SMA 路面車轍成因與防治措施

張俊雅 許昌華通路橋監(jiān)理檢測有限公司

一、SMA 強(qiáng)度形成機(jī)理

SMA 是瀝青瑪蹄脂碎石混合料的簡稱，粗集料、細(xì)集料、礦粉、瀝青、纖維穩(wěn)定劑是構(gòu)成SMA 的主要原材料。作為骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，SMA 混合料內(nèi)粗集料含量相對較多，高溫條件下，粗集料是承荷主體。由于SMA 集料內(nèi)填充了大量瀝青，低溫條件下，瀝青瑪蹄脂黏結(jié)作用良好，因此，SMA 路面具有良好的路用性能。

SMA 路面車轍的形成可以從兩個(gè)角度分析，其一，微觀層面。普遍認(rèn)為車轍是在外界荷載作用下形成，結(jié)構(gòu)應(yīng)力克服了混合料內(nèi)部分團(tuán)粒的黏接力作用而產(chǎn)生位移現(xiàn)象。受荷載長期影響，位移愈加嚴(yán)重從而形成路面車轍變形。

其二，宏觀層面。剪切變形是造成車轍病害的主因。按照壓桿失穩(wěn)原理，在材料選定的基礎(chǔ)上，可通過加大構(gòu)件約束來進(jìn)一步提升構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性。粗集料是瀝青混合料中瀝青、膠泥黏接力的主要約束成分。于SMA 混合料來講，其黏彈塑性性質(zhì)較為顯著，因此，只有選擇性能良好的集料，才能保證黏結(jié)力滿足要求，才能發(fā)揮材料強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)抗變形能力。因此，可認(rèn)為材料黏性性質(zhì)是高溫車轍變形和低溫開裂的主要原因。

二、工程概況

某公路工程全長43.42km，為SMA 路面，通車5 年后出現(xiàn)了不同程度的病害，其中車轍病害最為嚴(yán)重。據(jù)實(shí)地調(diào)查可知，車轍多集中出現(xiàn)于行車道，其他車道車轍數(shù)量少，且深度較淺。究其原因，行車道超載重載、渠化交通現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為更好了解路面車轍情況，決定選取典型路段進(jìn)行調(diào)查分析。

三、SMA 路面車轍檢測及成因分析

為測量車轍深度，選取3 個(gè)路段，即K10+700～K10+760、K11+500～K11+580、K18+000～K18+080，每 段60m，每 隔20m為一個(gè)測量單元，3 段共180m，通過測量取車轍深度平均值。結(jié)果如下：

1. K10+700～K10+760 段，車轍深度范圍為10.54～11.30mm，平均值為10.79mm；

2. K11+500～K11+580 段，車轍深度范圍為20.04～21.24mm，平均值為20.66mm；

3. K18+000～K18+080 段，車轍深度范圍為10.64～12.30mm，平均值為11.45mm。

為觀測行車道上的車轍分布情況，通過位移傳感器等儀器，選取6 個(gè)行車道橫斷面，沿橫斷面方向每隔20cm 對車轍情況進(jìn)行測量。圖1 為K10+720 處斷面車轍橫向分布情況。

由此可見，車轍部分基本上是以車道中線為中心呈對稱分布形式，最大車轍出現(xiàn)在中軸線兩側(cè)1m 處，此部位受行車荷載的概率最大，表明SMA 路面車轍產(chǎn)生的主要原因在于渠化交通。

為了解車轍病害嚴(yán)重程度，決定采用鉆芯取樣法進(jìn)行測定。選取4 個(gè)典型道路斷面，以車轍部位、隆起部位鉆取芯樣，并以停車道位置的芯樣試驗(yàn)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。所得數(shù)據(jù)如表1 所示。

由表1 可知，車轍已貫穿于各個(gè)面層，中、下面層較大，而上面層最小。說明中、下面層厚度變化是引起車轍的重要原因之一。其原因在于上面層要與自然環(huán)境、行車荷載等直接接觸，在材料選擇方面，多采用改性瀝青、優(yōu)質(zhì)集料等。高溫條件下，其黏結(jié)強(qiáng)度較好，同時(shí)瀝青混合料還具有較高抗剪強(qiáng)度。相比之下，雖然中、下面層不直接承荷，但其剪應(yīng)力較大。尤其是在氣溫較高的環(huán)境中，中、下面層受到的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)在瀝青軟化點(diǎn)之上，這種情況下，將大大降低瀝青混合料的黏度和抗剪強(qiáng)度。

