探析高速公路瀝青路面車轍的產生機理及影響因素

【摘要】文章首先對車轍的類型做了總結，然后進一步對車轍產生的機理進行了分析，最后總結歸納出車轍形成不僅受氣溫變化、車流和車載、路面的結構和交通渠化等外在因素的影響，還受原材料和材料設計和施工質量內在因素的影響。

【關鍵詞】瀝青路面；車轍類型；車轍產生機理；影響因素

0.引言

隨著國家綜合實力的提高，我國的交通事業有了極大的發展。我國的公路事業已經邁入了高速公路階段。然而，渠化現象和重載交通對瀝青路面照成了極大的破壞，造成了如車轍早期的病害。車轍病害從對瀝青路的建設到投入使用都會產生很大的影響。對高速公路瀝青路面車轍的產生和影響因素的分析研究，能夠有效的改善路面的結構設計，減少瀝青路面車轍的產生。

1.車轍的類型

通常情況下，瀝青路面車轍有以下四中比較具有典型的類型

1.1失穩型車轍

在高溫和重載爬坡的影響下，瀝青路面在車輪的反復壓力之下，剪應力超過瀝青混合材料的抗剪強度的極限，瀝青混合材料向路面兩側流動變形，材料流動不斷的積累便成車轍。

1.2壓密型車轍

瀝青混合材料之間存在空隙照成的車轍。在施工的過程中，由于職工人員對瀝青混合材料的空隙壓實不足。道路投入使用后，通過車輪的反復碾壓把路面壓實，照成車輪集中碾壓的地方厚度變薄，出現凹凸的現象，便形成車轍。

1.3結構型車轍

車輛的荷載超出瀝青路面的強度承受能力從而導致的瀝青路面的永久變形，這種變形包括路基和其它結構在內的永久變形。這種變形受各層結構強度的影響。因此，該類型車轍特點表現為寬度達，路面兩側無隆起現象，橫斷面呈凹形。

1.4磨耗型車轍

車輛輪胎對瀝青路面的磨耗形成的磨耗型車轍。尤其是寒冷地區車輛使用的帶釘輪胎和帶鏈輪胎對路面的磨耗更大，容易形成車轍。

2.車轍產生的機理

在施工技術不斷提高和施工質量更加完善的影響下，路基和基層的永久變形形成的車轍越來越少，瀝青面層永久變形形成的車轍狀況越來越多。經過科學家的實驗表明，當前車轍產生的位置主要在公路的面層以及面層10CM以下的位置。

2.1機理分析

當前，我國的瀝青路面多為半剛性，這種路面結構下的路基和基層更為穩定，路基和基層不容易出現永久變形的情況發生，路基和基層永久變形的比例很低，我國高速公路最主要的永久變形主要實在瀝青混合材料層。經過科學家大量對公路的實驗和計算得出：半剛性材料為基層的高等級瀝青路面，瀝青層產生的車轍占路面車轍總量的90%以上[1]。因此瀝青層的永久變形對瀝青路面的車轍起決定作用。

2.2路面應力分析

半剛性基層模量的增加會加大路面結構的最大應力峰值，這說明增加基層的剛性對路面的結構尤其是面層的抗剪性不利。基于這個原因，基層剛度的增加雖然對整個路面的結構而言，能很好地提高升路面結構的整體強度；但是，這增加了剪切對路面的材料層的影響，瀝青公路更加容易形成車轍。當溫度升高時，瀝青混凝土結構回彈模量越小，也增加了瀝青路面結構承受的最大剪應力峰值，此時的瀝青混合材料的抗剪強度處于最低值，瀝青路面結構更為容易出現車轍的狀況。根據路面結構的剪切特性，一定范圍內的路面結構的厚度尤其是基層厚度對抗剪性的影響不明顯[2]。增加面層的厚度可減小瀝青面層內的剪應力，提高路面的抗剪性能。

3.車轍產生的影響因素

經過大量的調查以及在路面取樣分析，再對結合室內的實驗結果的分析，總結影響車轍的形成幾個主要影響因素。

3.1氣溫影響

氣溫的變化對車轍的形成至關重要。車轍的過程是材料在高溫下的蠕動過程，當氣溫升高時，瀝青混合材料的抗車轍能力越小。根據調查，在夏季是高速公路的多發期，尤其是當幾天內連續出現高溫現象，更容易出現車轍。在連續的高溫下，路面熱量難以及時釋放，瀝青混合材料粘聚力和抗剪強度的降低，路面更容易破損而出現車轍。

