瀝青路面車轍病害分析與處理對(duì)策以及瀝青混合料車轍試驗(yàn)

摘要：車轍已經(jīng)成為瀝青路面早期破壞中最嚴(yán)重的破壞形式，使路面產(chǎn)生極限破壞且病害發(fā)展迅速，車轍的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了路面的使用性能和服務(wù)質(zhì)量。文章闡述了瀝青路面車轍產(chǎn)生的機(jī)理、預(yù)防維護(hù)措施以及車轍試驗(yàn)方法，為提高瀝青路面抗車轍能力，有著非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：車轍病害分析 處理對(duì)策 車轍試驗(yàn)

一、車轍概述

我國(guó)現(xiàn)在廣泛采用半剛性基層瀝青路面，瀝青路面具有良好的路用性能，在我國(guó)的道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，在已建成的高速公路中，95％以上都采用瀝青路面。我國(guó)以前公路等級(jí)較低，交通量小，基本上未形成渠化交通，且瀝青面層較薄，因此車轍沒有成為主要問題，路面設(shè)計(jì)規(guī)范也未考慮車轍設(shè)計(jì)。目前主要表現(xiàn)出來的早期破壞形式是路面裂縫及水損壞，但隨著我國(guó)高等級(jí)道路建設(shè)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，瀝青面層厚度不斷增加，公路交通量增加非常迅猛，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了設(shè)計(jì)預(yù)期增長(zhǎng)速度，交通渠化以及重型車輛的出現(xiàn)，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，特別是眾多大型的特重運(yùn)輸車通行，總載重可達(dá)120t，單軸重可達(dá)240kN，這種交通條件對(duì)路面的破壞作用是非常嚴(yán)重的，再加上近年來持續(xù)高溫天氣等因素的綜合影響，在許多地區(qū)瀝青路面均不同程度的出現(xiàn)了大面積的早期車轍，車轍已經(jīng)成為瀝青路面早期破壞中最嚴(yán)重的破壞形式之一，使路面產(chǎn)生極限破壞且病害發(fā)展迅速。

二、車轍的危害

瀝青路面的永久變形——車轍是特有的一種破壞形式，表現(xiàn)為順著交通車輛輪跡的縱向凹陷。在交通荷載重復(fù)作用以及氣候(溫度)等因素綜合作用下，瀝青混凝土材料被推離荷載作用區(qū)域，結(jié)果在輪跡內(nèi)形成縱向帶狀凹陷，嚴(yán)重時(shí)而在輪跡的兩側(cè)形成隆起的凸脊，造成路面使用性能更加惡化。這類永久變形主要產(chǎn)生于重型車輛頻繁行駛的高溫區(qū)域以及在交叉路口、城市道路公共車輛的停靠站、坡道、加速減速地段、收費(fèi)站以及其他交通擁擠的地方等處。通常，車轍出現(xiàn)在路面的表層。

車轍的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了路面的使用性能和服務(wù)質(zhì)量。

(1)影響路面平整度，降低了行車平順性和乘坐舒適性。

(2)在車轍內(nèi)，車輛換向或變道時(shí)，影響車輛的可操作性及穩(wěn)定性。

(3)影響路面橫向排水，由于水滲入，使路面和路基造成水損害，同時(shí)車轍內(nèi)往往積水而造成車輛行駛中的水滑現(xiàn)象，影響行安全。

(4)車轍底部的瀝青面層厚度減薄，減弱了瀝青層以及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，容易引起更多病害，如網(wǎng)裂和龜裂等。

三、車轍形成的機(jī)理

我國(guó)目前廣泛采用半剛基層瀝青路面，這種路面結(jié)構(gòu)使得路基和基層產(chǎn)生的永久變形占路面的總永久變形的比例很低，而主要的永久變形發(fā)生在瀝青混合料層，大量的試驗(yàn)路觀測(cè)和計(jì)算結(jié)果表明以半剛性材料為基層的高等級(jí)瀝青路面，瀝青層產(chǎn)生的車轍占路面車轍總量的90％以上。因此瀝青層的永久變形對(duì)瀝青路面的車轍起決定作用。

