瀝青路面車轍病害分析與處治措施

李小松　湯琨

【摘 要】通過對國內某公路瀝青路面車轍病害的調查，從車轍產生的機理角度對車轍產生的原因進行了分析，最后給出了處治該路段車轍病害的具體措施。

【關鍵詞】瀝青路面；車轍；成因分析；處治措施

【Abstract】By investigating the rutting of asphalt pavement inland， analyzed the causes of the rutting by combined with the mechanism of rutting， and finally gave the measures to deal with the rutting of the road.

【Key words】Asphalt Pavement； Rutting； Causation； Treatment measures

0 引言

在我國，公路實行渠化交通，各車輛按照車道行駛，尤其近年來超限超載車輛的持續增加，行車道輪跡處位置承受大量重車的反復作用。在夏季高溫時，輪跡帶在大量重車反復作用下會逐漸變形下凹，兩側逐級隆起而形成車轍，繼而持續發展就會形成轍槽。

車轍等瀝青路面的流動變形是國際上最為常見的瀝青路面損壞現象。根據國際上的統計，在瀝青路面的維修養護中，有約80%是因為車轍變形[1]。車轍達到一定深度時會影響行車舒適性并容易積水進而對行車安全造成隱患。因此，車轍病害在很多國家都引起足夠的重視。

1 車轍病害調查

一些國家通過限制車轍的深度在一定范圍內，當超出范圍時就要采取處治措施。在不同國家，對于車轍的容許深度是不同的。有研究表明：當車轍深度達到5mm時，就有很大可能造成高速行車不安全；當車轍深度達到20mm時，則認為路面結構已經受到損壞[2]。在英國，當行車道的車轍深度達到10mm時，就認為路面開始進入臨界狀態，需加鋪面層；當車轍深度達到20mm時，就認為路面已經進入破壞狀態。美國瀝青協會的路面設計方法中規定的容許車轍深度（臨界狀態）為13mm。在日本，當路面需要罩面補強時，車轍深度一般為20mm。在美國AASHTO路面設計方法中，對主要干道的現時服務能力指數規定為PSI>2.5。北美的大量路況調查表明，當PSI=2.5時，路面的平均車轍深度達15 mm[3]。我國《公路瀝青路面養護技術規范》[4]規定的臨界值為15mm。

對國內某公路瀝青路面進行車轍病害調查，沿線選取產生車轍病害的路段采用三米直尺配合位置傳感器進行車轍深度的測量檢測。每個檢測路段長20m，每5m測量一次車轍深度，取四次測量的平均值作為該路段的車轍深度，共選取20個檢測路段。調查結果顯示，該路段平均車轍深度最大值為37mm，其中平均值小于15mm的路段共有4個，平均值大于25mm的路段共有8個，介于15～25mm之間的共有8個。根據《公路瀝青路面養護技術規范》[4]的規定，高速公路瀝青路面車轍養護質量標準為車轍深度不大于15mm；車轍深度15～25mm為輕，車轍深度大于25mm為重。

2 車轍病害成因分析

2.1 車轍類型

根據車轍形成原因不同，瀝青路面的車轍類型主要有：失穩型車轍、結構型車轍、磨耗型車轍和壓密型車轍四種類型。由于我國現階段普遍采用半剛性基層，因此結構型車轍較少發生；同時我國對履帶式車輛管控較嚴格，故磨耗型車轍也很少見。下面主要對失穩型車轍和壓密型車轍進行說明。

（1）失穩型車轍。這類車轍主要是由于瀝青路面結構層在車輛荷載作用下，內部材料流動，產生橫向位移而發生，通常集中在輪跡處[5]。其斷面呈W形，車輪作用處下凹，同時兩側有隆起。根據調查情況顯示，這種類型的車轍主要發生在長大縱坡路段、彎坡橋匝道及收費站出入口等處。

（2）壓密型車轍。該類車轍病害是由于施工質量控制不嚴或片面追求路面平整度而導致。瀝青面層本身壓實度不足，致使通車后的第一個高溫季節混合料繼續壓密，在交通荷載的反復碾壓作用下，空隙率不斷減小，達到極限殘余空隙率才趨于穩定。這種車轍兩側沒有隆起，只有輪跡處下凹，斷面呈U形。該類型車轍在國外較少發生，但在我國卻很常見，它是非正常車轍。