3.2車流和車載

在車輪的豎向和水平方向的壓力作用下，瀝青層內產生的剪應力會導致瀝青混合材料的剪切變形，這種變形難以恢復，在不斷的積累下變形形成車轍。在車轍的實驗中，當車輪壓力增加時，車轍的次數減少，簡單的線性關系并不能完全表示輪壓和車轍次數的關系，當輪壓增加會減少車轍的次數，讓輪壓低于設計壓強時，則車轍出現的次數會快速增加[3]。

3.3路面的結構

在對高速公路瀝青路面厚度情況的調查發現，瀝青路面的厚度會產生的剪應力不同。面層的厚度難以影響瀝青面層剪應力，中面層是承受剪應力的主要層次。從現場切割的斷面也可以驗證這一點；當瀝青層厚度超過18 cm時，瀝青面層與基層間所受的剪應力趨于零;瀝青面層厚度越小，瀝青面層與基層的層間剪應力越大[4]。

3.4渠化交通的影響

道路渠化是一種采取設置交通島或者交通標線、設立標志來疏導、引導道路交通流，并使交通流暢，達到提高道路通行能力，行車安全，高速公路渠化交通是產生車轍并使之進一步加劇的一個重要因素。

3.5原材料和材料設計

首先，優質瀝青能夠提升路面的性能，相比于普通的瀝青，改性瀝青具有更好的粘性，不僅如此，在抗車轍性能方面，改性瀝青具有更強的效果；其次，瀝青混合材料的極配會影響公路的抗車轍效果。級配是瀝青混合料中礦料的最重要特性，幾乎影響到瀝青混合料的所有重要特性。在對現場取回的樣品進行測試時發現，出現車轍情況較輕的公路瀝青混合料的極配普遍偏粗，極配的嵌擠能力較大，在高溫下瀝青混合材料的穩定性更高；而車轍情況較重的公路瀝青混合材料的極配普遍偏西細，極配難以形成嵌擠結構，公路更容易形成車轍。從實驗中可以得出，采用粗型的極配，能夠能耗的提高在高溫下瀝青混合材料的穩定性，并應使礦料級配接近骨架密實結構[5]。

3.6施工質量

當前施工中存在的多種問題也是形成路面車轍的主要原因。在施工時，施工單位將混合材料嚴重離析，極配偏差嚴重，生產出軟弱的混合材料；施工方只在意路面的平整度，而忽視了對壓實度的要求，職工方對路面常常碾壓不及時和出現漏壓的情況；施工方沒有控制好油石的比例等等一系列施工時出現的問題，都會導致路面容易出現車轍。

4.結語

表面上來看，車轍的形成是因為瀝青混合材料壓密和高溫影響下瀝青的流動導致股價失去穩定性造成的，從本質上講，是瀝青混合材料的結構特征發生了變化。瀝青路面車轍的形成是各種機理同時作用下產生的結果，既受結構層強度變化的影響，也受壓密變形以及磨損的影響。總之，我們要了解車轍形成的機制，把握好車轍形成的內外因素，從控制原材料的選擇開始，同時加強對設計和施工時的監控力度，以及對交通的綜合治理，從對高速公路的實踐來看，防止瀝青路面形成車轍將更加的容易[6]。

參考文獻

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[2]銀彥鵬，劉愛麗.高速公路瀝青路面車轍機理分析[J].山西建筑，2010，02(5):298-300.

[3]蘇凱，孫立軍.瀝青路面車轍產生機理[J].石油瀝青，2013，04(8):1-7.

[4]李高明，盧明華，高燕.車轍形成機理淺析[J].交通標準化，2011，12(12):103-107.

[5]孔健，雷靜蕓.瀝青路面車轍及其預估模型分析[J].山西建筑，2008，04(7):292-293.

[6]吳浩.陡長上坡路段瀝青路面車轍的形成機理與防治對策研究[D].長安大學，2010，8(3):85-196.