景運(yùn)峰

(山西運(yùn)城路橋有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城 044000)

0 引言

在交通渠化和交通量增加的影響下，瀝青路面經(jīng)過車輛荷載的反復(fù)作用，在輪跡帶附近出現(xiàn)變形的累積而最終導(dǎo)致車轍的出現(xiàn)。車轍的出現(xiàn)不僅對(duì)路面的平整度帶來一定的影響，使得行車的舒適性和安全性受到影響，而且車轍處的瀝青層厚減薄，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降，必然伴隨著其他病害的產(chǎn)生，同時(shí)，車轍處的積水也會(huì)對(duì)行車安全以及路面的病害的產(chǎn)生帶來一定的影響。所以，分析車轍產(chǎn)生的機(jī)理并找到防治車轍的措施，對(duì)瀝青路面的使用性能和使用壽命來說都有很大的幫助。

1 車轍產(chǎn)生的機(jī)理以及類型

車轍是指瀝青混凝土路面在長期車輛荷載反復(fù)作用下豎直方向上產(chǎn)生的永久變形的累積，其通常是在高溫季節(jié)發(fā)生。

車轍在形成過程中可以分為三個(gè)階段，即壓密階段、瀝青混合料的流動(dòng)、骨料的重新排列階段以及骨架結(jié)構(gòu)的破壞階段。在施工過程中，瀝青混合料是由集料、瀝青粘結(jié)料組成的松散混合料進(jìn)行碾壓而成，受到施工工藝以及指標(biāo)體系的限制，瀝青混合料在碾壓完成投入到使用后，在車輛荷載的作用下還會(huì)進(jìn)一步壓密，這就是車轍形成的第一個(gè)階段。而在高溫環(huán)境下，在荷載的作用下，瀝青膠漿會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，而瀝青混合料就會(huì)向荷載兩側(cè)移動(dòng)。而在移動(dòng)過程中，集料也會(huì)產(chǎn)生滑移和流動(dòng)，特別是瀝青膠漿過量的情況下，這種流動(dòng)就更加明顯，最終造成整個(gè)骨架結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，導(dǎo)致車轍的形成。

通常情況下，瀝青混凝土路面產(chǎn)生的車轍有三種類型。第一種是結(jié)構(gòu)性車轍，車輛荷載超出了路面的各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度，在瀝青面層甚至是路基產(chǎn)生的永久性變形。這種車轍的表現(xiàn)為寬度較大，車轍范圍內(nèi)產(chǎn)生“V”字形的凹陷，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象發(fā)生。第二種是流動(dòng)性車轍，也稱為失穩(wěn)性車轍。主要是高溫條件下，路面瀝青混合料在車輛荷載的作用下，其穩(wěn)定度不能承受荷載作用，導(dǎo)致骨料隨著瀝青膠漿的流動(dòng)而移動(dòng)。這種車轍在車輪作用下出現(xiàn)下凹的同時(shí)，也會(huì)向兩側(cè)產(chǎn)生隆起。對(duì)于雙輪車的路段，甚至?xí)霈F(xiàn)“W”形的車轍斷面。第三種是磨耗性車轍。這種車轍是瀝青路面材料在車輪的摩擦以及自然環(huán)境等方面的共同作用下而出現(xiàn)的損耗。

在我國還有一種車轍比較常見，因?yàn)楝F(xiàn)在的施工機(jī)械水平比較先進(jìn)，在施工中較少的壓實(shí)遍數(shù)就能滿足規(guī)范的要求。但是，規(guī)范的壓實(shí)度要求是20世紀(jì)提出的，與現(xiàn)在的交通量不相吻合，這就造成施工中的壓實(shí)可能不徹底，通車后出現(xiàn)壓密型的車轍。它的形成與失穩(wěn)性車轍類似，但是在車轍的兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象。

