瀝青路面公路抗車轍性能試驗及結構優化探究

郭俊霞

摘 要：車轍會對公路路面的使用產生很大影響。產生車轍的原因主要有路段氣候、車輛荷載與流量以及瀝青質量等。在分析瀝青路面公路車轍類型和危害的基礎上，提出了結構優化措施，避免瀝青路面公路車轍的產生。

關鍵詞：瀝青路面；車轍；性能試驗；結構優化

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.091

隨著我國社會經濟的發展，特別是新型城鎮化進程的加快，各種類型公路的里程不斷增加。但同時，由于車輛荷載的增加、地段所處氣候和瀝青質量問題，瀝青路面公路產生車轍，對公路質量和行車安全產生了很大的影響。下面將介紹瀝青路面公路車轍的類型、車轍產生的原因，并提出了結構優化措施，以提高瀝青公路的安全性。

1 瀝青路面公路車轍的類型和危害

1.1 公路車轍的類型

瀝青公路路面一種獨有的破壞形式為車轍，其是在各種因素的影響下所產生的永久性變形，包括高溫氣候條件、車輛荷載等。這種車轍會影響公路路面性能。根據路面車轍產生原因的不同，可將車轍分為以下4種類型：①結構型車轍。瀝青公路路面結構設計存在缺陷或公路結構層壓實不到位都會導致結構型車轍的產生。在承載力不足的路基中，此類車轍尤為突出，而在半剛性的基層瀝青路面中則很少見。②嚴密型車轍。由于瀝青路面具有壓密變形的特性，所以此類車轍比較容易辨識，通常呈“V”字形。③磨損型車轍。由輪胎磨損而產生的車轍屬于磨損型車轍。車輛在行駛過程中，汽車鋼圈會直接作用于瀝青公路路面，產生磨損型車轍。④失穩型車轍。瀝青混合料在高溫條件下的穩定性差，或者因為路面車輛超載嚴重，過度失穩，導致瀝青混合料產生剪切變形。這種類型的車轍具有隆起的特點，呈“W”形狀，在某些位置尤為突出和嚴重。

1.2 車轍的危害分析

半剛性基層強度高、板體性好，公路基層多選擇半剛性基層，并以瀝青路面為設計形式。對于以半剛性基層為基層的路面來說，車載作用是產生車轍的主要原因。近年來，國內公路里程不斷增加，車輛行駛的特性可能會使公路產生永久性變形。一般而言，高速公路瀝青路面輪痕處瀝青厚度會隨著時間的推移變薄，易誘發其他病害。車轍危害主要有：①公路危害成本增加，服務質量差。車轍底部與上部邊緣位置產生集中應力，可能導致公路瀝青路面產生縱向上的裂縫，如果雨水滲入，就會縮短公路基層使用壽命，增加維護成本。②增加安全隱患。影響公路路面平整度的因素之一便是車轍，其會對行車的舒適性產生很大影響。如果車轍輕微，則車輛可能駛出路面，入轍槽時出現明顯晃動；如果車轍嚴重，一旦急速變道，則車輛可能失去控制。

2 影響瀝青公路路面車轍產生的因素

影響瀝青公路路面車轍產生的因素包括外部因素和內部因素兩個方面。

外部因素包括地段氣候、渠化交通、車輛荷載、路面坡度和車流量等，其中，地段氣候、車輛荷載與流量是公路路面產生車轍的主要因素。如果公路所處地段氣候條件差，就會縮短車轍的形成時間。例如溫度越高，則瀝青混合料的勁度模量越低，其抗車轍的能力也就變得越差。對于車輛荷載與流量，車轍產生的原因之一為車輪在豎向與水平荷載下，導致瀝青內產生一定的剪應力，使瀝青混合料剪切變形，長此以往，就會形成車轍。

瀝青公路路面產生車轍的內部因素包括施工質量、路面均勻性、材料設計和原材料性質等。其中，瀝青質量和瀝青混合料級配會對路面的性能產生重要影響。同時，施工質量差與路面均勻性差也會導致路面產生車轍，比如混合料離析嚴重，級配偏差大；現場施工管理不到位，碾壓不及時，碾壓溫度偏低；油石比控制偏差大。綜合以上因素，使瀝青路面層間出現滑動現象。

3 瀝青路面結構組合優化設計分析

隨著社會經濟的發展，公路建設重心逐步向中西部轉移，山區公路長陡坡、上坡路瀝青路面車轍病害屬于不可避免的問題之一。為了進一步優化公路的結構設計，首先需要了解并掌握車轍的危害。

