预防沥青路面产生车辙的探讨

郏付堂

【摘 要】本文介绍了沥青路面产生车辙的机理和容易产生车辙的层位，阐述了预防沥青路面产生车辙的对策及其效果，指出了预防沥青路面产生车辙的研究方向。

【关键词】沥青路面；车辙；对策

Discussion prevent asphalt pavement rutting

Jia Fu-tang

（Pingdingshan Highway Authority Central Laboratory Pingdingshan Henan 467000）

【Abstract】This paper describes the mechanism of the asphalt pavement rutting and prone to rutting layers， described the asphalt pavement rutting prevention measures and their effects， and points out the asphalt pavement rutting prevention research.

【Key words】Asphalt pavement；Rut；Countermeasure

1. 前言

由于车辆严重超载超限、大交通量、渠化行车以及高温天气等因素的影响，导致车辙已成为沥青路面早期最主要的病害，比如高速公路爬坡路段、BRT（公交快速运输）专用道和导向道等是车辙最易发生且最严重之处，资料显示80%的沥青路面出现不同程度的车辙，它是道路病害中的顽疾，一直得不到解决。

2. 沥青路面产生车辙的机理

2.1 车辙是沥青路面结构的主要早期破坏形式之一，它是路面行车道轮迹带在车辆荷载反复作用下形成的永久下陷变形的积累。这种下陷变形往往伴随着轮迹带侧旁的凸起变形，所以，车辙的深度是凸起顶部与下陷槽底的高差。

2.2 车辙的产生会严重影响沥青路面的使用品质和使用寿命。车辙的出现影响路面的平整度，使得雨天路表面排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙内积水而导致车辆飘滑，影响较快速行车的安全。当然，车辙内是否会积水，与车辙深度和道路纵、横坡度有关。由于车辙使得路面横断面方向高度起伏变化大，车辆在超车或变换车道时方向容易失控，从而影响车辆操纵的稳定性。轮迹处路面厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发路面的其它病害，缩短路面的使用寿命。

2.3 根据车辙形成原因的不同，可将其分为四种类型：

（1）剪切形变型车辙。

它是由于沥青路面结构在车轮荷载作用下，路面材料的塑性流动变形产生横向位移而形成的永久变形。当沥青路面高温下抗剪强度不足或者高温稳定性不足时，在外力作用下就会产生这种车辙，也有称之为失稳型车辙。沥青路面产生的车辙绝大部分是失稳型车辙。

（2）压密型车辙。

由于铺筑过程中压实不好，开放交通后轮迹带下沥青路面受荷而压密，导致在整个横断面上密实度不均衡所形成的一种相对变形车辙。

（3）结构型车辙。

这类车辙是由于路面结构设计不合理、结构层或土基压实不足，在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成的车辙。这种车辙往往发生在路面各个结构层均为柔性类的路面结构。

（4）磨损型车辙。

由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨损作用下持续不断地损失形成的变形，特别是汽车使用了防滑链或带钉（胶钉）轮胎后，更容易产生这种车辙。就目前的情况看，四种类型车辙中以剪切形变型车辙最为普遍、最为严重，其它类型的车辙则不常出现，解决起来也比较简单。因此，目前研究最多的最不好解决的是剪切形变型车辙。

2.4 在渠化交通的道路上，沥青路面在车轮荷载的反复作用下会产生不可恢复的变形积累，当路面横断面方向累积相对变形超过一定的限度时，即成为影响交通的车辙。车辙的发展过程可分为三个阶段，如图1所示。

图1 沥青路面车辙的发展过程

（1）第I阶段为沥青路面轮迹带的快速压密阶段，即产生快速变形。其原因是车辆轮胎的压实作用往往有别于沥青路面施工过程中压路机的压实，或者施工阶段的压实作用还不足以使路面材料内细料部分对粗料部分的相互填充，而在交通荷载的反复作用下才使颗粒间的相互填充完成得较为充分。

（2）第II阶段为沥青路面材料压密稳定阶段。此阶段继续第I阶段的压密过程，但其压密变形速度大大降低。

（3）第III阶段为沥青路面材料塑性流动、矿质骨架破坏期。在此阶段，以粘聚力为主要强度参数的沥青路面材料，在高温下抗剪强度会小于车辆荷载作用产生的剪应力，路面受到汽车荷载反复作用时，沥青及沥青胶浆便产生流动，从而使路面的网络骨架结构失稳，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，路面结构中能起骨架作用的粗矿料在沥青润滑作用下沿矿料间接触面滑动，从而使原有的矿质骨架破坏，路面车辙深度急剧增加。