2 車轍的影響因素

在提出瀝青路面防治車轍的措施前，必須搞清楚車轍產(chǎn)生過程中的影響因素，這樣能更有效的提出針對(duì)性的防治措施。

2.1 瀝青混合料的影響

瀝青混合料對(duì)瀝青路面車轍的產(chǎn)生有著重要的影響。在高溫環(huán)境下，瀝青混合料可以看成是一種流變材料，此時(shí)的粘結(jié)力起主要作用，而彈性作用相對(duì)較弱，所以在荷載的作用下，瀝青混合料中的骨料就會(huì)隨著膠結(jié)料而移動(dòng)。如果在設(shè)計(jì)瀝青混合料的過程中，對(duì)其級(jí)配、交通荷載以及環(huán)境等因素考慮不到位，設(shè)計(jì)的瀝青混合料很難達(dá)到規(guī)定要求，在路面使用過程中也就很容易產(chǎn)生車轍。

2.2 粉膠比的影響

在確定了瀝青混合料的瀝青用量后，礦粉的用量就對(duì)礦料的比表面積以及瀝青膜的厚度有著重要的影響。在一定的范圍內(nèi)，隨著粉膠比的增大，礦料間的滑移變形就會(huì)減少。所以，控制礦粉的數(shù)量，使得自由瀝青的數(shù)量減少，從而使得礦料間較好的形成一個(gè)整體，對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性起到一定作用，可以很好的減少車轍的發(fā)生。同時(shí)也應(yīng)注意瀝青用量，如果瀝青用量超過最佳用量，就會(huì)對(duì)車轍的產(chǎn)生帶來很大的影響。

2.3 集料的影響

相關(guān)的研究表明，新破碎的集料因?yàn)槠浔砻婢哂邢鄬?duì)較高的活性，如果立即用到瀝青混合料中，其對(duì)水和交通的作用比較敏感，出現(xiàn)車轍以及水損害的可能性也較大。而集料在破碎一段時(shí)間后，因?yàn)樵谶\(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中容易和空氣中的微粒以及雨水中的離子進(jìn)行反應(yīng)而達(dá)到飽和狀態(tài)，使得表面的活性自然就有所降低，使用過程中就不容易產(chǎn)生車轍。

集料的孔隙也會(huì)對(duì)瀝青混合料的高溫性能有所影響，因?yàn)榧系目紫洞笮?、多少以及結(jié)構(gòu)的不同，其吸收的瀝青膠漿的數(shù)量就不同，對(duì)集料的粘結(jié)能力就有所不同。同時(shí)，也對(duì)瀝青混合料的空隙率等體積參數(shù)有著影響，自然就會(huì)影響到瀝青混合料的高溫性能。另外，集料的形狀、巖性等因素也會(huì)對(duì)瀝青混合料的高溫性能有所影響。

2.4 瀝青面層厚度的影響

相關(guān)研究表明，瀝青面層的厚度對(duì)車轍的產(chǎn)生有著一定影響，但是，其對(duì)車轍的影響機(jī)理還不是很清楚。

由半剛性瀝青路面內(nèi)的剪應(yīng)力分析及瀝青面層在行車作用下的壓密變形可以看出:半剛性基層上的瀝青面層不宜厚，厚瀝青面層容易產(chǎn)生車轍。1999年江蘇省高速公路指揮部等根據(jù)室內(nèi)環(huán)道試驗(yàn)結(jié)果提供了瀝青面層與車轍深度之間的關(guān)系曲線(見圖1)。

圖1 車轍與瀝青面層厚度關(guān)系圖

近年來，關(guān)于車轍與瀝青層厚度關(guān)系的研究有了許多新進(jìn)展。1997年TRL報(bào)告中對(duì)瀝青路面的破壞基準(zhǔn)進(jìn)行了確認(rèn)，并對(duì)英國的干線公路和高速公路進(jìn)行了開挖調(diào)查。對(duì)干線公路M6等51條道路的柔性路面進(jìn)行開挖調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有充分厚度的瀝青路面，由于路床變形而產(chǎn)生車轍的可能性極小，變形僅限于瀝青混合料層(磨耗層和基層)，當(dāng)瀝青層厚超過180 mm時(shí)，兩者之間已不存在顯著的相關(guān)關(guān)系，充分說明變形僅限于瀝青層上部分。因此認(rèn)為對(duì)于施工良好的瀝青路面，瀝青層厚度大于180 mm時(shí)，車轍的發(fā)生速率迅速降低。也就是說，當(dāng)瀝青層厚度小于180 mm時(shí)，增加瀝青層厚度會(huì)使車轍顯著增加，而瀝青層厚度超過180 mm時(shí)再增加厚度對(duì)車轍增大的影響就很小了。同時(shí)TRL在對(duì)45條密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層的柔性路面進(jìn)行調(diào)查后認(rèn)為，瀝青層厚度在180 mm～360 mm時(shí)，車轍深度與瀝青層厚度關(guān)系并不大。瀝青穩(wěn)定基層的柔性路面與半剛性基層瀝青路面的車轍并無多大差別，對(duì)厚的瀝青路面，車轍主要發(fā)生在瀝青面層的上部分十多厘米的范圍內(nèi)。僅針對(duì)不產(chǎn)生剪切變形的瀝青面層。

