长大纵坡路段抗车辙沥青路面的设计及应用

王　玲

(保定市保通公路勘测设计有限责任公司　保定　071000)

长大纵坡路段抗车辙沥青路面的设计及应用

王玲

(保定市保通公路勘测设计有限责任公司保定071000)

摘要针对沥青路面特别是长大纵坡路段车辙的成因，分析抗车辙沥青路面设计对策，包括沥青路面结构层设计和沥青混合料设计。实际应用表明，通过加大沥青层厚度，优化沥青混合料性能，能确保沥青路面良好的抗车辙性能，促进路面使用性能提升。

关键词车辙沥青路面结构设计厚度设计

车辙是高速公路沥青路面常见病害类型之一，尤其是在长大纵坡路段，车辙病害往往更加严重。车辙不仅影响路面外形美观，还会对车辆正常通行带来不利影响，甚至引发交通安全事故。目前在高速公路路面设计和施工中，几乎还没有对长大纵坡路段路面结构进行专门研究，影响路面结构质量提高，对高速公路运营管理也带来不利影响。本文结合工程实例，对长大纵坡路段路面结构设计进行探讨分析，并提出抗车辙路面结构设计对策，希望能够为实际工作提供指导与借鉴。

1沥青路面车辙的成因

根据现场调查分析，高速公路长大纵坡纵向车辙在坡底及坡顶段表现最为严重，并且车辙分布情况与坡度、坡长有密切联系，呈先增长后平缓再增长趋势。一般坡度越大，车辙变形越大，当坡度较小而坡长较大时，坡顶车辙变形往往比较大。从车辙横断面来看，车辙在轮迹带凹陷，两边伴有隆起现象，呈W形。车辙在外观上表现为路面变形，沥青混合料在车辆荷载反复作用下，会产生较大剪应力和压应力，当荷载超出混合料承受能力时，路面会出现车辙。尤其是在高温条件下，在车辆荷载影响下，沥青及沥青胶浆会出现流动现象，由于受到剪应力的影响，混合料会出现剪切流动变形现象[1]。因此，沥青路面车辙可以看成是压应力与剪应力综合作用的结果。对沥青路面结构进行研究，主要目的是掌握混合料性能，优化混合料的材料配置和沥青路面性能，为提高路面综合性能，有效预防车辙现象提供参考。

2抗车辙沥青路面的设计对策

由于车辙可以看成是剪应力和压应力共同作用的结果，结构设计过程中，要从沥青路面结构设计和沥青混合料设计入手，综合采取有效对策，提高路面工程质量，预防车辙现象发生。

2.1　沥青路面结构设计

与平坡路段相比，长上坡路段沥青层承受的剪应力更大。针对这种情况，在抗车辙设计过程中，不仅要严格遵循相关规范要求，还要对路面结构受力情况进行全面考虑。一些学者建议采用加大沥青面层厚度的方法，以避免结构性车辙现象发生，使路面损坏仅限于顶部25~100 mm处，并定期进行路面铣刨，罩面修复，保证沥青路面使用性能。

(1) 沥青层组合设计。对长上坡路段沥青路面来说，沥青层是最主要的承重层，车辆通行后，沥青路面会受到较大的水平推力和剪应力，最终导致车辙问题发生。通过大量的调查和实证研究表明，如果沥青面层厚度足够大，裂缝和车辙只会停留在沥青面层和表层，通过对这些表面裂缝和车辙的处理，可以实现路面加固的目的，进而延长路面使用寿命。根据该研究成果，一些学者建议设计容易维修、标准荷载、安全耐久的长寿沥青路面，这样不仅可以延长沥青路面使用寿命，还能预防沥青层底开裂现象发生，有效预防路面车辙问题出现。长寿沥青路面结构体系通常采用以下设计方式：70~100 mm厚的HMA基层、100~175 mm厚的中间层、40~50 mm厚的面层，以提高沥青面层质量，促进车辆顺利通行。另外，采用该沥青面层设计方式，中间层可以起到连接和扩散荷载的作用，HMA基层能消除疲劳破坏，确保路面基层结构的稳固与可靠。通常高速公路沥青路面轮载下100~150 mm是高受力区，容易发生车辙等病害，最大拉应变产生在HMA基层底部，因而设计和施工中需要加强该层的弯拉应变控制，防止路面结构层受损[2]。根据高速公路施工建设基本情况，为提高沥青路面工程质量，实现对车辙的有效预防，建议上面层采用SBS改性沥青的SMA13型混合料，中面层采用RA抗车辙改性沥青的AC-20C型混合料，下面层采用90号普通沥青的AC-25型混合料。采用这种路面结构形式，既能满足沥青路面结构厚度要求，也能提高路面结构强度，促进工程质量提高。

(2) 沥青层厚度设计。沥青层厚度设计首先要满足力学设计要求，根据设计规范标准，保证沥青层厚度与混合料最大粒径匹配，更好满足施工需要。根据沥青路面早期损坏研究成果，考虑车辆荷载情况和路线经过地区的气温条件，长上坡路段高速公路沥青路面沥青层总厚度应该大于或等于18 cm。

