高速公路沥青路面车辙的成因及防治措施

2019年第28期（10月 上）

高速公路沥青路面车辙的成因及防治措施

柴亚

（河北省高速公路青银管理处，河北 石家庄 050000）

摘要：对高速公路沥青路面车辙的成因进行了探讨，从材料选择、沥青混合料设计、线路与路面设计、沥青路面施工等方面提出沥青路面车辙的防治措施，以期以提高道路的承载力，延长路面的使用寿命。关键词：沥青路面；车辙病害；路面养护中图分类号：U416.217

文献标识码：B

0 引言

车辙是路面周期性评价及路面养护中的一个重要指标。路面车辙深度直接影响车辆行驶的舒适度、路面的安全性和使用期限。在当前的交通状况下，某些路段，特别是交通量大的路段，在开放交通后的一年，车辙的深度就达到了15～60mm，更严重的达110mm以上，降低了路面平整度并引起波浪、拥包等一系列病害[1]，因此，研究沥青路面车辙的成因与防治措施有重大意义。本文从车辙的概念和成因进行探讨，并提出相应的防治措施。

沥青路面车辙加速形成。如青银高速公路，由于重载车辆过多、渠化程度高等特点，使路面形成车辙。车辆超载对车辙形成的影响程度成级数增加。2.1.2 气候条件

气候条件主要包括温差、阳光、风雨、空气等，但温度因素起主导作用[4]。高温对车辙有明显的影响，随着温度的升高，沥青的黏度呈对数级下降，劲度模量降低，抗车辙能力越小[5]，试验表明：路面温度在45～65℃时，沥青混合料温度每升高5℃，车辙变形量增加2倍。路面中面层温度最高，所以路面中面层更易产生车辙，因为这一区域位于路面以下5～10cm，表面易与大气发生热交换，高温持续时间短，而中面层内部高温不易与大气热交换，同时沥青混合料导热系数不大而且属于黏弹塑性材料，其形变与高温持续时间成正比，所以高温持续时间比表面长。2.2 车辙产生的内部因素

车辙产生的内因主要是指混合材料的物理性能与成分构成，沥青混合料是黏弹性材料，其抗变形能力取决于矿料之间的黏结力和内摩擦角。而各组分的性能、混合料的级配类型及组成比例直接影响沥青路面的抗变形能力。2.2.1 沥青类型

沥青稠度决定沥青混合料的黏结力，稠度越大，黏结力越大。而黏结力越大，沥青混凝土的抗剪强度就越高。沥青类型应合理选用，适应环境、交通条件等[6]，例如当道路处于气温高、渠化交通的条件下，应优先选用优质沥青和改性沥青，符合重交通沥青技术要求[7]。我国大多数高速公路采用重交通90#沥青，以此为例，对其进行了SHRP分级试验，其评价等级为PG64-22，仅能满足一般路段交通要求，公路表层混合料的动稳定度只能达到800～1000次/mm，根据试验研究结果，发现沥青混合料动稳定度高低主要取决于沥青结合料，若采用重交通石油沥青AH-90或AH-70的密级配沥青混合料，动稳定度小于1500次/mm，而采用改性沥青后其余不变，动稳定度则可大大提高[4]。例如

1 沥青路面车辙的定义与分类

车辙是沥青路面特有的一种病害现象，是在高温条件下车辆荷载反复、长时间碾压的结果，车辙常发生在车轮碾压的轮迹带上，轮迹带逐渐产生下洼形变，并形成两条纵向的槽，即为车辙。

车辙按其成因不同分为三类[2]：第一类是结构性车辙，主要由面层以下的各结构层永久变形引起；第二类是失稳性车辙，主要是由路面材料的侧向流动变形引起；第三类是压密性和磨损性车辙，主要由沥青面层自身的压密或混合料磨耗而引起。

2 沥青路面车辙成因

沥青路面车辙产生的原因很多，大体可以分为内部自身原因、外界因素和其他因素三大类[3]。外部因素主要包括当地的交通及气候条件，内因主要反映在材料自身的质量，其他因素主要是指结构设计及施工质量的影响[1]。下面对这几个因素分别进行分析。2.1 车辙产生的外部因素

外部条件主要包括交通、气候条件、弯道与陡坡等，其中交通条件和气候条件是两个影响最大、最普遍的因素。2.1.1 交通条件

交通条件主要是指行车荷载、胎压大小、行驶速度、交通量等。行车荷载越大，渠化交通程度越高，越容易使

收稿日期：2019-03-06

作者简介：柴亚（1982—），女，工程师，主要研究方向为道路与桥梁。

12含量为4%～6%的SBS改性沥青混合料动稳定度大于5000次/mm[8]。2.2.2 沥青用量

混合料的黏结力与沥青用量有密切关系，用量越大，则矿料间游离的自由沥青越多，颗粒周围沥青黏膜越厚，黏结力越低。反之过少，沥青不能完全裹覆矿料，严重影响黏结力，而且难以压实，易出现松散、离析现象，所以应严格控制沥青的最佳用量。

