瀝青路面車轍成因及抗車轍技術(shù)研究

摘要 針對宿遷市人民大道瀝青路面車轍問題，文章研究了其成因及抗車轍技術(shù)。通過現(xiàn)場勘察和人工測量方法，調(diào)查了車轍病害的分布及嚴重程度；分析了車輛荷載和高溫對瀝青路面受力特性的影響，并探討了改性瀝青和抗車轍劑的應用效果。結(jié)果表明：改性瀝青和添加抗車轍劑提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗剪強度，通過優(yōu)化級配設(shè)計和嚴格控制施工工藝，可以進一步提升路面的抗車轍性能，為交通道路建設(shè)和維護提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；車轍；改性瀝青；抗車轍劑

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0121-03

0 引言

隨著交通量的迅速增加，瀝青路面車轍問題日益嚴重，嚴重影響道路的使用壽命和行車安全。車轍是由于車輛荷載和高溫作用下瀝青路面材料發(fā)生塑性變形所致，特別是在重載車輛頻繁行駛和高溫天氣下，車轍現(xiàn)象尤為明顯[1，2]。研究瀝青路面車轍成因及抗車轍技術(shù)，不僅能夠為瀝青路面的設(shè)計和維護提供科學依據(jù)，還能顯著提升道路的使用壽命和行車舒適性。

1 瀝青路面車轍病害調(diào)查

該文選取宿遷市人民大道作為瀝青路面車轍病害調(diào)查對象。人民大道瀝青面層結(jié)構(gòu)為：4 cm改性瀝青SMA-13+8 cmAC-25C。為了全面了解該道路的車轍病害情況，采用現(xiàn)場勘察和人工測量相結(jié)合的方法。現(xiàn)場勘查覆蓋人民大道的各路段，尤其是易發(fā)車轍的關(guān)鍵區(qū)域，如平交口和公交車站，這些區(qū)域由于車輛頻繁減速、剎車和啟動，車轍現(xiàn)象較為明顯。在勘察過程中，使用鋼直尺對車轍的深度、寬度和長度進行測量，并對每處車轍進行詳細記錄，道路取芯試樣如圖1所示。

由圖1可知，瀝青路面芯樣完整、密實，碎石骨架排布較均勻，瀝青膜包裹完整。瀝青上面層厚度與設(shè)計相符，無明顯的壓密情況。下面層車轍峰部比車轍谷部略厚，可能存在瀝青高溫穩(wěn)定性不足，導致瀝青推移、輪跡兩側(cè)局部隆起的情況。

2 瀝青路面受力特性分析

2.1 車輛荷載對路面不同深度的剪應力影響

當車輛行駛時，其輪胎與路面接觸，產(chǎn)生豎向荷載和剪切力。尤其在重載車輛和頻繁交通的情況下，車輛荷載的作用會顯著增強。剪應力的影響在路面結(jié)構(gòu)的不同深度表現(xiàn)各異，尤其在中面層，剪應力往往最大[3]。瀝青路面車轍深度隨荷載作用次數(shù)的變化過程，主要分為三個階段——壓密階段、壓密穩(wěn)定階段和剪切階段[4]，如圖2所示。

（1）壓密階段

在初始階段，隨著車輛荷載的反復作用，瀝青路面材料顆粒逐漸重新排列和壓實，導致路面結(jié)構(gòu)的密度增加，體積減小，車轍深度迅速增加。這一階段的主要特征是路面材料的壓密變形，車轍深度呈現(xiàn)較快的上升趨勢。初期的車轍形成主要是由于路面材料在荷載作用下發(fā)生壓密，未達到壓實穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）壓密穩(wěn)定階段

經(jīng)過一定次數(shù)的荷載作用后，瀝青路面的壓密變形趨于穩(wěn)定，車轍深度的增加速度明顯減緩，進入壓密穩(wěn)定階段。在此階段，路面材料的密實度已經(jīng)達到較高水平，進一步的荷載作用不會導致顯著的壓密變形，車轍深度增長逐漸平緩，這表明路面的承載能力相對穩(wěn)定，路面變形主要受控于材料的內(nèi)在特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）剪切階段

隨著荷載作用次數(shù)的進一步增加，路面材料在高溫和重載條件下可能會發(fā)生剪切破壞，導致車轍深度再次迅速增加，進入剪切階段。在這一階段，路面內(nèi)部材料由于剪切應力作用發(fā)生流動和塑性變形，形成明顯的車轍。在高溫環(huán)境或瀝青混合料抗剪性能較差的情況下，路面剪應力超過瀝青混合料的抗剪強度，導致顯著的剪切變形。

2.2 溫度對瀝青混合料抗壓強度和動穩(wěn)定度的影響

瀝青路面在不同溫度條件下車轍深度隨時間的變化情況如圖3所示。

由圖3可知，隨著溫度的升高，瀝青混合料的抗剪強度和穩(wěn)定性顯著下降，車轍深度增加速率加快，尤其在高溫條件下表現(xiàn)尤為明顯，這說明高溫是導致瀝青路面車轍形成的重要因素。

