程 偉，王小麗

（1.浙江交工集團股份有限公司設計院分公司，浙江 杭州 310001；2.浙江滬杭甬高速公路股份有限公司，浙江 杭州 310020）

1 概述

贊比亞位于南部非洲高原的中部，屬于內陸高原國家，熱帶草原型氣候，濕度較低。近年來，贊比亞交通行業(yè)基礎設施建設實現了快速的發(fā)展，同時汽車保有量逐年提升。其國內現行規(guī)范以SATCC為通行規(guī)范標準體系，包括TRH系列規(guī)范均在南部非洲標準委員會編制規(guī)范體系內施行。但由于SATCC規(guī)范大多在1998年前后頒布，至今已有20年之久，且中途未曾修訂或改版。20年來，整個南部非洲經濟社會均在快速發(fā)展，道路交通量持續(xù)上升，工業(yè)的發(fā)展帶動重載交通也在增長，工程建設的范圍不斷擴大，地形地質情況均趨于復雜。在贊比亞的公路項目設計中，很多工程依據SATCC設計會出現與現實交通條件下的需求不能完全匹配的情況。同時，在現有道路修復中，并未進行系統(tǒng)性的調查及總結，包括典型的路面車轍、開裂等病害。

2 車轍路段調查及類型分析

2.1 車轍路段調查

（1）路段類型。根據對盧薩卡市區(qū)某主干路的調查，通車1年后出現車轍路段的全線排查及統(tǒng)計，發(fā)現出現車轍路段主要集中在長上坡路段及紅綠燈交叉路口路段。①長大縱坡路段：K3+350～K3+725段縱坡為4.66%，K3+725～K4+010段縱坡為6.05%，車行方向為上坡，車轍深度最大為23mm，內側車道較外側車道車轍明顯；K4+380～K4+730（右幅）段縱坡為6.18%，車行方向為上坡，車轍深度最大為15mm，車轍現象基本處于外側車道。②信號燈交叉路口：此處車轍發(fā)生于某商場出入口紅綠燈交叉路口處，調查發(fā)現，車轍主要區(qū)域位于紅綠燈前后50m范圍內，且右幅（近商場出入口）車轍現象較為明顯，車轍深度最大為36mm。

（2）路段交通量調查。通過對路段7d車流量調查及統(tǒng)計發(fā)現，所選取路段交通組成以貨車等大型車輛為主，小車車流量只占總車流量的約1/3，貨車占比超過總車流量的一半，且依據贊比亞政府2007年28號頒布法令《公路車輛最大荷載規(guī)定》，部分貨車存在超載現象。以13:00～15:00高溫時段為例，四軸及以上的重型貨車每小時通行量達50輛以上。

（3）路段氣溫狀況調查。根據對路段所在區(qū)域實測，路段所在區(qū)域的年平均溫度為22～25℃，炎熱季日平均高溫最高達31℃。根據現場調查，14：00左右路表觀測溫度均為57℃左右，最高氣溫超過60℃。

（4）調查結果分析。根據現場取芯及數據整理后得出車轍路段的車轍深度。經調查，路段出現的車轍主要發(fā)生在長上坡處，上行一幅。車轍出現的起終點與路段起坡段剛好對應，且隨著坡度變大，車轍深度越來越嚴重，至坡頂處坡度漸緩，車轍深度逐漸減小。

2.2 路面結構設計方案及使用材料調查

調查路段道路等級為C10，根據SATCC規(guī)范要求，路面結構設計采用的方案為4cm AC-13C細粒式瀝青混凝土上面層+4cm AC-16C中粒式瀝青混凝土下面層+15cm級配碎石基層+30cm水穩(wěn)土底基層[15cm（3～5MPa）+15cm（1.5～3MPa）]，同時在路床與路面結構之間設置15cm選擇層。

2.3 車轍類型分析及判定

《公路技術狀況評定》（JTG H20—2007）中車轍的定義為輪跡處深度大于10mm的縱向帶狀凹槽（轍槽）[1]。國際上將瀝青路面的車轍分為結構性車轍、失穩(wěn)性車轍及磨耗性車轍3種類型。

調查路段瀝青路面底基層屬于半剛性，強度高、板體性好；基層采用級配碎石，根據SATCC規(guī)范要求，級配碎石層壓實度為102%，根據施工質量過程控制檢測結果，均滿足施工技術規(guī)范及設計要求[2]。在現場鉆芯復測過程中，通過坑洞深度和車轍變形量的比對分析，基層及基層以下的變形極小。再根據現場對車轍出現的部位鉆孔取芯，通過芯樣截面觀察，路面變形主要發(fā)生在瀝青面層。