2.2.3 砂石料级配、颗粒形状及表面特征

大部分高速公路只注重选用优质进口沥青，却忽视了砂石料的影响。为保证沥青混合料的内摩阻力，满足抵抗永久变形的能力，应采用洁净、颗粒形状接近立方体、压碎值小、表面粗糙、与沥青黏附性良好的矿料。根据施工现场调查，常见的问题有：砂石料含泥量和风化料远远超标，针片状含量偏高；有些风化严重，有些细集料在饱水的情况下能够成团；面层的粗集料压碎值不达标；矿料、矿粉非碱性或者二氧化硅含量高而呈酸性，大大降低沥青与集料的黏结性能。矿粉的用量对混合料的高温稳定性影响较大，对抗车辙能力的影响也很大。因为矿粉偏多，会造成一部分沥青被矿粉吸走导致沥青用量偏低，从而引起沥青路面早期松散剥落，并最终演变成为车辙病害[9]

。具体的影响为：①矿粉用量越大，沥青混合料的马歇尔模数越小，高温稳定性越差，沥青路面抗车辙能力越弱。②矿粉用量适当时，沥青混合料的马歇尔模数较大，高温稳定性较好，沥青路面抗车辙能力较强。2.3 其他因素

2.3.1 路面的结构设计不合理

当路面基层的强度不足，稳定性较差时，沥青路面产生的车辙取决于基层的力学性质，保证面层和基层的强度和稳定性和层间的结合是防止沥青面层产生车辙的基本条件。现行设计规范强调中面层、上面层主要功能是封层，其次才是抗车辙性能，这就导致中、上面层采用悬浮密实结构的I型结构

[10]

，该种结构内摩阻力较小，高温抗车辙性

能较差，如空隙率过低，则高温情况下沥青没有自由膨胀空间，就会加剧高温形变。另一方面，从多条高速公路取芯发现，基层与面层间没有透层油渗入的痕迹，说明基层与面层的黏结强度很低，易在陡坡地段发生推移现象。2.3.2 施工质量不达标

由于施工时压实不充分或混合料温度不够等施工因素导致面层压实度不足，从而导致开放交通后，在行车作用下，沥青混合料会继续压密形成车辙。以沥青面层20cm计，压实度每降低1%，车辙变形就会增大1.6mm[11]。根据规范规定，高速公路、一级公路热拌沥青混合料路面的压实度要求大于96%。这样即使达到压实要求的沥青面层，在行车作用下继续压密达到100%，仍能产生6.4mm左右的车辙变形，而施工中路面压实度不足，产生车辙的可能性更大。因此施工时压实度的大小是影响车辙形成的重要因素之一。

交通世界TRANSPOWORLD2.3.3 没有考虑纵坡的影响

从调查发现，越是陡坡路段，车辙越严重。根据承受荷载时间与高温条件等效原则，行驶速度越慢，路面承受荷载时间越长，变形越大，所以纵坡越大，越容易加重车辙。

3 沥青路面车辙的防治措施

沥青路面车辙往往是由多种因素的综合作用而产生的，因此在防治车辙的对策上，只有采取综合措施才能收到良好效果。对此可以从材料选择、沥青混合料设计、线路与路面设计、沥青路面施工等几方面采取相应措施[12]。3.1 材料选择

选择嵌挤力较好的嵌挤型级配，嵌挤型结构的高温性能要优于密实型级配，在施工过程中要将级配曲线调整成“S”形，采用嵌挤密实型级配。

严控沥青标号和用量，采用高质量、高黏度的重交通道路沥青（A级）；采用低针入度、高软化点、低含蜡量的高黏度沥青或改性沥青；沥青的用量应略低于设计用量，这样的沥青混合料高温性能比较高[13]，并应按照规范的建议，“炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段、山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%～0.5%作为设计沥青用量”[14]。

严控矿料质量，必须严控矿料的针片状含量，如果针片状含量过大，将加速车辙的发生。采用坚硬、表面粗糙、嵌挤作用好、形状接近立方体的粗集料，选用酸性粗集料时必须添加抗剥落剂或者消石灰来提高混合料黏结性和水稳性。严控细集料中的含泥量，粉胶比不能大于1.6，否则抗车辙性能会大幅下降。石屑一定要除尘，并应控制0.075mm粒径的通过率，严禁使用回收矿粉。严控含泥量，含泥量过高，会大幅降低抗高温车辙性能。此外不得用天然砂，因为天然砂主要成分为二氧化硅，属于酸性石料，黏附性差，而且外观圆滑，形不成嵌挤型级配，从而影响路面高温稳定性，因此超重载路段的面层最好使用机制砂[15]。