3 車轍防治的措施

3.1 瀝青混合料設(shè)計(jì)

首先，應(yīng)注意瀝青混合料原材料的選擇。原材料的性質(zhì)對(duì)瀝青混合料的高溫性能有著重要的影響作用，對(duì)車轍的產(chǎn)生也起著至關(guān)重要的影響。瀝青的選擇要結(jié)合工程實(shí)際以及道路所處的環(huán)境情況，選擇對(duì)高溫敏感性差、粘性較好的瀝青。集料要選擇那些表面粗糙、棱角性強(qiáng)的集料，不要選擇缺乏棱角的礫石。同時(shí)集料宜采用堿性集料，其與瀝青的粘結(jié)較好且不易剝落。適當(dāng)情況下可以加入一些填料，比如消石灰粉或者石灰石粉等，合適的填料與瀝青形成粘結(jié)力好的瀝青膠漿，對(duì)提高瀝青路面的路用性能有很大幫助。

其次，注重混合料中礦料級(jí)配的選擇。良好的礦料級(jí)配使得混合料的空隙率、礦料間隙率等體積指標(biāo)有明顯的改善，同時(shí)也能很好的抑制骨料在荷載作用下的移動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)提高混合料的路用性能作用明顯。因此，在選擇礦料的級(jí)配過程中，應(yīng)綜合各方面的因素，盡可能的選擇間斷的骨架密實(shí)的級(jí)配，使得級(jí)配對(duì)車轍的影響降到最低。

再次，應(yīng)完善相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。因?yàn)?，現(xiàn)階段的交通狀況比起20世紀(jì)已經(jīng)有了很大改變，所以，制定與現(xiàn)代交通相適應(yīng)的指標(biāo)體系就顯得很有必要，對(duì)車轍的防治也能起到一定作用。

3.2 施工質(zhì)量的控制

控制施工質(zhì)量在車轍防治過程中有著不可替代的作用，只有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行規(guī)范施工，保證整個(gè)施工過程的高質(zhì)量，才能起到防治車轍的作用。

混合料拌和過程中要結(jié)合現(xiàn)場的集料情況對(duì)設(shè)計(jì)的級(jí)配進(jìn)行調(diào)整，并嚴(yán)格控制拌和、運(yùn)輸質(zhì)量;攤鋪、壓實(shí)中應(yīng)該控制施工溫度，特別是壓實(shí)階段，對(duì)混合料的性能影響較大，應(yīng)在現(xiàn)有機(jī)械水平下充分壓實(shí)，避免施工完成后車輛荷載的壓密而形成車轍;壓實(shí)完成后，在檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行通車。

3.3 交通管制措施

對(duì)于瀝青路面來說，應(yīng)避免超載、重載車輛在其上面行駛，特別是投入運(yùn)營初期，更應(yīng)特別注意。這就要求交通部門加強(qiáng)交通管制，嚴(yán)禁違規(guī)車輛行駛，避免因?yàn)楹奢d過大而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性車轍。

4 結(jié)語

車轍作為瀝青路面的主要病害之一，對(duì)瀝青路面的使用質(zhì)量和使用壽命都有一定危害。文章在分析車轍產(chǎn)生的原因、影響因素的基礎(chǔ)上，提出了控制混合料質(zhì)量、施工管理控制和交通控制等措施，來防治車轍的產(chǎn)生。希望能對(duì)瀝青路面使用帶來一定的幫助。

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