2.2 車轍的形成機理

眾所周知，瀝青路面的車轍是由于瀝青混合料的高溫穩定性不足并在車輪反復碾壓下而形成的。它起因于瀝青混合料的粘滯流動、土基與基層的變形，并包括一定程度的壓實作用和材料磨耗[6]。半剛性基層瀝青路面的車轍主要來源于瀝青混合料的粘滯流動和一定程度的壓實作用。

Hofstra提出的研究報告認為產生車轍的主要原因是剪切應力[7]，并推薦使用高強度的路面材料。Wael Bekheet等人把車轍的產生分為兩個階段：車轍是各結構層（主要是土基）垂直變形的累積，因而壓實工藝更為重要；車轍與各層材料的穩定性有關，主要是瀝青混凝土的剪切變形[8]。

美國國家瀝青技術研究中心通過對各州公路進行調查后發現：瀝青路面的車轍主要發生在面層，而因為基層缺陷導致的車轍幾乎沒有。關于永久變形產生的機理，包括體積改變變形（壓密）和體積不變變形（剪切變形）。

在我國，一般將車轍的產生劃分為三個階段：初始階段的壓密過程；瀝青混合料的側向流動；礦質集料的重新排列及礦質骨架的破壞[9]。瀝青混合料是松散礦料顆粒在瀝青膠結作用及礦料間嵌擠作用下共同組成的混合料體系，其抗剪強度主要由兩部分組成：瀝青與礦料的黏結力和礦料與礦料之間的嵌擠力。在行車荷載作用下，混合料中黏結力和嵌擠力較弱的部分就會發生相對錯動，隨著荷載重復作用次數的增加，這種相對錯動就會逐漸累積最后形成較大的變形，車轍隨之產生。通過以上分析可知，車轍形成的最初原因是壓密及瀝青高溫下的流動，最后導致骨架的失穩。

2.3 車轍成因分析

通過以上對車轍形成機理的分析可知，車轍的產生從本質上講就是瀝青混合料的結構特征發生了變化。對于影響瀝青路面車轍的因素可總結歸納為內因與外因兩個方面，內因主要是指集料的特性、礦料級配、瀝青性質與用量、層間連接情況等；外因主要有外界環境的溫度、交通荷載、施工質量控制等。

（1）集料的特性。集料的表面粗糙程度及粒徑大小會影響集料之間的嵌擠力從而影響混合料的高溫穩定性，一般情況下堅硬、紋理粗糙、多棱角、顆粒接近正方體的集料，其相應的瀝青混合料具有較好的高溫穩定性。當部分粗集料為針片狀顆粒時，必然會降低混合料的抗剪強度從而降低混合料的高溫穩定性，也更易于車轍的產生。

（2）礦料級配。礦料級配決定了礦料顆粒間嵌擠力的大小及混合料的密實程度，直接影響瀝青混合料的高溫穩定性。能形成骨架結構的級配受溫度影響較小，有較好的高溫抗車轍能力，而懸浮型結構抗車轍能力較差。

（3）瀝青性質與用量。在其它條件都相同的情況下，瀝青粘度越大，混合料的粘滯阻力也越大，抗剪切變形能力越強，因此瀝青混合料抗車轍性能越好；而瀝青用量主要是通過影響結構瀝青的多少來影響混合料的抗剪強度，其用量有一個最佳值，在該瀝青用量條件下會獲得最佳的路用性能。如果瀝青用量偏多，就會導致自由瀝青含量增加從而減低了混合料的抗剪強度，那么車轍也就容易產生。

（4）層間連接情況。有關力學分析結果表明，半剛性基層瀝青路面在層間光滑狀況下，面層內剪應力明顯增大[10]。如果在施工時不能很好地控制上面層與中面層間粘層油的灑布量，使其用量偏多，就會造成中、上面層間形成了一個滑動薄弱面，其結果必然會導致在該路段產生較大的車轍。

（5）交通荷載。路面是為車輛服務的，長時間重復性的行車荷載作用會對路面產生損害，尤其是重載超載的車輛更會加速路面的破損。當重載車輛低速行駛時會長時間作用于路面，使路面結構處于高應力狀態下，這會加速路面的損壞。