1、材料

瀝青是一種典型的粘彈性材料，其性質(zhì)與溫度和行車速度有很大的關(guān)系。瀝青用量的多少直接影響著混合料中礦粉的骨架、嵌擠作用，對(duì)瀝青混合料的抗車轍能力有關(guān)至關(guān)重要的作用。瀝青用量過大，游離瀝青較多，便削弱了礦粉之間對(duì)高溫穩(wěn)定性起決定性作用的嵌擠力，從而使混合料易于產(chǎn)生流動(dòng)變形而形成車轍。瀝青用量過低，混合料堅(jiān)硬松散難以壓實(shí)，也影響瀝青路面的抗車轍能力。另外，由于不斷加載卸載，基(墊)層及土基都發(fā)生了不同程度的塑性變形積累，其值可由加載時(shí)總的變形減去卸載時(shí)的回彈變形求得。不僅如此，由于瀝青混合料是一種有一定空隙率的材料，在重復(fù)荷載作用下，粒料產(chǎn)生側(cè)移而被壓密，這樣，由于各結(jié)構(gòu)層(包括土基)的變形積累，就形成了車轍。

2、環(huán)境

當(dāng)溫度升高時(shí)瀝青粘度變小，其抵抗形變的能力下降，在受到外力時(shí)很容易產(chǎn)生永久剪切變形導(dǎo)致瀝青材料橫向流動(dòng)而產(chǎn)生車轍。當(dāng)路面積水或路面結(jié)構(gòu)含水量增加時(shí)，瀝青和礦料之間的粘結(jié)力在潮濕條件下會(huì)被削弱或損壞，在行車荷載和水分的聯(lián)合作用下，這種損壞會(huì)明顯加劇，從而導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生較大的車轍。

因此根據(jù)車轍形成機(jī)理，可將其分為四種類型：

(1)、失穩(wěn)型車轍

它是由于瀝青層在車輪荷載作用下，內(nèi)部材料的流動(dòng)產(chǎn)生橫向位移而形成。通常發(fā)生在輪跡處。當(dāng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足時(shí)，在外力作用下就會(huì)產(chǎn)生這種車轍。

(2)、結(jié)構(gòu)性車轍

由于路面結(jié)構(gòu)在交通荷載的反復(fù)作用下產(chǎn)生整體永久變形而形成，這種變形主要由于路基變形傳遞到面層。

(3)、磨耗型車轍

由于瀝青路面面層材料受車輪摩擦和自然環(huán)境因素作用下持續(xù)不斷損耗而形成。

(4)、壓密型車轍

由于瀝青混合料設(shè)計(jì)及鋪筑壓實(shí)原因，使瀝青混凝土初始空隙率較大。開放交通后，輪跡帶下的瀝青混凝土產(chǎn)生壓密變形。

四、車轍的防治

1、原因分析

主要是由于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)不合理，細(xì)集料偏多，集料未形成嵌鎖結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性不足，或由于基層及面層施工時(shí)壓實(shí)度不足，瀝青用量偏高，瀝青針入度偏大，或?yàn)r青質(zhì)量不好。

2、預(yù)防措施

(1)集料對(duì)瀝青混合料高溫性能影響是至關(guān)重要的，對(duì)于高速公路或一些重要路段，應(yīng)首選高質(zhì)量的集料，特別是表面兩層瀝青混合料，應(yīng)采用堅(jiān)硬、安定、紋理粗糙、破碎、多棱角、顆粒接近正方體的集料。細(xì)集料應(yīng)充分考慮采用破碎的人工砂，盡可能避免使用天然砂，不可避免時(shí)也應(yīng)盡量減少其用量。石屑的質(zhì)量首先是看巖石本身是否堅(jiān)硬，與瀝青的粘附好不好。二是看開采時(shí)覆蓋層及夾層是否清理干凈，石屑中的含泥量大不大。好的石屑是可以代替天然砂使用的，這對(duì)于提高混合料的高溫穩(wěn)定性有好處。

(2)瀝青材料本身的特性對(duì)瀝青混合料高溫性能的影響也是不可忽視的，選用高溫粘度越大、勁度越高、與石料的粘附性越好的瀝青，相應(yīng)的瀝青混合料抗高溫變形能力越強(qiáng)。對(duì)于容易產(chǎn)生車轍的路段，特別是對(duì)于通行重車比例較大的道路，或起動(dòng)、制動(dòng)頻繁、陡坡的路段，可考慮在瀝青中摻加合適的改性劑(通常可采用sBS或EVA、PE、橡膠等)可大幅度提高瀝青的高溫粘度，從而改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，可大大提高抗車轍能力，但在選用時(shí)，需兼顧高低溫性能。

(3)瀝青用量對(duì)混合料的抗車轍能力有極為明顯的影響，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)選用合適標(biāo)號(hào)的瀝青，針入度不宜過大。同時(shí)，在夏季炎熱的高溫地區(qū)，在配合比設(shè)計(jì)得出的最佳瀝青用量OAc的基礎(chǔ)上，減少0.3％之后的瀝青用量作為設(shè)計(jì)瀝青用量往往是適合的。