3.1 瀝青路面全厚度車轍預估模型

建立瀝青路面車轍預估模型的步驟是選擇模型參數→確定模型形式→標定模型。瀝青路面全厚度剪切變形預估模型的關鍵在于參數是否可靠、真實及其是否能準確反映出材料性能。

影響瀝青路面車轍性能的因素有瀝青混合料的性能參數、溫度、路面結構組合形式、車輛荷載、行車速度和荷載作用次數等。根據以上因素，建立的模型為：

. （1）

k=（C1+C2×depth）×0.328 196depth. （2）

式（1）（2）中：β為模型修正參數；N為荷載作用次數；T為結構層溫度；C為模型參數；depth為計算層深度。

在此模型中，輸入不同瀝青混合料下的模量，就可評價瀝青路面的性能。

3.2 瀝青路面結構組合優化設計

瀝青路面的抗車轍性能受材料性能及其結構組合形式的影響。根據研究，優化結構組合形式可提升瀝青路面整體抗車轍水平。

在取值上，模型參數不同，特重交通可分為不同等級，包括水泥路面和瀝青路面。在各個等級中，模型的取值不同。

4 提升瀝青路面抗車轍能力的技術措施

4.1 優化瀝青面層路面結構

在公路的設計和建設上，存在著重材料、輕結構的問題。在路面施工中，將級配碎石過渡層設置于基層間和面路段，或在路段設置瀝青碎石過渡層會降低路面的抗車轍能力，而且半剛性基層材料不能提高路面結構的抗車轍變形能力。

一般而言，瀝青混合料的高溫抗車轍能力有60%是因為礦料級配的嵌擠作用，而瀝青混合料產生的抗車轍能力占40%.對于混合料組成，調查發現，根據規范級配控制，則集料顆料易在相對重排下達到最密實的效果。但是這一種級配對瀝青含量很敏感，即使瀝青用料很少，也會使混合料的可塑性變得很強，最終導致路面出現嚴重車轍。

現代工藝水平的提高和現代施工設備性能的提升對級配范圍也提出了較高的要求，所以，要避免路面出現較大的車轍，就應及時優化上層、中層與下層瀝青混合料的級配范圍，并根據現有規范級配范圍，使設計思想向形成緊密嵌擠骨架結構靠近，并采用“抬頭平尾”骨架密實型級配，滿足抗滑性能要求。

4.2 使用優質的結合料

在瀝青路面施工中，在選擇瀝青膠結料時，必須根據施工現場的氣候條件、交通流量狀況來決定選擇何種性能的瀝青。如果選擇基質瀝青，則應檢測瀝青的感溫性指標針入指數（N）；而如果選用改性瀝青，則應綜合評價其PG等級。在使用改性瀝青混凝土或改性瀝青時，必須按照施工情況，嚴格控制瀝青用量，并保持瀝青混合料動穩定性，然后結合混合料瀝青的穩定性，選擇重交通石油瀝青AH-90或AH-70。使用改性瀝青會大幅度提升路面的穩定性。

4.3 強化瀝青路面層的結合

目前，一些施工項目過于追求外觀效果，在中面層完工后，一次性開展多個項目，例如綠化、交通和通訊工程等，然后都在上面層攤鋪。由于中面層放置了太長時間，早已污染嚴重，部分施工單位通常采用沖水這一方式來改善環境。但是從實際效果看，這種做法對環境的污染比較大，且還會導致中面層、下面層進入泥水，形成層間積水。

4.4 嚴格控制與管理施工

4.4.1 嚴格控制瀝青路面的壓實度

根據目前的壓實率指標，需嚴格控制瀝青路面施工。路面通車后，如果通過測量發現存在二次壓密，則證明瀝青路面空隙率較大。為降低實測空隙率，可將馬歇爾設計空隙率調整至3%～4.5%，并在施工過程中確保瀝青碾壓溫度。如果碾壓溫度過高，則瀝青黏度就會降低，混合料易出現錯位活動、推移問題，產生裂紋；如果碾壓溫度過低，則難以壓實，會出現碾壓開裂現象。

4.4.2 嚴格控制瀝青用量

在目標配合比設計上，可通過調整與優化生產配合比，確定最佳瀝青時間。同時，為了提升公路瀝青混凝土抗水性能，應將用料誤差范圍從±0.3%調整為±0.2%或±0.1%.

4.4.3 嚴格控制石料壓碎值

在施工中，為了避免瀝青混合料在攤鋪與碾壓過程中出現壓碎現象，應選用針片狀、壓碎值小的石料，同時注意碾壓工藝的選擇。另外，也要加強對路面的檢查，嚴格控制入場沙石的質量、含泥量和壓碎值。

5 結束語

隨著我國新型城鎮化進程的加快，公路建設事業取得了較好的成績。對于公路建設來說，質量是最重要的，而車轍會影響瀝青公路路面的外觀和行駛安全性。本文介紹了車轍的類型，分析了產生車轍的原因，并提出了結構優化設計模型和技術措施，希望能為提高公路質量提供參考借鑒。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