（6）施工質量。保證瀝青路面能有良好的路用性能的一個重要前提就是要將面層充分壓實，達到規定的壓實度，這樣一方面會使混合料達到較高的強度，另一方面也會使空隙率達到設計空隙率，以上兩方面對保證瀝青路面的路用性能非常關鍵。

3 車轍處治措施

目前，對于車轍的處治技術主要包括以下方法：微表處填補、傳統的銑刨重鋪、銑刨拉毛、銑刨再生加鋪及特殊路段采用半柔性路面技術等。在實際操作過程中，應針對車轍嚴重程度的不同采用不同的處治措施。

3.1 微表處填補

微表處是聚合物改性乳化瀝青稀漿封層的一種形式，目前已廣泛應用于道路養護工程中，一方面可以應用于路面的超薄抗滑表層，另外還可以用于車轍的填補修復。對于車轍深度不太大（一般深度小于20mm以下），且下面各結構層比較穩定的情況，可以采用微表處的方式進行處理。由于微表處是一厚度僅有10mm的薄層結構，因此它要求原路面具有足夠的結構強度，若原路面結構強度不足時應進行補強處理后再采用該技術。

3.2 銑刨重鋪

對于車轍深度較大（一般是20mm以上）的失穩型車轍，一般采用銑刨重鋪的方法進行車轍的處治。處治時，先銑刨掉其產生車轍的各面層，銑刨的寬度視車轍范圍而定；銑刨的厚度要根據各層變形的具體情況，一般變形發生到哪一層，就銑刨到哪一層，然后通過重新鋪筑瀝青混合料的方式修復處理。

3.3 銑刨拉毛

銑刨拉毛技術是對瀝青路面車轍隆起部位進行局部銑刨，恢復路面使用性能、提高行車安全性，該方法是車轍處治的階段性措施。它適用于車轍深度在25mm以上并且基本穩定的失穩型車轍。由于它是階段性措施，因此采用該技術并不能根治車轍，但可以大大降低車轍深度、恢復道路使用性能。

3.4 銑刨再生加鋪

銑刨再生加鋪技術的適用范圍與銑刨重鋪方法基本相同，它們兩者的區別在于是否利用原路面的瀝青混合料。根據車轍產生的不同結構層次，進行銑刨再生利用及加鋪方法全面處治車轍。此技術具有節約資源、降低維修成本、保護生態環境和路面達到壽命期還可以繼續再生利用的特點。

3.5 半柔性路面

半柔性路面是指將特殊級配的水泥膠漿灌入多孔基體瀝青混合料空隙中，兼有水泥混凝土剛性和瀝青混凝土柔性的一種路面，是目前車轍處治的一項新技術[11]。國外對于這方面進行了較多研究，證實了這種路面材料可提高瀝青混合料的高溫穩定性及低溫抗裂性，延長了路面的使用壽命。

4 結語

瀝青路面車轍病害是在多種因素綜合作用下產生的，應從設計、施工、交通管制和及時的養護等方面進行綜合控制，針對不同程度的車轍病害采用不同的處治措施，從而盡可能降低車轍病害對路面使用性能的影響，延長路面的使用壽命。

【參考文獻】

[1]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]孫立軍.瀝青路面結構行為理論[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]彭亞榮，張虎.石安高速公路瀝青混凝土路面車轍病害分析[J].公路，2004（7）：120-124.

[4]公路瀝青路面養護技術規范（JTJ 073.2-2001）[S].北京：人民交通出版社，2001.

[5]鄧學鈞.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[6]李一鳴，俞建榮.瀝青路面車轍形成機理力學分析[J].東南大學學報，1994，24（1）：90-95.

[7]Hofstra A Klomp A J G.Permanent Deformation of Flexible Pavements Under Simulated Road Traffic Conditions[C]. Proceedings. Third International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements. VO1.1，London 1972：613-621.

[8]Wael Bekheet.Investigation of in-situ shear properties ofasphalt pavement. PhD thesis， Carleton University. Canada. 2002.

[9]張登良.瀝青路面[M].北京：人民交通出版社，1997.

[10]紀小平.層間接觸條件對瀝青路面高溫性能的影響研究[J].鄭州大學學報（工學版），2010，31（2）：31-34.

[11]郝培文，程磊，林立.半柔性路面混合料路用性能[J].長安大學學報（自然科學版），2003，23（2）：1-6.

[責任編輯：楊玉潔]