龐承威

摘要 隨著我國基建事業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，瀝青路面的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)也逐步成熟?，F(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(yùn)輸需要，亟須進(jìn)行維修改造?；诖?，文章論述了服役瀝青路面出現(xiàn)車轍病害的機(jī)理，分析了瀝青路面初期壓實(shí)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(yùn)營能力，確保設(shè)計(jì)方案能結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際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(dòng)穩(wěn)定度；永久變形；流動(dòng)數(shù)

中圖分類號(hào) U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0143-03

0 引言

車轍是道路在投入運(yùn)營使用后，車輛在路面上逐漸形成的壓痕和沉陷。車轍指標(biāo)是評(píng)價(jià)路面是否能正常使用的關(guān)鍵指標(biāo)，也是后續(xù)道路養(yǎng)護(hù)的參考依據(jù)。車轍深度體現(xiàn)了路面瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和永久變形指標(biāo)的變化情況，直觀決定了車輛行駛時(shí)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(jì)階段、施工階段和養(yǎng)護(hù)階段強(qiáng)化對(duì)抗車轍病害的措施落實(shí)，因此該文分析公路項(xiàng)目瀝青路面車轍病害的原因及對(duì)策，具有十分重要的工程實(shí)踐意義。

1 車轍病害的直接影響及深度計(jì)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(shí)路面局部混合料也會(huì)出現(xiàn)推移，造成車轍病害的產(chǎn)生[1]。

車轍病害主要會(huì)產(chǎn)生以下幾方面的影響。①車轍會(huì)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(dǎo)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(jì)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(shí)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，通過使用3 m長的直尺測(cè)定車轍病害的深度及長度，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)詳如表1所示。同時(shí)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)施3次取芯試驗(yàn)并進(jìn)行測(cè)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(huì)發(fā)生流動(dòng)，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(shí)初期、穩(wěn)定中期變形和失穩(wěn)后期破壞三個(gè)階段，詳見圖2。

3.1 壓實(shí)初期

在瀝青混合料面層未完全壓實(shí)的時(shí)候，過度追求平整度，容易出現(xiàn)車轍問題，且在道路運(yùn)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(shí)，瀝青混合料的空隙率會(huì)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(shí)，路面流動(dòng)性會(huì)增強(qiáng)，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(shí)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(yīng)控制工程的碾壓施工過程。設(shè)計(jì)階段不應(yīng)盲目追求平整度，而應(yīng)綜合考慮路面壓實(shí)度情況，確保瀝青混合料的空隙率符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 中期變形階段

道路正常運(yùn)營的過程中，瀝青混合料呈現(xiàn)出半固態(tài)狀，有流動(dòng)的特性，可將瀝青中的空隙填滿，導(dǎo)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(shí)間的推移，瀝青混合料開始出現(xiàn)剪切變形，但其壓應(yīng)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(yīng)加強(qiáng)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(shí)間通行受到水平應(yīng)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(yīng)力可通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定，該試驗(yàn)僅有單軸應(yīng)力。當(dāng)預(yù)測(cè)屈服應(yīng)力合適時(shí)，可使用屈服準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，具體見圖3。本質(zhì)上瀝青混合料的黏性流動(dòng)與液體的流動(dòng)是一致的，瀝青混合料發(fā)生塑性流動(dòng)時(shí)體積不發(fā)生變化，相應(yīng)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(huì)在高溫作用下出現(xiàn)流動(dòng)性車轍[7]。為預(yù)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(qiáng)預(yù)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(yùn)營過程中逐漸超出瀝青混合料的承載能力，道路達(dá)到穩(wěn)定極限，擠壓了原有的粗骨料結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路面的瀝青、膠漿等材料向車行道自由端流動(dòng)，道路出現(xiàn)剪切形變，但未發(fā)生明顯的體積變化。當(dāng)水平應(yīng)力超過一定值時(shí)，應(yīng)變會(huì)明顯增加，水平應(yīng)力會(huì)先下降，再逐漸變?yōu)槲⑿〔▌?dòng)并基本不變[8]。

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

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

60 ℃下幾種溫度，水平應(yīng)力為0.7 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa。經(jīng)檢驗(yàn)，溫度和水平應(yīng)力分別為40 ℃，0.7 MPa時(shí)，可得出表4的試驗(yàn)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(dòng)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(dòng)數(shù)小[9]。表5顯示了不同溫度、加載應(yīng)力條件下，混合料流動(dòng)數(shù)的變化情況，采用了荷載試驗(yàn)法。

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

瀝青混合料損壞時(shí)，車輪對(duì)應(yīng)的路面位置會(huì)出現(xiàn)下凹，而對(duì)應(yīng)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(dǎo)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(dòng)，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(duì)較慢，輪胎在接地時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的側(cè)向應(yīng)力[10]。雙輪車行駛路段，車轍呈“W”形橫斷面，這些車轍病害會(huì)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(jí)配、油石比和空隙率等。當(dāng)?shù)缆窞r青混合料出現(xiàn)塑性形變時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行屈服點(diǎn)檢測(cè)，通過混合料實(shí)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(yù)測(cè)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(shí)地考察當(dāng)?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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