四、SMA 路面車轍防治措施

（一）規(guī)范施工流程

（1）上面層施工準(zhǔn)備

SMA 面層鋪筑前，需根據(jù)車轍深度進(jìn)行中、下面層處治。車轍深度在10～15mm之間，需銑刨中面層。車轍深度在15mm 以上，則銑刨中、下面層。按不同車道、路段實(shí)際車轍深度進(jìn)行路段具體劃分，為便于后期攤鋪施工，施工段最小長度不得低于400m。

（2）SMA 混合料拌和

按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行SMA 混合料拌和。當(dāng)天拌和施工前，需詳細(xì)檢查拌和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證冷、熱倉進(jìn)料均可滿足設(shè)計(jì)要求。開盤拌和前，需合理控制集料溫度，待2～3 次干拌后去除廢料，隨后進(jìn)行正式拌和施工。若存儲時(shí)間太長，極易出現(xiàn)瀝青析漏情況，因此，每天拌和好的混合料盡可能當(dāng)天使用完。拌和過程中，可同時(shí)向拌鍋內(nèi)放入各類粗、細(xì)集料、木質(zhì)素纖維，均勻攪拌，隨后將瀝青、礦粉材料投入，一般可在45s 以上控制濕拌時(shí)間。整體拌和時(shí)間在70～75s 之間。

（3）SMA 混合料運(yùn)輸和攤鋪

選取專用汽車運(yùn)輸SMA 混合料，并將篷布覆蓋在車頂，避免混合料在運(yùn)輸過程 中離析、溫度損失過快。攤鋪前，還要灑布粘油層。同時(shí)，為保證攤鋪質(zhì)量，可選取無接觸自動找平裝置進(jìn)行SMA 混合料攤鋪平整度控制。保證攤鋪連續(xù)進(jìn)行，盡可能不間斷。此外，還要控制好攤鋪速度，為2.0～2.5m/min 之間。

表1 芯樣厚度與各層厚度（cm）

（4）SMA 混合料碾壓

于瀝青路面耐久性而言，壓實(shí)度是檢測的主要指標(biāo)。若混合料壓實(shí)不充分，即便是混合料配合比合理同樣不能有效發(fā)揮路面的最佳使用性能。因此，必須重視SMA 混合料碾壓施工。根據(jù)施工要求，SMA 混合料不宜采用膠輪壓路機(jī)，一般可采用剛性碾碾壓。結(jié)合工程實(shí)際，初壓時(shí)進(jìn)行1 遍碾壓，復(fù)壓時(shí)可采用振動壓路機(jī)進(jìn)行3 遍振壓施工，隨后采用振蕩壓路機(jī)進(jìn)行2 遍振壓。終壓時(shí)可通過振動壓路機(jī)進(jìn)行靜壓收面。

此外，還要注重路面平整度問題，例如，提前處理中面層凹凸不平處，直至符合設(shè)計(jì)要求。在路面未冷卻結(jié)硬前，任何機(jī)械設(shè)備不得停放其上。

（二）加強(qiáng)質(zhì)量控制

（1）路面灑水降溫。高溫將會嚴(yán)重影響瀝青模量，在低溫30℃以下，基本上不會出現(xiàn)較大車轍病害。若路面長期處在高溫環(huán)境下，受行車荷載影響，路面極易產(chǎn)生車轍。因此，路面車轍產(chǎn)生的直接原因在于持續(xù)高溫天氣，因此，在道路建成通車后，需采取適當(dāng)措施有效控制路表溫度，如路面灑水降溫，季節(jié)不同，地區(qū)不同，灑水次數(shù)也有所差異，可根據(jù)當(dāng)?shù)販囟却_定灑水次數(shù)，以此達(dá)到降低路表溫度的目的。

（2）做好日常養(yǎng)護(hù)。嚴(yán)格按照現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行SMA 路面日常養(yǎng)護(hù)。根據(jù)路段實(shí)際情況，選擇合適的機(jī)械，采用機(jī)械化養(yǎng)護(hù)方案高效處理各種路面問題，同時(shí)采取一定技術(shù)開展路面使用性能檢測工作，及時(shí)掌握路面健康狀態(tài)，便于更好地開展養(yǎng)護(hù)工作，改善路面使用性能，提高車輛通行的舒適性和安全。

五、結(jié)語

綜上所述，近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，公路建設(shè)事業(yè)也取得了令人矚目的成績。SMA路面作為高等級公路常見路面形式，在行車荷載和自然因素的長期作用下，SMA 路面早期病害問題日益嚴(yán)重，其中車轍最為嚴(yán)重，若不及時(shí)采取措施進(jìn)行處治，將嚴(yán)重影響路面使用性能。為此，必須結(jié)合工程實(shí)際情況，找出SMA 路面車轍產(chǎn)生原因，才能有針對性地采取措施進(jìn)行處理，從而提高路面質(zhì)量。