水泥混凝土路面沥青加铺层车辙形成机理与处治

邢小畅

【摘要】从沥青加铺层车辙形成机理分析，指出车辙水泥混凝土沥青加铺层内力分布较为复杂，比普通沥青路面更易出现车辙病害，其车辙变形主要为沥青加铺层的剪切流动变形。以实体工程为依托，通过调查分析其主要病害，主要为车辙，提出用微表处技术对旧水泥混凝土路面加铺层车辙病害处治，半年后检测其养护效果良好。

【关键词】沥青加铺层；车辙；处治

随着我国道路交通量和交通荷载的增加，我国早期修建的水泥混凝土路面基本上都到了或接近其使用寿命，路面结构损坏严重，已不能适应社会发展需要和人们对舒适性的迫切需要，水泥路面加铺沥青层技术因其能够快速恢复道路通行能力并改善路面功能，充分利用了混凝土板的剩余寿命，成为改造水泥混凝土路面的常用措施。吕大伟[1]从旧混凝土的病害处治、粘结层材料、防止反射裂缝措施等方面研究，提高了沥青加铺层的路用性能。王芳[2]等人在沥青加铺层结构设计中引入可靠度分析方法，并验证采用两层及以上的沥青加铺层和层间处理方案，优化了沥青加铺层结构设计与评价方法。王宁[3]通过对改造后沥青加铺层的主要病害类型进行调查，主要分析了反射裂缝的成因与防治，探讨了土工布、玻纤格栅两种材料对反射裂缝的防止效果。本文结合实体工程，对采用橡胶沥青应力吸收層的沥青加铺层产生的车辙病害机理进行分析，根据工程实际情况，选择适合沥青加铺层的预防性养护技术，对改善水泥路面加铺层服务质量提供可靠的参考经验。

1沥青加铺层车辙形成机理分析

车辙是由于沥青路面随着行车荷载作用次数的增加，在各种外界条件下共同作用下产生的形变，其构成包括轮胎轨迹凹陷区域和轮胎外侧凸起区两部分。根据车辙的不同形成过程，可将其分为三类：失稳型、结构型、磨耗型。和普通沥青路面相比，旧混凝土路面加铺沥青罩面的特别之处在于，旧水泥混凝土路面的刚度比半刚性基层的刚度要大得多，水泥混凝土路面板作为主要承重层，使得沥青加铺层所承受的剪应力和压应力显著增大。在行车荷载的作用下，刚性的旧水泥混凝土路面板不会发生永久变形，车辙变形主要是由于沥青加铺层产生的永久变形。沥青加铺层开放交通后，随着行车荷载作用次数的增加，沥青加铺层的车辙形成过程可以分为三个阶段：1）初步压密阶段；2）混合料流动变形阶段；3）沥青混合料结构发生剪切破坏。

由上述分析可知，旧混凝土路面沥青加铺层产生车辙变形主要产生于沥青加铺层，是随着行车荷载反复作用，导致沥青混合料产生塑性剪切流动变形，逐渐累积而形成车辙病害。

2沥青加铺层路况调查分析

2.1工程概况

本文以某高速公路旧水泥混凝土路面沥青加铺层养护工程为依托，对沥青加铺层车辙病害进行调查研究。此高速公路于1999年通车，经过12年的运行，由于原路面出现断板、唧泥、翻浆等病害，严重影响路面行驶功能，于2011年在原水泥混凝土路面的基础上进行了“橡胶沥青应力吸收层2cm +AC-13 SBS改性沥青4cm +AC-20 SBS6cm改性沥青”路面加铺设计。

2.2路况调查分析

经过两年多的运营，在2014年10月，对沥青加铺层的病害进行调查发现，通过在沥青加铺层中设置橡胶沥青应力吸收层，有效降低了反射裂缝的发生，其典型病害主要以车辙为主，有轻微的反射裂缝发生。采用路面综合检测车对沥青路面车辙进行检测，将检测结果按H<15mm、15mm25mm分为轻度车辙、中度车辙和中度车辙，车辙统计数据见表1。

由表可知，车辙病害程度以中度车辙为主，轻度车辙次之，严重车辙较少。

3沥青加铺层病害处治

旧水泥混凝土路面经过沥青加铺改造后，沥青加铺层出现了以车辙为主的早期病害，车辙将会在雨天引起车辆漂滑，严重影响行车安全，所以需要对路面采取预防性养护，来改善路面行驶功能和保护路面结构。本文依托工程，主要为修复车辙病害的目的，选择预防性养护技术来以恢复路面功能。考虑到加铺层车辙深度基本上都小于25mm，而路面结构强度较好，仅需对路面进行车辙修复，恢复路面行驶功能，经采用微表处技术。根据车辙深度来选择微表处施工方法，当车辙深度小于15mm的采取一层施工，当车辙深度大于15mm的采取两层施工，下层填补车辙，上层调平路面。

