摘要：車轍是瀝青路面在車輛荷載反復作用下產(chǎn)生剪切壓密等永久變形的積累。在我國，半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)是最為普遍的結(jié)構(gòu)形式，車轍往往發(fā)生在瀝青面層，基本上都是瀝青混凝土產(chǎn)生的流動型車轍，由發(fā)生在瀝青面層以下各結(jié)構(gòu)層永久變形引起的結(jié)構(gòu)性車轍基本沒有或很少。本文主要闡述瀝青車轍形成的機理及其影響的因素。

關(guān)鍵詞：瀝青路面 車轍病害 原因分析

0 引言

近年來，我國已建成通車的瀝青混凝土路面公路工程均不同程度地出現(xiàn)了車轍病害，有些公路局部路段通車1年內(nèi)就產(chǎn)生了深度為10~50mm的車轍，導致路面平整度有所降低，個別公路局部路段也出現(xiàn)了網(wǎng)裂、坑槽等病害，影響了行車的舒適性。車轍的產(chǎn)生經(jīng)調(diào)查分析和專家咨詢，認為導致瀝青路面產(chǎn)生車轍病害的主要原因和影響因素較多，主要表現(xiàn)在設計方面存在路面結(jié)構(gòu)不合理、交通荷載考慮不周、沒有考慮縱坡的影響、沒有考慮溫度的影響等缺陷，施工過程中存在面層級配不合理、層間結(jié)合處理不當、材料把關(guān)不嚴等問題。按照車轍的表現(xiàn)和產(chǎn)生的主要原因得出85%以上的車轍屬于面層失穩(wěn)型，10%的車轍屬于基層或路基失穩(wěn)型，5%的車轍屬于磨耗型。本文針對產(chǎn)生車轍的主要原因，結(jié)合施工過程一些相關(guān)經(jīng)驗，做出如下分析：不僅影響路面的平整度，導致行車舒適性降低；較大車轍的路段，車輛變向難以控制，且雨天時路面排水不暢，車輛易于發(fā)生漂滑而影響高速行車的安全；另外，經(jīng)過車輪反復的碾壓，在輪轍邊緣會形成縱向開裂，進而導致路面的水損壞。

1 車轍機理的形成

1.1 失穩(wěn)型車轍

這類車轍主要發(fā)生在半剛性或剛性基層瀝青路面上，瀝青路面結(jié)構(gòu)層在車輪荷載作用下產(chǎn)生的剪應力超過瀝青混凝土的抗剪強度，使其內(nèi)部材料產(chǎn)生橫向內(nèi)部變形，隨著變形的不斷累積而在輪跡帶處形成車轍；另一方面車輪做用甚少的車道反向隆起現(xiàn)象，對主要行駛的雙輪車道的路段，車轍形成W形，一般輪跡帶的瀝青面層下凹時兩側(cè)會隆起，兩者組合起來就會形成車轍。

1.2 結(jié)構(gòu)型車轍

結(jié)構(gòu)型車轍的形成是因為路面強度無法承受路面荷載，受荷載的反復作用，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生整體性的永久變形而構(gòu)成的。路基等瀝青面層以下的所有結(jié)構(gòu)層的永久變形都可能形成車轍，這種變形一般來說主要是由于路基變形傳遞到面層而產(chǎn)生，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，U字形。

1.3 磨耗形車轍

磨耗形車轍主要是瀝青路面結(jié)構(gòu)頂層的材料持續(xù)受到自然環(huán)境及車輪磨耗兩方面的作用而構(gòu)成的，路面上有使用帶釘輪胎或防滑鏈的汽車行駛，會加劇車轍的形成。

2 瀝青路面車轍損壞成因

2.1 外因

2.1.1 夏季高溫情況比以前嚴重

導致路面出現(xiàn)車轍的主要因素是溫度及荷載。實際上，路面車轍的發(fā)生就是瀝青混合料在高溫條件下發(fā)生蠕變的過程。瀝青混合料的勁度模量隨著溫度的增高而逐漸降低，抗車轍能力也越來越小。調(diào)查表明，每年的7月和8月是高速公路車轍病害的高發(fā)期，特別是高溫條件持續(xù)兩三天的路面極易出現(xiàn)車轍。而南方地區(qū)極少出現(xiàn)此類問題，主要因為其雨水較多，能有效降低路面溫度，從而避免這類路面結(jié)構(gòu)的發(fā)生。

2.1.2 與超載超限車相關(guān)

同軸載作用下瀝青層內(nèi)剪應力理論研究表明；車轍產(chǎn)生的主要原因之一是瀝青路面受到車輪豎向荷載及水平荷載的共同作用產(chǎn)生剪應力，導致瀝青混合料發(fā)生剪切變形，變形經(jīng)過日積月累最終形成車轍。將半剛性基層瀝青混凝土路面作為典型結(jié)構(gòu)，通過有限元力學計算分析法，具體分析了軸載不同的情況下車轍病害對瀝青路面車轍的破壞程度。分析結(jié)果表明，隨著車轍發(fā)生次數(shù)隨著車轍試驗的輪壓的不斷增加而呈現(xiàn)下降的趨勢，但二者并不是簡單的線形關(guān)系，一旦輪壓達不到壓強要求，車轍病害也會頻繁發(fā)生。