(4)集料的級(jí)配對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能也是一個(gè)重要的影響因素。密級(jí)配的瀝青混合料抗車轍性能較開級(jí)配混合料穩(wěn)定，另外，適當(dāng)提高瀝青混合料中粗集料的用量，對(duì)改善瀝青混合料的高溫性能有利。

密級(jí)配瀝青混凝料中的粗集料應(yīng)形成良好的骨架作用，細(xì)集料充分填充空隙，瀝青混合料穩(wěn)定度及流值等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范要求。瀝青混合料必須在規(guī)定的條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，并符合下表1要求。

(5)施工時(shí)，最重要的還有兩點(diǎn)：一是施工溫度，包括拌和、攤鋪、壓實(shí)溫度，都必須嚴(yán)格控制-二是壓實(shí)，這是瀝青路面施工的最后工序，也是重要工序，必須按照有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行碾壓，基層和瀝青混合料面層的壓實(shí)度應(yīng)分別達(dá)到98％和95％或96％。適當(dāng)減少瀝青用量。必須加大壓實(shí)功，使混合料充分嵌擠。

(6)有資料認(rèn)為，在40℃～60℃范圍內(nèi)，瀝青混合料的溫度上升5℃，其變形將增加兩倍。因此，盡管我們不可能改變天然的氣候狀態(tài)，但若能采取可能的措施，降低路面溫度，例如采用淺色的石料，種植行道樹，改善路面通風(fēng)等，將有利于保持瀝青路面穩(wěn)定。

(7)道路結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)，瀝青面層每層的厚度不宜超過混合料集料最大粒徑的3～4倍。

一般來說，選擇優(yōu)質(zhì)的材料，采用合適的瀝青用量，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募?jí)配設(shè)計(jì)，能顯著地提高瀝青混合料抗車轍能力，同時(shí)，在設(shè)計(jì)路面時(shí)應(yīng)該對(duì)路面結(jié)構(gòu)類型的抗車轍能力要有充分的考慮。

表1瀝膏混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)要求深度，并清除干凈。

(2)鋪筑前先噴灑0.3～0.5kg／m2粘層瀝青。

(3)采用與原路面結(jié)構(gòu)相同的瀝青混合料鋪筑，恢復(fù)路面橫坡。

(4)周圍接茬處要烙平、碾壓密實(shí)。

2、車道表面因車輛行駛推移而產(chǎn)生的車轍，應(yīng)將出現(xiàn)車轍的面層切削或銑刨清除，然后重鋪瀝青面層。在高速公路及一級(jí)公路上可采用瀝青瑪蹄脂混合料(SMA)或sBs改性瀝青混合料、或聚乙烯改性瀝青混合料來修補(bǔ)車轍。

3、路面受橫向攤擠形成的橫向波形車轍，如果已經(jīng)穩(wěn)定，可將凸出的部分消除，在波谷部分噴灑或涂刷粘結(jié)瀝青并填補(bǔ)瀝脊混合料并找平、壓實(shí)。

4、因面層與基層間有不穩(wěn)定的夾層而形成的車轍。應(yīng)將面層挖出，清除夾層后，重做面層。

5、由于基層強(qiáng)度不足、水穩(wěn)性能不好，使基層局部下沉而造成的車轍，應(yīng)將面層和基層完全挖除。如土基中含有淤泥，還應(yīng)將淤泥徹底挖除，換填新料并夯實(shí)。在地下水位較高的潮濕路段，應(yīng)采取措施引出地下水并在基層下面加鋪一層水穩(wěn)性好的材料。如原為半剛性基層，可采用早期強(qiáng)度瀝青路面抗車轍能力，我單位新購進(jìn)北京航天航宇火箭技術(shù)研究所生產(chǎn)的YLDcZ-6系列全自動(dòng)車轍試驗(yàn)機(jī)，現(xiàn)結(jié)合這種儀器介紹瀝青混合料車轍試驗(yàn)及注意事項(xiàng)

1、輪碾法成型儀及注意事項(xiàng)

(1)按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTJ 052-2000》T0701在拌和廠或施工現(xiàn)場(chǎng)采集瀝青混合料試樣。如混合料溫度符合要求，可直接用于成型。在試驗(yàn)室人工配制瀝青混合料，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTJ 052--2000》T0702的方法準(zhǔn)備礦料及瀝青加熱備用。將金屬試模(300mm×300mm×50mm)及小型擊實(shí)錘等置100℃左右烘箱中加熱1h備用。按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0702拌制瀝青混合料，瀝青混合料拌和溫度見表2所示，混合料及各種材料數(shù)量由1塊試件體積按馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)密度乘以1.03的系數(shù)求算。對(duì)試驗(yàn)室試驗(yàn)研究、配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)及采用機(jī)械拌和施工的工程，不得用人工炒拌法拌制瀝青混合料，當(dāng)采用大容量瀝青混合料拌和機(jī)時(shí)宜金量一次拌和，當(dāng)采用小型混合料拌和機(jī)時(shí)，可分兩次拌和。