2.5 有上所述，传统沥青路面结构产生车辙的原因主要有二。一是开放交通后沥青路面在车辆荷载作用下再压密而产生永久变形；二是开放交通后沥青路面在车辆荷载作用下，上下碎石颗粒沿接触面滑动而产生永久变形。根据流变学原理，车辙是荷载、路面温度和荷载作用持续时间的函数。

3. 沥青路面产生车辙的层位

常见的沥青路面分为双层式和三层式。对于双层式沥青路面，下面层是产生车辙的主要层位，其次是上面层；对于三层式沥青路面，中面层是产生车辙的主要层位，其次是上面层，再次是下面层。

4. 预防沥青路面产生车辙的对策及其效果

4.1 预防沥青路面产生车辙的对策。

4.1.1 本文研究的是如何提高沥青路面自身的抗车辙性能，也就是失稳型车辙，而压密型车辙、结构型车辙和磨损型车辙比较好解决，此不赘述。

4.1.2 许多国家针对本国的实际情况，对车辙问题作了大量的研究，而且仍然在寻求各种更好的解决途径或补救措施。其主要集中在二个方面：

（1）一是，优化集料级配，增加粗集料的用量，加大最大集料的粒径；控制较细集料和沥青用量，使粗集料在沥青路面结构中形成骨架；

（2）二是，采用改性沥青，提高软化点，增强沥青路面的高温稳定性。

4.2 预防沥青路面产生车辙的效果。

（1）如图2所示，在传统典型的沥青路面结构（悬浮密实型结构、骨架空隙型结构和骨架密实型结构）中路面厚度（h）与集料最大碎石粒径（D）之比=2～3，骨架型结构比悬浮型结构的抗车辙能力强，粗集料形成的骨架是行车荷载的主要承受和传递者。粗集料骨架是由沥青把粗集料粘结在一起形成的，沥青膜和粗集料共同承受和传递行车荷载。然而，在现有技术条件下，改性沥青所能达到的最高软化点相对于沥青路面所能达到的最高温度还低许多，此时改性沥青就会软化，在行车荷载作用下，骨架中的集料就会产生位移，表现出抗剪能力不足，经过重复荷载作用，变形累积就产生车辙。另外，沥青路面结构中集料能够形成骨架也是预防产生车辙的重要因素，这是不言而喻的。基于这些，研究出了SMA沥青路面、LSAM沥青路面和SAC沥青路面等等。理论上讲，粗集料在路面结构中是能够形成骨架的，这需要施工中进行精确的控制，施工难度很大，并且由于理论和室内试验与工程实践之间存在差异、不同批次材料存在差异、施工控制精度相对较低、机械设备性能不稳定以及材料离析等等因素的影响，常常导致粗集料在路面结构中形不成骨架。就其实际效果看，仍然出现车辙。

（2）单层微表处（包括稀浆封层）结构中h/D≈1，它自身不会产生车辙，问题是集料中最大碎石粒径大于30mm时施工难度很大，例如用最大粒径40mm的集料做微表处几乎是不可能的；然而用较细集料做微表处时，如果成型厚度大于集料最大粒径过多，那么微表处结构就演变成了悬浮密实型结构，它的抗车辙性能更差。工程实践中，沥青路面的厚度绝大多数不小于40mm，仅靠单层微表处满足不了需要，因此，需要开发类似微表处结构但比微表处厚的沥青路面，如图3所示。

（3）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面首先用层铺法把起主支撑作用的碎石粘结在下承层上，再把拌和好的乳化沥青稀浆混合料贯入碎石间隙中，然后经过养生、碾压等成型即做成乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面，它是骨架-悬浮密实复合型结构，不属于传统典型三种沥青路面结构，它自身不会产生车辙。

5. 结束语

从上述分析和工程实践看，通过提高沥青的软化点和使集料在沥青路面结构中形成骨架的办法来预防沥青路面产生车辙是不现实的，开发较厚的类似微表处结构（集料中最大碎石粒径与路面厚度相等）的沥青路面是正确的选择，乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面就是这样的路面。

参考文献

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