2.2 內(nèi)因

2.2.1 結(jié)構(gòu)方面

我們對路面厚度與剪應力關(guān)系進行了理論分析；按照高速公路瀝青面層厚度的分析和調(diào)查，利用有限元計算方法分析，以8cm、12cm、15cm、18cm四種面層厚度為研究對象，得到不同厚度條件下瀝青面層的剪應力計算結(jié)果表明：

①面層厚度變化不會對瀝青面層剪應力造成嚴重的破壞。

②最大剪應力值位于2-9cm的范圍，中面層是承受剪應力的主要層次，而且現(xiàn)場切割的斷面也能驗證這一點。

③如果瀝青層厚度大于18cm，瀝青面層和基層所承擔的剪應力幾乎為零。

④瀝青面層與基層的層間剪應力往往隨瀝青面層厚度的減小而增加。

2.2.2 材料—瀝青粘度低

礦料質(zhì)量差。原材料性質(zhì)和材料設計方面的影響：采用優(yōu)質(zhì)瀝青能改善路面的使用性能。我們采用AC-20型級配以及GTM設計理念，對70號瀝青、SBS改性瀝青、TLA改性瀝青瀝青(30：70)混合料進行了車轍的室內(nèi)對比試驗。實驗結(jié)果表明，無論是粘度還是抗車轍能力，改性瀝青比普通瀝青要好的多。

2.2.3 配合比—瀝青用量大；級配無足夠嵌鎖能力

瀝青混合料級配的影響：級配是瀝青混合料中礦料的最重要特性，它對瀝青混合料的其它特性有很大的影響。工作人員對現(xiàn)場獲取的芯樣進行室內(nèi)抽提篩分試驗后發(fā)現(xiàn)，車轍問題不怎么嚴重的宣大高速公路4.75mm篩孔以上較設計級配較細，2.36mm篩孔以下比設計級配粗，滿足了優(yōu)化級配關(guān)于走向的規(guī)定，級配達到S型的緊密嵌擠型礦料級配，因為其最粗部分和最細部分的集料減少，而相對加大了中間檔次的粗集料4.75mm、9.5mm以上部分的用量，大幅度提升了級配的嵌擠能力，使瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性得到了改善。而車轍較嚴重的保津高速公路比設計級配4.75mm篩孔以上的要細，級配設計無法構(gòu)成嵌擠結(jié)構(gòu)，最終導致了車轍的發(fā)生。試驗結(jié)果表明，要改善瀝青混合料的高溫性能，必須選用粗型級配，同時要根據(jù)骨架密實結(jié)構(gòu)來確定礦料級配。

2.2.4 施工——變異大；壓實不足

施工質(zhì)量控制和路面均勻性的原因：

①混合料產(chǎn)生嚴重的離析現(xiàn)象導致級配出現(xiàn)偏差，并由此生產(chǎn)出軟弱的混合料；

②施工時未考慮混凝土的壓實度；

③施工過程中沒有及時碾壓，或存在漏壓等問題；

④未嚴格控制油石比；

⑤施工時產(chǎn)生層間結(jié)合差，使瀝青路面層發(fā)生相對滑動。

3 車轍形成過程的三個階段

3.1 開始階段的壓密過程

瀝青混凝土在碾壓成型前是由空氣、瀝青和骨料構(gòu)成的松散混合物，被碾壓后在高溫狀態(tài)下處于半流動性狀態(tài)的瀝青，以及由礦料、瀝青組成的膠漿被擠進礦料空隙中，而且骨料被強制排列為骨架結(jié)構(gòu)。

3.2 瀝青混凝土的流動變形

高溫下的瀝青主要是具有一定黏性的半固體，瀝青和瀝青膠漿受輪胎荷載的影響而具有了一定的流動性，破壞混合料骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這部分半固態(tài)物質(zhì)除部分填充混合料空隙外，也會在瀝青混合料自由流動的影響下，不斷壓縮路面受載處最終導致其變形。

3.3 礦質(zhì)骨料的重新排列及礦質(zhì)骨架的破壞

高溫下處于半固態(tài)的瀝青混合料，因為路面荷載對瀝青和膠漿產(chǎn)生影響而使其先開始流動，混合料的中粗、細集料組成的骨架逐漸成為荷載主要承擔者，加之瀝青潤滑作用，硬度較大的礦料顆粒在荷載直接作用下會沿礦料間接觸而滑動，促使瀝青潤滑作用，向其富集區(qū)流動，以致流向混合料自由面，特別當骨料間瀝青及膠漿過多時，這一過程會更加明顯。

4 結(jié)語

車轍是瀝青路面主要病害之一。要預防車轍病害產(chǎn)生，應該從設計和施工質(zhì)量抓起，嚴格控制超限車輛的通行，以杜絕車轍病害的發(fā)生。

參考文獻：

[1]郝培文主編.《瀝青與瀝青混合料》.人民交通出版社.

[2]《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004.人民交通出版社.