瀝青路面車(chē)轍成因及防治措施

　　摘 要： 瀝青道路車(chē)轍病害是在交通荷載和高溫氣候的作用下，瀝青混合料粘塑性變形累積的結(jié)果，是外因和內(nèi)因綜合作用的結(jié)果。本文對(duì)瀝青道路車(chē)轍病害的成因及防治措施，進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和探討。
　　關(guān)鍵詞： 瀝青道路 車(chē)轍病害 成因 防治措施
　　
　　1.引言
　　近幾年，隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，瀝青路面以其諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到高等級(jí)公路建設(shè)中，但是路面的一些問(wèn)題卻不容忽視。在各種因素的影響下，不可避免地出現(xiàn)了裂縫、車(chē)轍、沉陷、坑槽、唧泥、泛油、波浪、擁包、表面磨光、松散剝落等諸多病害，使大部分設(shè)計(jì)年限為15年的瀝青路面在短短幾年內(nèi)就遭受到不同程度的損壞，嚴(yán)重影響了公路的正常運(yùn)營(yíng)。在諸多病害中，車(chē)轍是比較嚴(yán)重的一種，本文就其成因及相應(yīng)的處理方法做初步探索。
　　2.車(chē)轍病害的類型及形成過(guò)程
　　2.1車(chē)轍病害的類型
　　根據(jù)瀝青路面的車(chē)轍形成機(jī)理，可分為三大類型：磨耗型車(chē)轍、結(jié)構(gòu)型車(chē)轍、失穩(wěn)型車(chē)轍（見(jiàn)圖1、圖2、圖3）。
　　2.1.1磨耗型車(chē)轍。
　　由于瀝青路面結(jié)構(gòu)面層材料在車(chē)輪磨耗和自然環(huán)境作用下持續(xù)不斷地?fù)p失形成。
　　在交通車(chē)輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落；在冬季路面鋪撒防滑料(如：砂)時(shí)，磨損型車(chē)轍會(huì)加速發(fā)展。此外，汽車(chē)使用防滑鏈和突釘（膠釘）輪胎時(shí)會(huì)使其加速發(fā)展。
　　2.1.2結(jié)構(gòu)型車(chē)轍。
　　交通荷載反復(fù)作用下，路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體永久變形而形成的結(jié)構(gòu)型車(chē)轍。常起源于路基及碎石基層變形的積累。這類車(chē)轍主要是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強(qiáng)度不足，在交通荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生向下的永久變形、作用或反射于路面。
　　2.1.3失穩(wěn)型車(chē)轍。
　　瀝青路面結(jié)構(gòu)層在交通渠化作用下，當(dāng)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性不足時(shí)，由于材料的粘性流動(dòng)變形而形成。絕大多數(shù)車(chē)轍是由于在交通荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的作用下，路面層材料失穩(wěn)，凹陷和橫向位移形成的。此類車(chē)轍的外觀特點(diǎn)是沿車(chē)轍兩側(cè)可見(jiàn)混合料失穩(wěn)橫向蠕變位移形成的凸緣。一般出現(xiàn)在車(chē)輛輪跡的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)經(jīng)碾壓的路面材料的強(qiáng)度不足以抵抗交通荷載作用于它上面的應(yīng)力，特別是重載車(chē)輛高頻率通過(guò)，路面反復(fù)承受高頻重載時(shí)，極易產(chǎn)生此類車(chē)轍。此外，在高速公路的進(jìn)出口，交費(fèi)站或一般公路的交叉路口等減速或緩行區(qū)，這類車(chē)轍較為嚴(yán)重。因?yàn)檫@些地區(qū)車(chē)速較低，交通荷載對(duì)路面的作用時(shí)間較長(zhǎng)，易于引起路面材料失穩(wěn)、橫向位移和永久變形。
　　三種車(chē)轍類型如下圖所示：
　　車(chē)轍的形成可簡(jiǎn)單地劃分為三個(gè)階段。
　　2.2.1初始階段的壓密過(guò)程。
