、车辙的控制与防治措施

1、以车辙为指标的路面设计方法的提出

目前，我国现行沥青路面设计方法中的控制指标为弯沉和弯拉应力，尚缺乏控制沥青路面车辙深度的指标。因此，要在设计阶段防治车辙，就必须在沥青路面设计中添加车辙控制指标。现行规范在材料设计阶段对沥青混合料进行车辙试验，并对试验所得的动稳定度提出了要求，但运稳定度在路面设计中未作为控制指标，导致了材料设计与路面结构设计的分离，满足动稳定度要求的沥青混合料在路面中能产生多大的车辙或者车辙是否超过允许值都不得而知。应控制沥青混合料的材料选择及配比设计，实现材料设计与路面结构设计的统一。

2、沥青材料及矿料的选择准则

（1 ）矿料

矿料所形成的骨架及嵌挤力是沥青混合料抗变形能力的基础，因此形状接近立方体、抗压及耐磨性能强的矿料及合理的级配，是沥青混合料抗车辙能力的根本所在。此外，矿粉也有很大的影响。因为矿粉具有很大的表面积，特别是活化矿粉。用石灰岩轧磨的矿粉配制的沥青混合料具有较高的高温稳定性，而含有石英岩矿粉的沥青混合料的高温稳定性较低。活化矿粉对提高沥青混合料的抗剪切能力起特殊作用。活化矿粉与沥青相互作用形成两个特点：

①形成了较强的结构沥青膜，大大提高了沥青的粘聚力；

②降低沥青混合料的空隙率，因而减低了自由沥青的含量。

因此，在选择矿料时尽量采用含活化矿粉多的矿料，这会使沥青混合料抗剪切能力有很大提高。

（2）沥青结合料

影响塑性变形的首要因素是沥青混合料的组成，但是对于组成确定的混合料，其性能将取决于沥青的粘度。如果说矿料形成沥青混合料的骨架，则填充于骨料之间的沥青与细集料所形成的胶砂无疑是沥青混合料的肌肉。因此，选择高温稳定性良好的沥青，将有助于沥青混合料抗车辙能力的提高。

对于沥青的选择，可以通过由最高路面温度确定沥青混合料的最小临界温度，并根据该临界温度值确定所用沥青的粘度或软化点，从而选择合适的沥青材料。沥青类型也有多种，有改性沥青、非改性沥青、天然湖沥青、工厂炼制的似改性沥青的宽域沥青等，此外还有沥青混合料改性剂等。有许多技术可以提高沥青混合料的高温稳定性，需结合技术与经济条件合理地选用。

（3）沥青混合料

沥青混合料中的空隙率、沥青用量和矿料级配是影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素。

①在沥青混合料中良好级配所形成的骨架作用因增加了矿料之间的嵌挤力提高了沥青混合料的抗车辙能力，所以说，矿料级配的选用很重要。从材料性能上分析，选用高粘度的沥青和非配性且近立方体的矿料可提高沥青混合料的抗车辙能力。

②沥青混合料中的空隙率过小会使得沥青混合料内没有足够隙来“吸收”由荷载引起的流动，造成材料的整体变形而形成车辙，但空隙过大则易于诱发其他病害。

③沥青混合料中的沥青用量直接影响着矿料的骨架作用，车辙随沥青用量的增大而增大，并且十分敏感。但是，马歇尔方法确定的沥青用量并非控制车辙的最佳用量。

3、施工工艺

为了防止沥青路面出现车辙，在施工过程中可以从以下几个方面进行控制。

（1）材料质量控制

严格控制原材料质量，尤其是大规模施工时对矿料质量的控制。同时注意生产过程中沥青混合料配合比的变化，确保实际配合比在允许的范围内变化。这对工程质量是至关重要的。许多项目出现问题，都是因为这一环节没有把握好。此外，要注意对沥青混合料材料、温度及碾压不均匀性的控制，以避免路面出现局部的车辙或水损坏等，确保路面整体的使用性能。

（2）碾压温度

一般地讲，在规定温度范围内沥青混合料的温度愈高，愈容易达到高密实度。碾压温度的测定位置是摊铺的沥青混合料的中部。为了保证压实的整体效果。在施工过程中应尽可能是摊铺碾压温度。特别是初压和和复压的温度。在不发生推移、表面无发裂的情况下，初压的压路机可一直紧跟摊铺机，以减少沥青混合料热量的损失，确保在较高的温度下进行碾压。复压应紧跟初压，终压也应尽可能在地较高温度下进行。但考虑到终压的目的是消除缺陷和保证面层有较好的平整度，不宜仅仅提高终压温度，应以沥青面层无轮迹和无明显缺陷为判断标准，确定适宜的终压温度。

（3）压实厚度

现在的沥青面层的集料普遍偏粗，尤其是中下而层，与其相匹配的压实层厚度稍微偏薄，不利压实，而且容易造成离析，影响矿料骨架的形成，给工程质量带来隐患。根据我国高速公路的大量实践和探讨，特别是考虑到压实效果，路面层厚度不宜过薄，以大于矿料最大公称粒径的3倍为宜。

（4）碾压工艺

采用何种压路机和碾压方式，以达到规定的压实度，一般通过铺筑试验段来确定。确定试铺的碾压组合时，应根据施工队所配备的碾压设备及以往的施工经验，确定切实可行的方案进行试铺，以确定大面积施工可采用的方案。

（5）有效压实时间

所谓有效压实时间，是指混合料摊铺后，温度降至最低允许碾压温度所需的时间。该时间越长，则可用于压实的时间就越长；若有效压实时间较短，则可能无法完成碾压流程，以致压实度不足，将难以保证压实质量。

（6）压实度与平整度

压实度与平整度是评价沥青面层质量的两个重要指标。平整度是外在质量的体现，而压实度则是内在质量的根本保证，必须在确保压实度的情况下提高平整度。较好的压实度能使平整度在通车后的衰减较慢，这样更有利于行车的平稳舒适。

4、交通管理

在货车道、汽车站、平面交叉或慢车道上的沥青路面经常发生车辙，这是由于车辆超载、启动与刹车制动造成的。因此，要通过限制超载、提高行车速度、定期变更车道划线位置等措施来防止车辙的产生。

总之，预防和减少车辙应从沥青路面的设计、试验、施工拌合、碾压各个环节入手。在路面设计中，对于道路条件有明显变化的路段，不能控制超载的路段，要进行有针对性和预见性的专门设计；原材料的选取及沥青混合料施工摊铺、碾压一定要符合规范的规定要求；而需合理安排新修路面开放交通的时间。

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