沥青路面车辙病害分析与处治措施

李小松　汤琨

【摘 要】通过对国内某公路沥青路面车辙病害的调查，从车辙产生的机理角度对车辙产生的原因进行了分析，最后给出了处治该路段车辙病害的具体措施。

【关键词】沥青路面；车辙；成因分析；处治措施

【Abstract】By investigating the rutting of asphalt pavement inland， analyzed the causes of the rutting by combined with the mechanism of rutting， and finally gave the measures to deal with the rutting of the road.

【Key words】Asphalt Pavement； Rutting； Causation； Treatment measures

0 引言

在我国，公路实行渠化交通，各车辆按照车道行驶，尤其近年来超限超载车辆的持续增加，行车道轮迹处位置承受大量重车的反复作用。在夏季高温时，轮迹带在大量重车反复作用下会逐渐变形下凹，两侧逐级隆起而形成车辙，继而持续发展就会形成辙槽。

车辙等沥青路面的流动变形是国际上最为常见的沥青路面损坏现象。根据国际上的统计，在沥青路面的维修养护中，有约80%是因为车辙变形[1]。车辙达到一定深度时会影响行车舒适性并容易积水进而对行车安全造成隐患。因此，车辙病害在很多国家都引起足够的重视。

1 车辙病害调查

一些国家通过限制车辙的深度在一定范围内，当超出范围时就要采取处治措施。在不同国家，对于车辙的容许深度是不同的。有研究表明：当车辙深度达到5mm时，就有很大可能造成高速行车不安全；当车辙深度达到20mm时，则认为路面结构已经受到损坏[2]。在英国，当行车道的车辙深度达到10mm时，就认为路面开始进入临界状态，需加铺面层；当车辙深度达到20mm时，就认为路面已经进入破坏状态。美国沥青协会的路面设计方法中规定的容许车辙深度（临界状态）为13mm。在日本，当路面需要罩面补强时，车辙深度一般为20mm。在美国AASHTO路面设计方法中，对主要干道的现时服务能力指数规定为PSI>2.5。北美的大量路况调查表明，当PSI=2.5时，路面的平均车辙深度达15 mm[3]。我国《公路沥青路面养护技术规范》[4]规定的临界值为15mm。

对国内某公路沥青路面进行车辙病害调查，沿线选取产生车辙病害的路段采用三米直尺配合位置传感器进行车辙深度的测量检测。每个检测路段长20m，每5m测量一次车辙深度，取四次测量的平均值作为该路段的车辙深度，共选取20个检测路段。调查结果显示，该路段平均车辙深度最大值为37mm，其中平均值小于15mm的路段共有4个，平均值大于25mm的路段共有8个，介于15～25mm之间的共有8个。根据《公路沥青路面养护技术规范》[4]的规定，高速公路沥青路面车辙养护质量标准为车辙深度不大于15mm；车辙深度15～25mm为轻，车辙深度大于25mm为重。

2 车辙病害成因分析

2.1 车辙类型

根据车辙形成原因不同，沥青路面的车辙类型主要有：失稳型车辙、结构型车辙、磨耗型车辙和压密型车辙四种类型。由于我国现阶段普遍采用半刚性基层，因此结构型车辙较少发生；同时我国对履带式车辆管控较严格，故磨耗型车辙也很少见。下面主要对失稳型车辙和压密型车辙进行说明。

（1）失稳型车辙。这类车辙主要是由于沥青路面结构层在车辆荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移而发生，通常集中在轮迹处[5]。其断面呈W形，车轮作用处下凹，同时两侧有隆起。根据调查情况显示，这种类型的车辙主要发生在长大纵坡路段、弯坡桥匝道及收费站出入口等处。

（2）压密型车辙。该类车辙病害是由于施工质量控制不严或片面追求路面平整度而导致。沥青面层本身压实度不足，致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密，在交通荷载的反复碾压作用下，空隙率不断减小，达到极限残余空隙率才趋于稳定。这种车辙两侧没有隆起，只有轮迹处下凹，断面呈U形。该类型车辙在国外较少发生，但在我国却很常见，它是非正常车辙。

2.2 车辙的形成机理

众所周知，沥青路面的车辙是由于沥青混合料的高温稳定性不足并在车轮反复碾压下而形成的。它起因于沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形，并包括一定程度的压实作用和材料磨耗[6]。半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定程度的压实作用。

Hofstra提出的研究报告认为产生车辙的主要原因是剪切应力[7]，并推荐使用高强度的路面材料。Wael Bekheet等人把车辙的产生分为两个阶段：车辙是各结构层（主要是土基）垂直变形的累积，因而压实工艺更为重要；车辙与各层材料的稳定性有关，主要是沥青混凝土的剪切变形[8]。