　　瀝青路面碾壓成型前是由骨料、瀝青、空氣組成的經(jīng)均勻拌和的松散混合料，經(jīng)碾壓，骨料被強(qiáng)行排列成一定的骨架結(jié)構(gòu)。在瀝青路面碾壓成型開(kāi)放交通以后，瀝青面層及各結(jié)構(gòu)層材料中均存在一些空隙，在汽車(chē)荷載重復(fù)搓揉作用下，混合料仍會(huì)有進(jìn)一步的壓密過(guò)程。
　　2.2.2瀝青混合料的流動(dòng)過(guò)程。
　　高溫下的瀝青混合料處于以粘性為主的粘彈性狀態(tài)，在車(chē)輪荷載作用下，瀝青及瀝青膠漿便產(chǎn)生流動(dòng)，路面受載處出現(xiàn)壓縮剪切變形，從而使混合料的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，而向兩側(cè)隆起。
　　2.2.3礦質(zhì)集料的重新排列及礦質(zhì)骨架的破壞。
　　高溫下處于半固體狀態(tài)的瀝青混合料，由于瀝青及瀝青膠漿在荷載作用下的流動(dòng)，此時(shí)礦質(zhì)骨架逐漸成為荷載的主要承擔(dān)者，再加上瀝青的潤(rùn)滑作用，礦質(zhì)集料會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，促使瀝青及膠漿向其富集區(qū)流動(dòng)，從而使混合料的網(wǎng)絡(luò)骨架遭受破壞。
　　3.車(chē)轍病害產(chǎn)生原因的分析
　　瀝青車(chē)轍病害是在交通荷載和高溫氣候的作用下，瀝青混合料粘塑性變形累積的結(jié)果，也是外因和內(nèi)因綜合作用的結(jié)果。對(duì)于車(chē)轍病害的研究表明，約40%是由瀝青引起的，主要是瀝青的高溫粘度和用量。另外，60%由瀝青混合料中的非瀝青因素引起，也就是原材料、級(jí)配和工藝的函數(shù)。
　　3.1外因
　　3.1.1荷載。
　　車(chē)輛荷載的作用下瀝青路面產(chǎn)生的變形包括彈性的、粘彈性的和粘塑性的三類。渠化交通使不可恢復(fù)的粘塑性變形和來(lái)不及恢復(fù)的粘彈性變形得以累積而形成車(chē)轍，所以交通量對(duì)車(chē)轍的影響包括作用次數(shù)和作用間歇時(shí)間兩個(gè)方面。
　　現(xiàn)實(shí)中超載現(xiàn)象非常嚴(yán)重，這對(duì)瀝青路面的影響比交通量還要大，軸重超載往往會(huì)造成變形的不可恢復(fù)性，因此對(duì)超載要嚴(yán)格控制，這也是我國(guó)目前路面破壞的主要原因。
　　3.1.2溫度。
　　低溫時(shí)瀝青趨近彈性體，微小的變形可以忽略不計(jì)，但在一定的高溫條件下，當(dāng)足夠的荷載作用時(shí)變形就非常明顯了，這時(shí)的變形主要包括粘彈與粘塑兩部分。我國(guó)很多地區(qū)夏季炎熱，為路面病害墊定了溫床，因此這也是我國(guó)車(chē)轍病害高發(fā)的原因之一。
　　3.1.3碾壓。
　　壓實(shí)質(zhì)量不足是當(dāng)前產(chǎn)成車(chē)轍病害的主要原因。從現(xiàn)場(chǎng)的取樣試件檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，45℃、0.7MPa下的壓實(shí)度達(dá)0.917（以馬歇耳75次擊實(shí)為標(biāo)準(zhǔn)）；保溫松散后重塑，輪碾成型后壓實(shí)度可達(dá)0.98；輪碾搓揉成型后壓實(shí)度可達(dá)0.98—1.0，由數(shù)據(jù)可以證明壓實(shí)度和壓實(shí)方式對(duì)車(chē)轍的影響是很顯著的。
　　3.2內(nèi)因
　　3.2.1瀝青。
　　瀝青對(duì)車(chē)轍的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。
　　3.2.1.1瀝青粘度。瀝青粘度對(duì)車(chē)轍具有顯著的影響，我國(guó)南方習(xí)慣上喜歡采用的瀝青標(biāo)號(hào)要稠一些，標(biāo)號(hào)不同與北方，針入度要差1—2個(gè)等級(jí)。由于針入度是條件粘度，同標(biāo)號(hào)的瀝青抗車(chē)轍能力并不相同，因此在經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)體系中用軟化點(diǎn)來(lái)補(bǔ)充針入度的不足。此外，因?yàn)橄瀸?duì)瀝青的影響相對(duì)較大，所以在石蠟瀝青中又補(bǔ)充了一個(gè)含蠟量指標(biāo)。