五、車轍的深度標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)定方法

1、美國(guó)聯(lián)邦公路管理局按車轍深度，將車轍分為以下四個(gè)等級(jí)：

①輕微(hydroplaning，(注)5.08～6.35mm)；

②低棧(10W，6.35-12.7mm)；

③中等(medium，12.7-25.4mm)；

④嚴(yán)重(high，>25.4mm)。

注：hydroplaning——水滑現(xiàn)象。水滑現(xiàn)象指路面積水，形成水楔將輪胎與路面隔開，而產(chǎn)生的浮滑現(xiàn)象，美國(guó)聯(lián)邦公路管理局認(rèn)為只要有5.08-6.35mm的輕微車轍，便有可能引起高速車輛水滑現(xiàn)象。

2、車轍深度的測(cè)定方法分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩大類。靜態(tài)法包括：量桿和水準(zhǔn)儀法、量線法、長(zhǎng)直尺法、短直尺法及表面深度儀法(FaceDipstick Device)等。動(dòng)態(tài)法包括：超聲波和紅外線測(cè)定，以及35mm攝影法。

六、車轍的修補(bǔ)方法

路面上發(fā)生車轍后，為避免積水和擴(kuò)大損壞范圍，應(yīng)按破壞的形式、面積大小及深淺程度采取不同方法及時(shí)修補(bǔ)。

1、屬于表面性磨損過度出現(xiàn)的車轍，應(yīng)按下列方法修樸：

(1)采用路面銑刨機(jī)或風(fēng)鎬翻松表面一定較高的水泥穩(wěn)定碎石修筑，但其層厚不得小于15cm，修補(bǔ)時(shí)應(yīng)注意與周邊原基層的良好銜接，最后重做面層。

6、對(duì)于受條件限制或車轍面積較小的街坊道路，可采用現(xiàn)場(chǎng)冷拌的乳化瀝青混合料修補(bǔ)。

七、瀝青混合料車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)?zāi)軌虺浞帜M瀝青路面上車輪行使的實(shí)際情況，是評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫抗車轍性能的最直觀的室內(nèi)試驗(yàn)方法。在用于試驗(yàn)研究時(shí)。還可以改變溫度、荷載，試件厚度、尺寸、成型條件等等，以模擬路面實(shí)際情況，搞清楚各種因素變化對(duì)車轍變形的影響。如果試件在水浴中，還可以研究有水的條件下的各種破壞情況，搞清楚水損害的規(guī)律。

車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料在規(guī)定溫度條件下抵抗塑性流動(dòng)變形能力的方法，通過板塊狀試件與車輪之間的往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使試塊在車輪的重復(fù)荷載作用下，產(chǎn)生壓密、剪切、推移和流動(dòng)，從而產(chǎn)生車轍。

車轍試驗(yàn)溫度應(yīng)能反映夏季高溫的路面溫度，我國(guó)絕大數(shù)地區(qū)的溫度條件采用60℃，試驗(yàn)環(huán)境溫度為60℃±2℃。試件內(nèi)部溫度60℃±0.5℃。但根據(jù)需要。如在寒冷地區(qū)也可采用45℃或其它溫度。

為確保瀝青混合料高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)，提高

表2瀝青混合料拌和及壓實(shí)溫度參考表

(2)將預(yù)熱的試楔從烘箱中取出，裝上試模框架，在試模中鋪一張裁好的普通紙(可用報(bào)紙)，使底面及側(cè)面均被紙隔離，將拌和好的全部瀝青混合料(注意不得散失，分兩次拌和的應(yīng)倒在一起)，用小鏟稍加拌和后均勻地沿試模由邊至中按順序轉(zhuǎn)圈裝入試模，中部要略高于四周。取下試模框架，用預(yù)熱的小型擊實(shí)錘由邊至中轉(zhuǎn)圈夯實(shí)一遍，整平成凸圓弧形。插入溫度計(jì)，待混合料稍冷至表1所示壓實(shí)溫度(為使冷卻均勻，試模底下可用墊木支起)時(shí)，在表面鋪一張裁好肘的普通紙。

