基于半刚性基层沥青路面车辙形成机理及防治技术研究

【摘要】阐述了半刚性基层沥青路面产生车辙的原因及类型，总结了车辙的影响因素，并提出了相应的预防和处理措施。实践证明，这些预防和处理措施可以很好地预防车辙产生，较好地提高沥青路面的服务功能。

【关键词】半刚性基层;沥青路面，车辙;防治措施

1车辙形成机理

美国SHAP的研究报告认为车辙是行车的压密变形和沥青混凝土横向流动变形共同作用的结果。其中，大部分来自剪切变形，主要是表面层的沥青层承受了过大的应力，剪切变形受温度影响较大。

通过对AASHTO实验路开挖及西部环道试验研究，道路研究者Hofstra和Klomp总结了车辙形成过程，实验发现：

①沥青路面在初始阶段，轮胎下方的永久变形明显大于两侧的隆起，说明车辙在初始阶段主要是由压密引起的。

②初始阶段后，轮胎下方的体积压缩逐渐与两侧隆起变形相等，车辙主要是由于剪切作用下的永久变形造成的。在这阶段也代表了使用寿命期内路面的变形行为。

2车辙的防治措施

2.1预防措施

在半刚性基层质量好的情况下，路面车辙由高温时沥青混凝土的强度和面层厚度决定。影响沥青路面流变型车辙的原因很多，包括沥青混合料本身高温稳定性不足、动稳定度不够等，也包括温度和交通荷载等外部因素，涉及到原材料本身质量、沥青混合料的矿料级配、沥青品质与用量、施工质量管理以及治理交通环境等诸多方面，沥青混凝土除需要满足设计规范要求外，提出了一下几点预防建议。

（1）推广使用改性沥青

试验表明，使用针入度小、粘度大的沥青，对抗车辙很有利。改性沥青近几年在各省的高速公路上都在使用， 主要用在表面层。本人建议中面层及特殊的上坡路段下面层也要使用改性沥青。使用改性沥青的混合料动稳定度大幅度提高，达到3000 次以上。同时，应积极推广物理改性沥青技术。国内外实践表明，纤维改性沥青有其他改性沥青难以比拟的耐磨、泌水、耐久性和抗车辙性能。

（2）减少离析，加强压实工艺控制

高速公路行车道车辙损坏比超车道严重，这是不争的事实，可行车道左轮车辙比右轮车辙严重，似乎不好理解。从理论上来讲，由于路面横坡关系，右轮处经受的路面压力应该比左轮大，右轮车辙深才对。但实际与理论是不相符的。分析原因主要是，混合料离析使中部混合料偏，导致路面热稳定性严重下降，引起中部车辙严重。为此，就是加大成本也不能再宽幅一次性摊铺沥青路面，而应该使用2 台或多台摊铺机联合梯队作业，并控制每台的宽度不超过6 m。也就是说，窄幅摊铺是解决中部混合料骨料离析最有效的途径。

（3）确保结构层的连续受力

当路面确实为设计时规定的连续界面条件，层间剪应力是不大的。如常用的1 5 c m 厚半刚性基层路面，在标准荷载100kN 作用下，界面连续时的最大剪应力为0.22MPa，峰值位于中面层4～8cm左右。如果界面条件由于水的存在而变为滑动界面，最大剪应力会发生在沥青层底部，达到0.32MPa。为了保证沥青层之间以及沥青层与基层的连接，确保设计的受力条件，对抗车辙能力的提高非常重要。规范规定沥青层之间必须洒粘层油，同时强调了在铺筑半刚性基层后尽快喷洒透层油，并保证渗透深度达到5 mm 以上。这些看似简单的问题却往往被忽视，对此施工中一定要加强管理。适当增加沥青层的厚度在其他条件不变，并在小于某一临界厚度时，随着沥青层厚度增大，车辙也增大。但超过此临界厚度时，沥青层的增加不会使车辙无限增大。此临界厚度与路面结构、材料组成有关，一般在15～25cm 之间。英国的研究报告中也指出，对此良好的沥青路面，当沥青层超过18cm 时，车辙发生几率明显降低。由于中国车辆超限超载严重，这一临界厚度可能要更大一些。

（4）减少过长纵坡设置

高速公路沥青路面长大纵坡路段，车辙发生要比其他路段量大而且车辙深度也大，尤其是重载车辆通行的长大纵坡路段。调查发现，一般来说重车上坡路段的车速只有20 km/h，按照流变学的一般规律应用温度与时间的换算法则，长时间地承受荷载与高温条件是等效的，而且时间是积累的，假如汽车荷载相同，通过1 辆10km/h 的慢车作用时间为0.1s，与通过10 辆100 km/h 快车的作用时间是相同的。车速降低对车辙的影响比荷载影响还要大，比温度影响更大。所以，在夏季高温地区，应该尽量减少设置大长纵坡，这些纵坡可以用桥梁和隧道来代替。如果实在要设置，对此沥青路面结构要进行特殊处理，正如Suparpave 提出的在长大纵坡等通行慢速车辆的路段沥青混合料的P G 级需提高1 级或2 级，以提高劲度模量，抵抗车辙。

2.2处理措施

目前， 在欧美等发达国家， 对于比较浅的车辙（ 小于2. 5 cm） ， 以及城市黑色化方面普遍使用的处理方法为微表处填补车辙或NovaChip 薄层罩面的处理方法， 这些处理方法属于预防性养护的做法， 与传统铣刨―加铺的处理方法相比， 具有保持原有路面结构、材料和路用性能价值的特点， 同时快速施工， 快速恢复交通。但对于车辙深度较大的路面， 简单的加铺或浅层处理显然很难达到良好的效果， 必须采取矫正性的养护方式， 如传统的铣刨―加铺方法。

另外， 车辙处理时应按车辙发展的不同程度制定相应的处治方案， 并验证其经济性和有效性。从理论角度分析， 如果上、中面层的抗变形能力较强（ 如采用改性沥青或骨架密实型沥青混合料） ， 不处理软弱的下面层及下封层可能不会导致严重的车辙， 但其使用效果会存在很大风险。如要彻底改善路面的抗车辙性能， 则必须对部分车辙严重路段沥青路面的上、中、下层进行大规模的/ 开膛式处治。

关于沥青路面车辙病害处治的方式很多，最简单的处理方法可为填补车槽或铣平隆起部分，也可采用罩面的方式，比较彻底的方式还包括开膛式重铺，但这些方式在施工难度、经济性、适用性、使用效果等方面都存在显著差异。通过本文研究发现，在车辙处理中，寻求一种合适的试验检测方法，预测路面各层位的变形趋势，并针对问题的根源进行车辙处理显得非常重要。采用RLWT车辙仪检测路面的变形发展，并指导路面车辙维修方案，是一种值得深入研究的沥青路面车辙病害处治方法。

3结语

车辙给沥青路面的使用品质、安全性和使用寿命带来了严重影响， 造成了巨大的经济损失和不好的社会影响。本文在借鉴前人研究成果的基础上， 对车辙的类型和特征进行了归纳总结， 并对其产生机理进行了详细分析， 针对性地提出了不同车辙的预防及处理措施， 能够初步解决半刚性基层沥青路面的车辙问题， 对产生车辙的路面及时进行处理， 具有良好的实用性和推广价值。

参考文献

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