　　3.2.1.2瀝青用量。瀝青用量是瀝青對(duì)車(chē)轍另一個(gè)顯著的影響因素。過(guò)多的瀝青用量將在瀝青混合中形成游離的自由瀝青，在高溫條件下因荷載作用會(huì)發(fā)生明顯的粘性流動(dòng)變形。即使瀝青的用量控制精度甚高，也必須嚴(yán)格控制混合料的配合比。
　　3.2.2集料。
　　由于集料方面問(wèn)題導(dǎo)致的瀝青車(chē)轍病害占車(chē)轍病害總量的60%。集料導(dǎo)致車(chē)轍病害主要從如下三種方式發(fā)揮作用的。
　　3.2.2.1集料的形狀。針片狀含量偏大導(dǎo)致壓碎值過(guò)大，在荷載作用下就很容易發(fā)生變形。
　　3.2.2.2集料的規(guī)格。雖然瀝青路面施工規(guī)范給出了粗集料、石屑的規(guī)格要求，但是由于篩分工序不嚴(yán)，超規(guī)格現(xiàn)象仍然常有。這就使原來(lái)設(shè)計(jì)合理的配合比大打折扣，因此影響了混合料的承載能力，對(duì)車(chē)轍的產(chǎn)生留下了隱患。
　　3.2.2.3集料供應(yīng)的穩(wěn)定性。多家小規(guī)模的集料供應(yīng)商，其生產(chǎn)的原料質(zhì)量規(guī)格不一，使混合料的性能顯著降低，導(dǎo)致車(chē)轍的易發(fā)性。
　　3.2.3級(jí)配。
　　級(jí)配的影響是重要的，也是復(fù)雜的。級(jí)配是決定混合料組成結(jié)構(gòu)的最重要因素，對(duì)于抗車(chē)轍而言，需要一個(gè)高溫下即使瀝青處于完全粘性流動(dòng)狀態(tài)下，也能夠保持穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。大量研究表明穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的一個(gè)極限條件是瀝青混合料的最小空隙率為3%-4%。
　　4.瀝青路面車(chē)轍病害防治措施
　　4.1瀝青路面車(chē)轍病害判斷標(biāo)準(zhǔn)——車(chē)轍的深度
　　按車(chē)轍深度，將車(chē)轍分為以下四個(gè)等級(jí)。
　　①輕微(5.08—6.35mm)；
　　②低淺(6.35—12.7mm)；
　　③中等(12.7—25.4mm)；
　　④?chē)?yán)重(>25.4mm)。
　　在實(shí)際測(cè)定車(chē)轍時(shí)多以引起“水滑”為根據(jù)(水滑現(xiàn)象指路面積水，形成水膜將輪胎與路面隔開(kāi)而產(chǎn)生的浮滑現(xiàn)象)，確定車(chē)轍的允許深度。而且，確切的車(chē)轍的允許深度還要從兩個(gè)方面考慮：①路面結(jié)構(gòu)；②安全。
　　因此，可以認(rèn)為車(chē)轍的允許深度標(biāo)準(zhǔn)為：
　　①?gòu)穆访娼Y(jié)構(gòu)和功能上講應(yīng)為19—20mm；
　　
　　②從行車(chē)安全上講應(yīng)為l0mm；
　　③車(chē)轍的斜率。
　　即車(chē)轍深度與其寬度的比值不得超過(guò)2％，否則將破壞車(chē)輛在路面的行駛平順性。
　　4.2車(chē)轍的測(cè)定
　　車(chē)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等。動(dòng)態(tài)法包括：超聲波和紅外線測(cè)定，以及35mm攝影法。
　　35mm攝影法測(cè)定車(chē)轍深度：首先用35mm攝影系統(tǒng)在路面上投射一條橫越整個(gè)路面的車(chē)轍輪廓標(biāo)線，以顯現(xiàn)路面橫斷面的輪廓。然后，將標(biāo)線所顯示的輪廓拍攝成像，并由計(jì)算機(jī)算出該標(biāo)線在所選定的坐標(biāo)系內(nèi)的位置。再?gòu)穆访鏅M斷面輪廓頂面上拉過(guò)一條測(cè)量線，模擬靜態(tài)法中使用的量線(見(jiàn)圖4)。測(cè)定輪廓標(biāo)線與該測(cè)量線間的垂直距離，即可確定車(chē)轍的橫斷面輪廓和各點(diǎn)的深度。這一方法通常稱為標(biāo)線法。顯然，測(cè)出整個(gè)車(chē)轍的橫斷面輪廓比單純的測(cè)量車(chē)轍深度要好得多。測(cè)繪出車(chē)轍橫斷面的輪廓，不僅可以知道車(chē)轍的形狀和任一點(diǎn)的深度，而且可以確定路面縱向變形的橫向位置，從而準(zhǔn)確地分析出產(chǎn)生車(chē)轍的主要原因，以確定和選用最合適的處理方法和工藝對(duì)車(chē)轍加以處理。
　　4.3預(yù)防措施
　　4.3.1粗集料應(yīng)粗糙且有較多的破碎裂面。