(3)先將碾壓輪預(yù)熱至100℃左右。將盛有瀝青混合料的試模置于輪碾機(jī)的平臺(tái)上，—定要放于平臺(tái)中間，擰緊兩邊的固定螺絲，使試模固定牢固。然后，啟動(dòng)輪碾機(jī)居中按鈕，使試模位于碾壓輪正下方，輕輕放下碾壓輪，調(diào)整總荷載為9K N(線荷載300N／cm)。設(shè)定碾壓次數(shù)，一般12個(gè)往返(24次)。啟動(dòng)輪碾機(jī)，碾壓完畢，升起碾壓輪，將_成件調(diào)轉(zhuǎn)方向(180°)，用同樣的方法繼續(xù)碾壓至馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度100±1％為止。將盛有試件的試模，置室溫下冷卻，至少12h。

2、車轍試驗(yàn)方法及注意事項(xiàng)

(1)測(cè)定試驗(yàn)輪接地壓強(qiáng)：測(cè)定在60℃時(shí)進(jìn)行，在試驗(yàn)臺(tái)上放置一塊50mm的鋼板，其上鋪一張毫米方格紙，上鋪一張新的復(fù)寫紙。以規(guī)定的700N荷載后試驗(yàn)輪靜壓復(fù)寫紙，即可在方格紙上得出輪壓面積，并由此求得接地壓強(qiáng)。當(dāng)壓強(qiáng)不符合0.7MPa±0.05Mpa，荷載應(yīng)予以調(diào)整。

(2)將碾壓成型并冷卻后的試件連同試模一起，置于已達(dá)到試驗(yàn)溫度60℃±1℃的恒溫室中，保溫不少于5h，也不得多于24h。

(3)將試件連同試模置于車轍試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)上，并擰緊兩邊的固定螺絲，使試模固定牢固，在試件的試驗(yàn)輪不行走的部位上，放上溫度傳感器，控制試件溫度穩(wěn)定在60℃±0.5℃，放下試驗(yàn)輪，使其在試件的中央部位，其行走方向須與試件碾壓或行車方向一致，調(diào)節(jié)位移傳感器的上下位置，使位移傳感器數(shù)值顯示應(yīng)在1mm～4mm的范圍內(nèi)，關(guān)嚴(yán)試驗(yàn)機(jī)門。開動(dòng)車轍變形自動(dòng)記錄儀，然后啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使試驗(yàn)輪往返行走，時(shí)間約一個(gè)小時(shí)，或最大變形達(dá)到25mm為止。試驗(yàn)時(shí)，記錄儀自動(dòng)記錄變形曲線及試件溫度。

(4)結(jié)果整理

從圖1讀取45min(t1)及60min(t2)時(shí)的車轍變形d1及d2，準(zhǔn)確至0.01mm。當(dāng)變形過大，在未到60min變形已達(dá)25mm時(shí)，則已到達(dá)25mm(d2)時(shí)的時(shí)間為t2，將其前15min為t1，此時(shí)的變形量為d1。

瀝青混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度按下式計(jì)算：

DS=(t2-t1)×N／(d2-d1)×C1×C2

式中：DS——瀝青混合料穩(wěn)定度，次／mm；

d1——對(duì)應(yīng)于時(shí)間t1的變形量，mm；

d2——對(duì)應(yīng)于時(shí)間t2的變形量，mm；

C1——試驗(yàn)機(jī)類型修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動(dòng)試件的變速行走方式為1.0，鏈驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)輪的等速方式為1.5；

C2——試件系數(shù)，試驗(yàn)室制備的寬300mm的試件為1.0，從路面切割的寬150mm的試件為0.8；

N——試驗(yàn)輪往返碾壓速度，通常為42次／min。

(5)報(bào)告

同一瀝青混合料或同一路段的路面，至少應(yīng)做3個(gè)試件的平行試驗(yàn)，當(dāng)3個(gè)試件動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)小于20％時(shí)，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。變異系數(shù)大于20％時(shí)應(yīng)分析原因，并追加試驗(yàn)。如計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度值大干6000次／mm，記作：>6000次／mm。

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)注明試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)輪接地壓強(qiáng)、試件密度、空隙率及試件制作方法等。

八、結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，大量高等級(jí)瀝青路面建設(shè)越來越多，公路交通量也不斷增加，為防止瀝青路面早期破壞，已成為當(dāng)今重大課題。因此，我們所有參建的工程技術(shù)人員要嚴(yán)把工程質(zhì)量關(guān)，為把我國(guó)建設(shè)成繁榮富強(qiáng)的國(guó)家而奮斗。

參考文獻(xiàn)

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