此外，發(fā)現車轍處路面出現不同程度的波浪，波谷處瀝青厚度較小，波峰處瀝青推擠隆起，厚度較大，瀝青混合料發(fā)生了側向流動變形。上述各項因素表明，該車轍屬于瀝青混合料的失穩(wěn)性車轍。

3 車轍形成機理

3.1 路面結構組合

在SATCC規(guī)范下，南部非洲區(qū)域的主要路面結構形式均為柔性路面結構，與國內的半剛性基層不同，那里的基層多采用柔性基層（如級配碎石）。這類路面在路面交通量不大，且不存在超載現象時，可以顯著降低建設成本。但隨著交通量及超重載交通量的快速增長，這類路面結構組合的先天性的缺陷逐漸凸顯，但受制于整體投資規(guī)模及建設成本，很難在短期內改變，包括贊比亞在內的南部非洲多數國家，均是如此。

3.2 長上坡路段

（1）受力變化。在長上坡路段，車輛的動力輸出結構造成其上坡過程包括沖破、減速、再加速3個階段。在此過程中，道路的路面結構所受摩擦力趨于復雜，導致瀝青路面的結構受力情況發(fā)生很大變化，且由于車速的降低會直接提高對道路的剪應力，整體對道路的損傷直接增強。不同路段汽車受力原理圖如圖1所示。在上坡路段，最大剪應力隨之增加，且坡度越大，增加幅度越快。3%、5%和7%的坡度路段的瀝青層承受的剪應力比一般的平坡路段分別增加5.9%、11.7%和18.3%，最大剪應力的分布逐漸向路面表面移動；水平分力分別增加0.8kN、1.2kN、1.7kN。在不同的車速條件下，各面層剪應力隨著車速的變慢而增大，在車速由40km/h降至20km/h時，各結構層剪應力有明顯增大的趨勢，在3%左右的坡度時，車速從上坡至坡中某點急劇下降，之后基本保持低速行駛[3]。因此，受長大坡度、低車速等影響，長上坡路段相對于平坡路段結構層產生的剪切應力更大，且作用力持續(xù)時間加長，從而造成相同交通荷載、氣候環(huán)境條件下，路面更易出現車轍問題。

圖1 不同路段汽車受力原理圖

（2）長上坡引起的車速降低。調查路段重載車輛較多，上坡時速度顯著下降，路段縱坡超過4.66%，最大縱坡達到6.05%，部分重車在上坡時行駛速度降到10～20km/h，只有正常行駛速度的1/6～1/3。隨著行駛速度降低，路面受力模式發(fā)生改變，表現為荷載作用時間變長、水平作用力加大，從而導致瀝青路面出現車轍。

3.3 交叉口路段

贊比亞等非洲國家由于交通量較低、電力不穩(wěn)定等因素，極少設置信號燈控制。相比設置信號燈，交叉口更易形成交叉口范圍內擁堵，同時車輛啟動和制動會更為頻繁，造成了整體的車速較慢，這也間接增加了交叉口路段瀝青路面的水平推移變形，從而導致車轍。

3.4 重載與高溫等外部因素

《浙江省山區(qū)高速公路長上坡路段抗車轍瀝青路面應用技術研究》中曾對長山坡路段的重載及高溫進行了多項試驗，得出如下結論：當外界溫度不變時，汽車對道路的荷載從0.7MPa持續(xù)增至0.8MPa時，其動穩(wěn)定度將會下降，變形會增加；如果控制受力條件不變，在對溫度進行測試中，溫度增加5℃，則瀝青的動穩(wěn)定度將減少達59.6%，總變形量也增加1倍之多；在溫度和所受荷載同時增加的情況下，不論是動穩(wěn)定度還是總變形量均會產生更大幅度的增加[4-5]。

4 結束語

基于以上分析，在設計中需要針對此類特殊路段進行特殊設計，針對后期所出現的車轍特點，主要從以下幾個方面進行車轍的改善。

（1）配合比優(yōu)化：擬采用偏粗的礦料級配，以提高瀝青混合料抗車轍能力，參照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2017）中的“施工質量管理與檢查驗收”設置級配允許波動范圍控制級配的變異性。

（2）采用改性瀝青面層或在瀝青用料中摻入高模量劑以提高路面的抗車轍能力。

（3）加厚面層設計，同時在后期運營中加強交通管制，限制重載車數量。

（4）對特殊路段提高動穩(wěn)定度技術指標，以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性；加強高溫天氣觀測，在高溫時段對特殊路段瀝青路面進行灑水降溫，減少車轍病害的產生。