3.1微表处配合比设计

根据微表处级配类型选择方法，选择MS-Ⅲ型级配，即公称最大粒径选用9.5mm。根据微表处矿料室内筛分结果与MS-Ⅲ型级配要求[4]，进行级配选择，最终选定合成级配表见表2。

采用设计级配，根据微表处混合料室内试验结果，确定了集料、水泥、改性乳化沥青的具体配合比。混合料配比如表3。

根据微表处混合料配比，按照《微表处和稀浆封层技术指南》的要求进行微表处混合料性能检验，试验方法为指南附录[4]。据检验结果可知，外加用水、普通硅酸盐水泥、改性乳化沥青比例分别为6.2%、2%、6.7%。

从表4可知，采用6.7%的油石比，具有较好的路用性能，性能试验结果满足指南[4]要求，本级配能够满足微表处施工的要求。

3.2微表处施工工艺

根据国际稀浆罩面协会（ISSA）规定，微表处施工、养护期内需要满足的气候条件：地表温度大于10℃，气温高于7℃；不得在雨天施工；过湿或有积水的路面严禁施工。

1）施工前准备工作

施工前应对路面存在有坑槽、翻浆、拥包等病害进行处理。填缝须将裂缝内杂物与松动颗粒清除，当路面裂缝宽度大于5mm且小于15mm采用普通热沥青进行灌缝，当裂缝宽度大于15mm时，采用细粒改性乳化沥青混合料进行填缝。摊铺前应将表面浮土、杂物清除干净，消除质量隐患。对局部有流动性车辙的路段，因轮迹带处有混合料流动使轮迹带外侧高出原路面，所以应采用铣刨隆起部分，以保证微表处的平整度和。当轮迹带处有摩擦系数较低的路段，可以铣刨拉毛，以提高微表处与原路面的粘结力。

2）微表处混合料摊铺

摊铺用微表处摊铺机，摊铺前应进行调试，严格标定计量装置系统，确保能准确计量出配合比。将拌制好的矿料、改性乳化沥青、水分别加入微表处摊铺车的装料仓内，开赴微表处施工起点，对准施工控制线，将摊铺槽平稳准确的放置在微表处接茬处，技术人员调整摊铺箱的厚度与拱度，并在行进过程中再进行适当调整，保证平整度。

打开各料仓按混合料配合比放出集料、水泥、水、改性乳化沥青，水量和水泥用量应当根据天气适当调整，使摊铺效果达到最佳。

提前检查路面车辙深度，将车辙深度小于15mm与大于15mm的进行分段处治。当车辙深度大于15mm时，分2层施工，先填补车辙，摊铺厚度为8mm，摊铺的一层成型后，进行第二层摊铺。

布料时应在车辙槽上方形成一定的预留拱度，使其经过压密后可以平整。微表处车以1.5～3.0km/h应匀速前进，确保摊铺均匀。摊铺时，技术人员应监测摊铺状况与各项指标，确保混合料出料均匀不发生离析现象。

混合料摊铺后，应立即进行人工找平，找平的重点是：起点、终点、纵向接缝处的过后和过薄处。注意各种材料的使用情况，当摊铺混合料的任何一种料用尽时，应立即关闭所有材料输送的控制开关，待摊铺箱中混合料摊铺尽后即通知驾驶员停止前进。

3）开放交通

摊铺后，混合料在达到初始凝固前应禁止一切行人和车辆上路，特别是微表处在达到初凝后仍需一段养生的时间才会逐渐硬化到可支承车辆碾压的程度，因而开放交通的时间应比初凝时间更长一些，在此时期内车辆应禁止通行，以免留下车轮的痕迹。开放交通的时间将根据现场温度、风速等情况来确定。

3.3微表处效果评价

对沥青加铺层车辙路段进行MS-Ⅲ型微表处处治后，经过半年的追踪调查，目前这些路段与原路面粘结牢固、表面平整、密实均匀、无松散、无轮迹、没有脱皮现象。对路面功能性指标进行了测试，横向力系数为平均值58.2，构造深度平均值为0.79cm，平整度平均值为3mm。所以，微表处处理沥青加铺层车辙效果良好。

4结语

通过室内试验和实体工程铺筑表明，旧水泥混凝土路面沥青加铺层采用橡胶沥青混凝土应力吸收层，路面运行3年多，车辙成为沥青加铺层的主要病害，沥青加铺层相对与普通沥青路面，因受到更大的剪应力和压应力而更易发生车辙病害。通过對沥青加铺层进行微表处处理技术，对沥青加铺层进行路表功能恢复，经过在微表处施工完成后半年后对路面功能性指标进行检测，路表功能恢复良好。

参考文献：

[1]吕大伟.高速公路水泥混凝土路面加铺沥青层综合技术研究[D].西安：长安大学，2014.4

[2]王芳.旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构可靠性分析[J].公路交通科技，2015，32（3）：1～6

[3]王宁.旧水泥砼路面上沥青加铺层的病害分析与防治[D].广州：华南理工大学，2012.6

[4]交通部公路科学研究院.微表处和稀浆封层技术指南[Z].北京：人民交通出版社，2006.3