某公路項目瀝青路面車轍病害檢測分析

龐承威

摘要 隨著我國基建事業(yè)的發(fā)展進步，瀝青路面的設(shè)計及施工技術(shù)也逐步成熟。現(xiàn)有一些老舊瀝青路面出現(xiàn)了車轍病害問題，不能滿足正常的交通運輸需要，亟須進行維修改造。基于此，文章論述了服役瀝青路面出現(xiàn)車轍病害的機理，分析了瀝青路面初期壓實階段、中期變形階段和后期失穩(wěn)階段車轍病害的產(chǎn)生原因及防治建議，旨在提高后期瀝青路面的運營能力，確保設(shè)計方案能結(jié)合當?shù)貙嶋H情況選擇最佳的瀝青混合料，為同類工程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 車轍；動穩(wěn)定度；永久變形；流動數(shù)

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0143-03

0 引言

車轍是道路在投入運營使用后，車輛在路面上逐漸形成的壓痕和沉陷。車轍指標是評價路面是否能正常使用的關(guān)鍵指標，也是后續(xù)道路養(yǎng)護的參考依據(jù)。車轍深度體現(xiàn)了路面瀝青混合料的動穩(wěn)定度和永久變形指標的變化情況，直觀決定了車輛行駛時的安全性和舒適性。為避免路面出現(xiàn)車轍病害，可在混合料設(shè)計階段、施工階段和養(yǎng)護階段強化對抗車轍病害的措施落實，因此該文分析公路項目瀝青路面車轍病害的原因及對策，具有十分重要的工程實踐意義。

1 車轍病害的直接影響及深度計算方式

瀝青路面是由混合的集料和瀝青膠結(jié)料構(gòu)成。在高溫環(huán)境下，瀝青表層容易老化，車輪碾壓時路面局部混合料也會出現(xiàn)推移，造成車轍病害的產(chǎn)生[1]。

車轍病害主要會產(chǎn)生以下幾方面的影響。①車轍會影響車輛行駛的橫向穩(wěn)定性，使車輛變道難度加大；②車轍在降水作用下形成水坑，導致路面受損，危及行車安全[2]。車轍的深度δ是通過輪下的車轍深度D1和車轍兩側(cè)凸起的材料高度D2直接相加來計算的。公式為δ=D1+D2，見圖1。

2 工程概況

該公路工程建成通車時間為2012年，目前存在路面局部車轍、沉降、大面積龜裂及表層剝落等道路病害問題。為緩解車轍病害，2021年4月16日選取道路K0+200、K0+554和K0+805段進行現(xiàn)場檢測，并設(shè)置檢測點，通過使用3 m長的直尺測定車轍病害的深度及長度，具體檢測數(shù)據(jù)詳如表1所示。同時，在每個監(jiān)測點實施3次取芯試驗并進行測量，比較面層厚度與原瀝青混合料的上下層厚度的差異。結(jié)果見表2。

3 車轍現(xiàn)象及防治建議

瀝青混合料在高溫和荷載的作用下，瀝青膠漿會發(fā)生流動，并破壞原有的礦質(zhì)結(jié)構(gòu)[3]。瀝青混合料的永久變形情況可以劃分為壓實初期、穩(wěn)定中期變形和失穩(wěn)后期破壞三個階段，詳見圖2。

3.1 壓實初期

在瀝青混合料面層未完全壓實的時候，過度追求平整度，容易出現(xiàn)車轍問題，且在道路運行初期表現(xiàn)更明顯。交通量突然增加或高溫季節(jié)到來時，瀝青混合料的空隙率會不斷降低，并在降到空隙率的極限后趨于穩(wěn)定[4]。

瀝青混合料中瀝青所占比例過大時，路面流動性會增強，加劇了路面永久變形問題，“永久變形－荷載次數(shù)”拋物線呈現(xiàn)為“凸”形。實地考察道路的初始車轍情況，其病害位置主要出現(xiàn)在車行道輪胎周圍，兩側(cè)沒有凸起，只有凹面，除非車轍病害是由施工失誤造成的不正常情況，未在輪胎的接觸范圍內(nèi)的車轍影響較小[5]。為防止路面出現(xiàn)車轍病害，應控制工程的碾壓施工過程。設(shè)計階段不應盲目追求平整度，而應綜合考慮路面壓實度情況，確保瀝青混合料的空隙率符合規(guī)范標準。

3.2 中期變形階段

道路正常運營的過程中，瀝青混合料呈現(xiàn)出半固態(tài)狀，有流動的特性，可將瀝青中的空隙填滿，導致瀝青混凝土出現(xiàn)略微的體積變化，直至緩慢變形。隨著時間的推移，瀝青混合料開始出現(xiàn)剪切變形，但其壓應變速率始終保持不變，因此可以將其視作穩(wěn)定狀態(tài)[6]。