3.2 沥青混合料设计

沥青路面结构组合优先采用混合式基层，上基层为沥青稳定碎石，下基层为半刚性基层，混合式结构沥青层厚度应控制在18～22cm，此结构能有效降低基层的疲劳应力和层间切应力，进而提高沥青面层整体抗车辙能力。此外，结构层之间应形成一个整体，保证界面完整连续。因此，各沥青层之间必须喷洒黏层油，沥青层与基层之间要做好封层，喷洒透层油。3.3 线路与路面设计

在高热地区，应尽量避免设置长、大纵坡路段，改为桥梁、隧道方案；应尽量减小纵坡，控制坡长。对于重车较多路段，沥青混合料的组成应进行特别设计，采用抗车辙性能更高的混合料。

13总514期2019年第28期（10月 上）3.4 沥青路面施工（1）严控压实度施工过程中应采用重型轮胎压路机反复碾压，控制空隙率不大于7%～8%。应注意掌握好拌和温度和拌和时间；摊铺作业时，应采用2台摊铺机前后作业，避免沥青混合料不均匀、发生离析，禁止用1台摊铺机摊铺；要严格掌握好碾压速度和碾压遍数，遵循“先轻后重，先慢后快”的原则，并防止漏压，且振幅保持一致，防止时快时慢、时轻时重。（2）严控石料的压碎改善碾压施工工艺，尽量采用轮胎压路机碾压，避免采用钢轮振动机碾压[16]；加强对石料压碎值指标的控制，在终压完成后，沥青混凝土尚未冷却时，揭开局部现场检查，对压碎情况及时分析原因并采取改进措施。4 结语沥青路面车辙病害的产生是多种因素作用的结果，除了与沥青路面的设计有关，车辆荷载过大、纵坡坡度和行车速度也有较大的影响。车辙、拥包、波浪病害对公路使用性能和养护成本的提高影响很大，从设计到施工各个环节都应进行合理的预防、控制，尽量把车辙病害减少到最低程度，并应加强预防性养护，在车辙出现初期采取合理对策[17]，及时预防车辙进一步加重有良好的效果。参考文献：[1] 王东锋. 高速公路路面车辙成因及防治[J]. 青海交通科技，2008（1）：48-51.[2] 张毅. 陕西省高速公路沥青路面车辙成因及对策研究[D]. 西安：长安大学，2004.[3] 李忠陶. 沥青路面车辙产生的原因及预防措施[J]. 山西交14通科技，2003（3）：10-12.[4] 冉旭波. 高等级公路沥青路面车病害成因和防治措施[J]. 科技信息，2011（20）：779-780.[5] 吴雅玲. 沥青混凝土路面车辙病害防治方法浅析[J]. 科技信息（学术版），2008（30）：311，314.[6] 伍石生，贺海萍. 陕西省高速公路沥青路面车辙形成原因及对策[J]. 公路交通技术，2005（1）：33-36.[7] 陈蕊. 高速公路路面车辙成因及防治[J]. 黑龙江交通科技，2011（10）：96.[8] 毕雅萍. 高速公路中面层抗高温车辙成因[J]. 交通世界，2011（12）：174-175. [9] 周莉，孙兴华，全金龙. 沥青混凝土路面产生车辙的原因及防治[J]. 黑龙江交通科技，2003（12）：38-39.[10] 任军. 沥青混凝土路面车辙的产生原因防治措施[J]. 科技促进发展，2010（2）：111.[11] 晏红武，徐建兵. 沥青混凝土路面车辙的产生原因及防治措施[J]. 科技咨询导报，2006（9）：46.[12] 刘玉柱，韩萍. 采用PR沥青混合料提高沥青路面整体抗车辙能力[J]. 山西交通科技，2002（S1）：10-12.[13] 傅永刚，陈君铭. 高速公路沥青路面车辙问题研究[J]. 科技致富向导，2011（14）：293.[14] 交通部公路科学研究所. 公路沥青路面施工技术规范：JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社，2005.[15] 王淑颖. 沥青混合料抗车辙性能影响因素及评价指标的研究[D]. 北京：北京工业大学，2011.[16] 杨俊泉. 山区半刚性沥青路面车辙病害成因分析[J]. 交通世界，2013（16）：216-217.[17] 任广磊. 关于沥青混凝土路面车辙或推移[J]. 黑龙江科技信息，2015（25）：239.（编辑：姬瓅瓅）