　　密級(jí)配瀝青混凝土中的粗集料應(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。高等級(jí)道路應(yīng)進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)檢驗(yàn)；穩(wěn)定度對(duì)高速公路和城市快速路不小于800次／mm，對(duì)一級(jí)公路和城市主干路不小于600次／mm。
　　4.3.2根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件按《瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》選用合適標(biāo)號(hào)的瀝青，針入度不宜過(guò)大。
　　4.3.3施工時(shí)，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％、95％、96％。
　　4.3.4對(duì)于通行重車(chē)比例較大的道路，或起動(dòng)、制動(dòng)頻繁、陡坡的路段，必要時(shí)可采用改性瀝青混合料，提高抗車(chē)轍能力，但在選用時(shí)，需兼顧高低溫性能。
　　4.3.5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(guò)混合料集料最大粒徑的3—4倍，否則較易引起車(chē)轍。
　　4.4治理方法
　　4.4.1如僅在輪跡處出現(xiàn)下陷，而輪跡兩側(cè)未出現(xiàn)隆起時(shí)，則可先確定修補(bǔ)范圍，一般可目測(cè)或?qū)⒅背呒茉诎枷萆希c長(zhǎng)直尺底面相接的路面處可確定為修補(bǔ)范圍的輪廓線，沿輪廓線將5—10cm寬的面層完全鑿去或用機(jī)械銑削。槽壁與槽底垂直，并將凹陷內(nèi)的原面層鑿毛，清掃干凈后，涂刷0.3—0.6kg／㎡口粘層瀝青，用與原面層結(jié)構(gòu)相同的材料修補(bǔ)，并充分壓實(shí)，與路面接平。
　　4.4.2如在輪跡的兩側(cè)同時(shí)出現(xiàn)條狀隆起，應(yīng)先將隆起部位鑿去或銑削，直至其深度大于原面層材料最大粒徑的2倍，槽壁與槽底垂直，將波谷處的原面層鑿毛，清掃干凈后涂刷03—0.6kg／㎡的粘層瀝青，再鋪筑與面層相同級(jí)配的瀝青混合料，并充分壓實(shí)與路面接平。
　　4.4.3若因基層強(qiáng)度不足、水穩(wěn)性不好等原因引起車(chē)轍時(shí)，則應(yīng)對(duì)基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或?qū)p壞的基層挖除，重新鋪筑。新修補(bǔ)的基層應(yīng)有足夠強(qiáng)度和良好的水穩(wěn)性，堅(jiān)實(shí)平整。如原為半剛性基層，可采用早期強(qiáng)度較高的水泥穩(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。
　　4.4.4對(duì)于受條件限制或車(chē)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)。在施工過(guò)程中應(yīng)注意環(huán)境的污染，要達(dá)到綠色環(huán)保施工。
　　5.結(jié)語(yǔ)
　　近年來(lái)，我國(guó)公路交通量增長(zhǎng)非常迅猛，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)期增長(zhǎng)速度，高速公路重車(chē)比例在不斷提高，車(chē)輛超載超限現(xiàn)象非常普遍，這種交通條件對(duì)路面的破壞作用非常嚴(yán)重，尤其會(huì)導(dǎo)致路面車(chē)轍的產(chǎn)生。我們應(yīng)該重視車(chē)轍問(wèn)題，在施工過(guò)程中時(shí)刻牢記對(duì)各種病害的防治，在不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)和研究的同時(shí)，積極引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的防治車(chē)轍的新工藝、新技術(shù)及新材料，為我國(guó)的交通事業(yè)騰飛奠定良好基礎(chǔ)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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