該階段，應加強瀝青面層的黏結(jié)措施，防止高溫作用下集料隨著車輛的長時間通行受到水平應力的影響，沿著行車的方向發(fā)生位移，逐漸形成推移病害。通常屈服應力可通過拉伸試驗測定，該試驗僅有單軸應力。當預測屈服應力合適時，可使用屈服準則進行判斷，具體見圖3。本質(zhì)上瀝青混合料的黏性流動與液體的流動是一致的，瀝青混合料發(fā)生塑性流動時體積不發(fā)生變化，相應的泊松比v=1/2。

這類車轍病害的通常呈現(xiàn)出“V”形橫斷面，在車轍的長期作用下形成，病害范圍較廣，但車輪兩側(cè)的隆起不明顯。主要原因是我國通常使用半剛性材料處理基層，但路面材料多為瀝青混合料，會在高溫作用下出現(xiàn)流動性車轍[7]。為預防路面的中期變形，可引入新工藝，并使用改性再生材料等新材料來加強預防。

3.3 后期失穩(wěn)階段

該階段，由于重型車輛的荷載過大，在長期道路運營過程中逐漸超出瀝青混合料的承載能力，道路達到穩(wěn)定極限，擠壓了原有的粗骨料結(jié)構(gòu)，導致路面的瀝青、膠漿等材料向車行道自由端流動，道路出現(xiàn)剪切形變，但未發(fā)生明顯的體積變化。當水平應力超過一定值時，應變會明顯增加，水平應力會先下降，再逐漸變?yōu)槲⑿〔▌硬⒒静蛔僛8]。

根據(jù)東南大學《瀝青混合料永久變形的三軸重復荷載試驗研究》可知，不改變道路原有瀝青面層結(jié)構(gòu)時，可選擇四種不同級配的四種瀝青混合料試驗。四種聚合物分別為AC-13F、AC-13C、AC-16和AC-20，對比這幾種級配混合料的流動數(shù)變化情況，分析影響流動數(shù)變化的因素。流動數(shù)是指永久應變對荷載作用次數(shù)的變化率，應變率開始增大點對應的應變則為破壞塑性應變。表3為主要的級配形式。

經(jīng)過三軸荷載試驗，研究瀝青混合料的流動數(shù)受不同溫度和水平應力的影響。試驗選取了40 ℃、50 ℃、

60 ℃下幾種溫度，水平應力為0.7 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa。經(jīng)檢驗，溫度和水平應力分別為40 ℃，0.7 MPa時，可得出表4的試驗結(jié)果。

根據(jù)表4可知，在相同的空隙率條件下，瀝青用料占比越大，混合料的流動數(shù)越小；而在相同瀝青用料條件下，空隙率越大，混合料流動數(shù)小[9]。表5顯示了不同溫度、加載應力條件下，混合料流動數(shù)的變化情況，采用了荷載試驗法。

根據(jù)表5可知，相同應力作用下流動數(shù)隨著溫度的升高而降低，相同溫度作用下流動數(shù)隨著水平應力的增加而降低。

瀝青混合料損壞時，車輪對應的路面位置會出現(xiàn)下凹，而對應路面的兩側(cè)發(fā)生隆起。特別是彎道區(qū)域，道路在車輪的壓力下向外推擠，導致車道線形成彎曲的曲線，形成安全隱患。后期失穩(wěn)階段路面病害形式為瀝青混合料發(fā)生流動，主要在道路交叉口、上坡、轉(zhuǎn)彎等位置出現(xiàn)，由于這些路段車行速度相對較慢，輪胎在接地時會出現(xiàn)較大的側(cè)向應力[10]。雙輪車行駛路段，車轍呈“W”形橫斷面，這些車轍病害會造成瀝青面層的推移，縮短道路的使用壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，該文通過研究瀝青混凝土車轍的形成和破壞過程，分析了病害產(chǎn)生的原因。其中，主要外部原因是行車荷載和溫度等。主要內(nèi)部原因有瀝青的級配、油石比和空隙率等。當?shù)缆窞r青混合料出現(xiàn)塑性形變時，應先進行屈服點檢測，通過混合料實際變形量畫出拋物線，以此為依據(jù)劃分車轍的不同階段，并預測路面后期失穩(wěn)的破壞形式。通過研究上述路面病害問題，在瀝青面層施工前，先實地考察當?shù)貧夂驐l件，選擇最合適的瀝青類型，使用添加了抗車轍劑的改性瀝青混合料，以提高瀝青路面的穩(wěn)定性，從而延長道路使用壽命。

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