3 瀝青路面車轍成因分析

3.1 交通流量大

在人民大道上，車輛的高頻次行駛對路面產(chǎn)生持續(xù)的動態(tài)荷載，尤其是在早晚高峰期，交通流量急劇增加，路面承受的壓力顯著上升。重載車輛如貨車和公交車，由于其重量大，對路面的壓強更為劇烈，導致瀝青混合料在荷載作用下發(fā)生塑性變形和剪切破壞。頻繁的制動、啟動以及轉(zhuǎn)彎行為進一步加劇了路面的應力集中，造成路面材料逐漸累積變形。特別是在公交車站、平交口等區(qū)域，車輛的加速和減速頻率高，使得這些部位成為車轍的高發(fā)區(qū)。研究表明[5]，重載車輛的反復碾壓不僅會導致瀝青路面的壓密變形，還會引起路面材料的疲勞損傷，從而降低路面的整體承載能力。

3.2 高溫天氣

高溫條件下，瀝青混合料的抗剪強度顯著降低，這是由于瀝青材料在高溫下軟化，黏度下降，導致其無法有效抵抗車輛荷載引起的剪切力。溫度升高使得瀝青路面的彈性模量減小，材料的流變特性增強，路面在高溫和車輛荷載共同作用下更容易發(fā)生塑性變形。高溫還加速了瀝青的老化過程，使其化學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，黏結(jié)力減弱，從而降低了路面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性。在夏季，特別是氣溫超過30℃時，瀝青路面溫度可達到50℃以上，這種環(huán)境下的高溫作用顯著加劇了車轍的形成。

3.3 路面材料及設(shè)計問題

傳統(tǒng)的70#基質(zhì)瀝青在高溫條件下的抗剪強度和穩(wěn)定性較差，容易軟化和變形，導致車轍的產(chǎn)生。材料選擇不當，如使用抗高溫性能不足的瀝青混合料，會加劇這一問題。路面設(shè)計時如果未充分考慮交通負荷和環(huán)境條件，會導致車轍的早期出現(xiàn)。半剛性基層在受到重載和高溫作用時，無法提供足夠的支撐，導致上面層的瀝青混合料在剪應力作用下發(fā)生流動變形。

4 瀝青路面抗車轍技術(shù)研究

4.1 提升材料性能

改性瀝青是通過在傳統(tǒng)瀝青中加入改性劑，以提升瀝青的性能，尤其是在高溫條件下的穩(wěn)定性和抗剪強度。替換原有的70#基質(zhì)石油瀝青為改性瀝青，并在瀝青混合料中添加抗車轍劑，是提高瀝青路面抗車轍性能的有效途徑。70#基質(zhì)瀝青在高溫下容易軟化，抗剪強度和高溫穩(wěn)定性較差，導致在重載交通和高溫環(huán)境下易形成車轍。相比之下，改性瀝青如SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）改性瀝青具有更高的軟化點和黏度，能夠在高溫下保持較好的彈性和恢復能力，從而減少永久變形。

添加抗車轍劑進一步增強了改性瀝青的高溫穩(wěn)定性和抗剪強度。抗車轍劑主要是一些高分子聚合物或化學添加劑，這些物質(zhì)能夠顯著提高瀝青混合料的黏結(jié)力和內(nèi)聚力，使其在高溫和荷載作用下不易發(fā)生流動和變形。研究表明[6]，在瀝青混合料中添加0.3%～0.4%的抗車轍劑，可以將混合料的動穩(wěn)定度提高到3 000次/毫米以上，大幅提升了瀝青路面的抗車轍能力。添加抗車轍劑對動穩(wěn)定度的影響結(jié)果見表1。

由表1可知，隨著抗車轍劑添加量的增加，動穩(wěn)定度顯著提升。當抗車轍劑添加量為0.4%時，動穩(wěn)定度達到3 500次/毫米，比未添加抗車轍劑時的1 500次/毫米提高了一倍以上，這說明通過在瀝青混合料中添加抗車轍劑，可以大幅度提升其抗車轍性能，有效減少車轍的形成。

改性瀝青的使用還可以提高路面的耐久性和抗疲勞性能。改性劑賦予瀝青更高的彈性和恢復能力，使其在受到反復荷載作用時能夠迅速恢復原狀，減少裂縫和疲勞破壞的發(fā)生。改性瀝青與70#基質(zhì)瀝青抗車轍性能比較情況見表2。

由表2可知，SBS改性瀝青的軟化點顯著高于傳統(tǒng)70#基質(zhì)瀝青，這意味著改性瀝青在高溫下更難軟化，從而減少了車轍的形成。在50℃、20 h的車轍試驗中，改性瀝青的車轍深度僅為0.08 mm，而70#基質(zhì)瀝青則為0.18 mm，這表明改性瀝青具有更好的抗車轍性能。