2.2　沥青混合料设计

提高混合料设计性能，既能满足路面结构设计要求，还能提高路面荷载，增强路面刚度和抗裂能力。根据车辙变形监测结果得知，车辙通常出现在路面以下10 cm范围内，低于路面以下18 cm的混合料，车辙几乎不会对其产生影响。就沥青路面结构来说，混合料变形主要由材料侧向引起，如果基层具有足够承载力，混合料剪切力不足，容易导致混合料出现横向变动，对车辙带来较为严重的负面影响[3]。因此，为提高混合料的高温稳定性，应该确保粗细集料具有良好的棱角性，并让粗细集料形成嵌挤结构状态，应用性能良好的改性沥青和抗剥落剂，确保沥青面层压实度良好，孔隙率适当，承受力合格，促进混合料抗车辙性能提高，保证整个沥青路面工程质量。

3抗车辙沥青路面设计的应用

3.1　应用对策

研究表明，骨架密实型级配抗车辙能力良好，根据该设计方案，按照多级嵌挤密级配设计方法，以邢台-衡水高速公路K12+000~K15+210段混合料设计为例，设计中面层抗车辙混合料。由于结合料的类型对沥青混合料抗车辙性能具有一定影响，在设计过程中，对90号沥青混合料、SBS改性沥青混合料、RA抗车辙剂沥青混合料路用性能进行试验，测试结果见表1。

表1　3种不同沥青混合料路用性能指标测试结果

由表1可见，RA抗车辙剂沥青混合料的动稳定度、马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度、残留稳定度、未冻融和冻融劈裂强度、劈裂强度比、弯曲试验破坏应变等指标，都满足规范要求，并且综合性能要比其他2种材料更好。另外，RA抗车辙剂能显著改善混合料的高温稳定性，不仅可以明显提高沥青混合料的高温性能，还能改善沥青混合料抗变形能力，促进混合料综合性能提升。这表明RA抗车辙剂沥青混合料能显著提高沥青路面抗车辙能力，是优良的抗车辙混合料。

3.2　应用效果

RA抗车辙剂施工包括混合料拌和、施工、摊铺、碾压、接风处理等工序，常用“干法”拌和施工，“干拌”时间8~10 s为宜，然后加入沥青湿拌约45 s，让改性剂迅速熔化，提高混合料综合性能[4]。此外，整个施工过程中还必须加强温度控制，见表2。

表2　RA沥青混合料温度控制标准　℃

矿料加热温度175~185 ℃，混合料出料温度170~180 ℃，混合料摊铺温度大于等于155 ℃，碾压温度大于等于150 ℃，碾压终了表面温度大于等于70 ℃。试验段施工完成后对路面性能进行检测，结果表明，RA抗车辙剂沥青路面强度、水稳定性各项指标均大幅提高，抗滑性能良好，路面满足使用要求。通过观测路面抗车辙能力试验结果，其动稳定度在10 000次/mm以上，而改性沥青混合料仅为4 000次/mm，90号沥青混合料仅为3 500次/mm，对比分析可以得知，RA抗车辙剂混合料抗车辙性能良好。此外，RA抗车辙剂混合料的成本比SBS混合料低，性价比优，在沥青路面设计中值得推广和应用。

4结语

沥青路面抗车辙性能与路面材料、路面结构有着密切的联系。路面车辙在外观上表现为路面发生变形现象，根本原因是路面结构荷载较低，难以承受行车荷载。因此，为提高沥青路面抗车辙性能，应该从沥青路面结构设计和沥青混合料设计2个方面入手，对路面结构和工程建设基本情况进行全面分析，加大沥青层厚度，延长沥青混凝土使用寿命。同时还要优化沥青混合料级配与胶结材料性能，增强混合料的高温稳定性，促进沥青路面抗车辙能力提升。此外，在施工中，还要做好沥青混合料的摊铺、碾压工作，加强各施工环节的质量控制，提高沥青路面综合性能，有效预防车辙现象发生，为车辆安全顺利通行创造良好条件。

参考文献

[1]麻丽妹,王强.抗车辙沥青路面技术应用研究[J].公路交通科技,2010(11)：77-78,101.

[2]张宇.抗车辙沥青路面的设计及应用研究[J].交通科技,2014(1)：72-75.

[3]柳浩,杨丽英.抗车辙技术在北京路面工程中的应用[J].公路交通科技,2008(9)：150-154.

[4]危强.山区长大纵坡路段抗车辙沥青混合料的设计及应用[J].交通标准化,2013(24)：34-39.

Design and Application of Anti Rutting in

Asphalt Pavement in Long and steep sections

WangLing

(Baoding Bao-tong Investigation & Design Of Highway Co., Ltd, Baoding 071000, China)

Abstract：This paper introduces the causes of asphalt pavement rutting, especially in long and steep sections,pavement design and analysis of anti rutting asphalt, mainly including the asphalt pavement structure layer design and asphalt mixture design. Application results show that the addition of Dali green layer thickness and optimization of asphalt mixture performance can ensure good performance of anti rutting of asphalt pavement, and improve pavement performance.

Key words:rutting; asphalt pavement; structure design; thickness design

收稿日期：2015-09-10

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.031