4.2 優(yōu)化瀝青路面結(jié)構(gòu)及級配

合理的級配設(shè)計不僅可以增強瀝青混合料的力學性能和穩(wěn)定性，還能顯著提高路面的抗剪強度和耐久性。

首先，合理的級配應確保混合料具有良好的骨架密實結(jié)構(gòu)，以提高其抗剪強度和耐久性。在高溫條件下，瀝青的黏結(jié)力下降，骨料之間的嵌擠作用就顯得尤為重要。通過優(yōu)化骨料的級配，可以形成穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，使混合料在高溫和荷載作用下仍能保持良好的抗剪性能。

其次，瀝青路面通常由多層結(jié)構(gòu)組成，包括面層、中面層和基層等。不同結(jié)構(gòu)層的材料和厚度應根據(jù)其所承受的荷載和環(huán)境條件進行優(yōu)化設(shè)計。上面層應選用高性能的改性瀝青混合料，以提高抗剪強度和高溫穩(wěn)定性；中面層則應具有較好的承載能力和耐久性；基層則需要提供足夠的支撐和排水性能。合理的結(jié)構(gòu)層組合可以有效分散和傳遞荷載，減少應力集中，提高路面的整體抗車轍性能。

層厚過厚或過薄都會影響路面的使用性能。過厚的面層在重載作用下容易產(chǎn)生壓密和剪切變形，而過薄的面層則無法提供足夠的承載能力，容易在荷載作用下破損。通過合理的厚度設(shè)計，可以確保每一層結(jié)構(gòu)的厚度均符合設(shè)計要求，提供最佳的承載和穩(wěn)定性能。在實際設(shè)計中，應根據(jù)交通量、荷載特性和環(huán)境條件，采用科學的計算和試驗方法，確定各層的最優(yōu)厚度。

4.3 嚴格控制施工工藝

在施工過程中，首先，材料的選擇應使用符合技術(shù)要求的改性瀝青、優(yōu)質(zhì)骨料和抗車轍劑。改性瀝青軟化點應不低于60℃，針入度范圍應在45～55（0.1 mm）之間，骨料粒徑分布應符合級配設(shè)計要求，確保混合料具有良好的骨架結(jié)構(gòu)和抗剪強度，骨料的最大粒徑不應超過混合料總厚度的1/3。抗車轍劑的添加量采用0.4%，以最大化提升混合料的抗剪強度和穩(wěn)定性。

在混合料生產(chǎn)過程中，瀝青混合料的加熱溫度和攪拌溫度應精確控制在設(shè)計范圍內(nèi)，溫度過高會導致瀝青老化，降低其黏結(jié)性；溫度過低會導致混合料分散不均勻，影響施工質(zhì)量。該工程瀝青混合料的生產(chǎn)溫度應控制在160℃～170℃之間，出廠溫度應不低于150℃。瀝青混合料攪拌時間應保持在30～45 s，確保各組分充分混合，避免離析現(xiàn)象。

攤鋪機應保持均勻、連續(xù)的速度，攤鋪厚度應符合設(shè)計要求，通常為面層厚度的1.25～1.35倍，以考慮壓實后密度的變化。為防止離析，攤鋪過程中應避免突然停機或過快啟動。在高溫天氣下，攤鋪溫度不低于140℃，應盡量縮短從生產(chǎn)到攤鋪的時間，防止瀝青混合料冷卻過快影響壓實效果。

壓實過程中應根據(jù)瀝青混合料的類型和環(huán)境溫度選擇合適的壓實設(shè)備和工藝。該工程采用振動壓路機（初壓）、鋼輪壓路機（復壓）和橡膠輪壓路機（終壓）相結(jié)合的方式。振動壓路機的振動頻率應為35～50 Hz，振幅為0.3～0.6 mm。初壓溫度應不低于120℃，復壓溫度不低于110℃，終壓溫度應不低于90℃。在高溫天氣下，應盡快完成初壓，以防瀝青溫度過低影響壓實效果。壓實次數(shù)通常應達到6～8遍，以確保密實度和均勻性。

5 結(jié)語

綜上所述，該文通過對宿遷市人民大道瀝青路面車轍問題的系統(tǒng)研究，分析了車轍形成的主要原因，包括交通流量大、重載車輛頻繁行駛、高溫天氣、路面材料、設(shè)計問題以及施工工藝不規(guī)范等。研究表明：采用改性瀝青和抗車轍劑可以顯著提高瀝青混合料的抗剪強度和高溫穩(wěn)定性，有效減少車轍的形成。同時，通過優(yōu)化級配設(shè)計和嚴格控制施工工藝，可以進一步提升路面的抗車轍性能。該研究為瀝青路面的設(shè)計和維護提供了重要的科學依據(jù)和技術(shù)支持，旨在提高道路的使用壽命和行車舒適性。

參考文獻

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收稿日期：2024-08-19

作者簡介：楊文龍（1987—），男，本科，工程師，研究方向：道路橋梁施工技術(shù)。