美国国家沥青技术研究中心通过对各州公路进行调查后发现：沥青路面的车辙主要发生在面层，而因为基层缺陷导致的车辙几乎没有。关于永久变形产生的机理，包括体积改变变形（压密）和体积不变变形（剪切变形）。

在我国，一般将车辙的产生划分为三个阶段：初始阶段的压密过程；沥青混合料的侧向流动；矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏[9]。沥青混合料是松散矿料颗粒在沥青胶结作用及矿料间嵌挤作用下共同组成的混合料体系，其抗剪强度主要由两部分组成：沥青与矿料的黏结力和矿料与矿料之间的嵌挤力。在行车荷载作用下，混合料中黏结力和嵌挤力较弱的部分就会发生相对错动，随着荷载重复作用次数的增加，这种相对错动就会逐渐累积最后形成较大的变形，车辙随之产生。通过以上分析可知，车辙形成的最初原因是压密及沥青高温下的流动，最后导致骨架的失稳。

2.3 车辙成因分析

通过以上对车辙形成机理的分析可知，车辙的产生从本质上讲就是沥青混合料的结构特征发生了变化。对于影响沥青路面车辙的因素可总结归纳为内因与外因两个方面，内因主要是指集料的特性、矿料级配、沥青性质与用量、层间连接情况等；外因主要有外界环境的温度、交通荷载、施工质量控制等。

（1）集料的特性。集料的表面粗糙程度及粒径大小会影响集料之间的嵌挤力从而影响混合料的高温稳定性，一般情况下坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近正方体的集料，其相应的沥青混合料具有较好的高温稳定性。当部分粗集料为针片状颗粒时，必然会降低混合料的抗剪强度从而降低混合料的高温稳定性，也更易于车辙的产生。

（2）矿料级配。矿料级配决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料的密实程度，直接影响沥青混合料的高温稳定性。能形成骨架结构的级配受温度影响较小，有较好的高温抗车辙能力，而悬浮型结构抗车辙能力较差。

（3）沥青性质与用量。在其它条件都相同的情况下，沥青粘度越大，混合料的粘滞阻力也越大，抗剪切变形能力越强，因此沥青混合料抗车辙性能越好；而沥青用量主要是通过影响结构沥青的多少来影响混合料的抗剪强度，其用量有一个最佳值，在该沥青用量条件下会获得最佳的路用性能。如果沥青用量偏多，就会导致自由沥青含量增加从而减低了混合料的抗剪强度，那么车辙也就容易产生。

（4）层间连接情况。有关力学分析结果表明，半刚性基层沥青路面在层间光滑状况下，面层内剪应力明显增大[10]。如果在施工时不能很好地控制上面层与中面层间粘层油的洒布量，使其用量偏多，就会造成中、上面层间形成了一个滑动薄弱面，其结果必然会导致在该路段产生较大的车辙。

（5）交通荷载。路面是为车辆服务的，长时间重复性的行车荷载作用会对路面产生损害，尤其是重载超载的车辆更会加速路面的破损。当重载车辆低速行驶时会长时间作用于路面，使路面结构处于高应力状态下，这会加速路面的损坏。

（6）施工质量。保证沥青路面能有良好的路用性能的一个重要前提就是要将面层充分压实，达到规定的压实度，这样一方面会使混合料达到较高的强度，另一方面也会使空隙率达到设计空隙率，以上两方面对保证沥青路面的路用性能非常关键。

3 车辙处治措施

目前，对于车辙的处治技术主要包括以下方法：微表处填补、传统的铣刨重铺、铣刨拉毛、铣刨再生加铺及特殊路段采用半柔性路面技术等。在实际操作过程中，应针对车辙严重程度的不同采用不同的处治措施。

3.1 微表处填补

微表处是聚合物改性乳化沥青稀浆封层的一种形式，目前已广泛应用于道路养护工程中，一方面可以应用于路面的超薄抗滑表层，另外还可以用于车辙的填补修复。对于车辙深度不太大（一般深度小于20mm以下），且下面各结构层比较稳定的情况，可以采用微表处的方式进行处理。由于微表处是一厚度仅有10mm的薄层结构，因此它要求原路面具有足够的结构强度，若原路面结构强度不足时应进行补强处理后再采用该技术。

3.2 铣刨重铺

对于车辙深度较大（一般是20mm以上）的失稳型车辙，一般采用铣刨重铺的方法进行车辙的处治。处治时，先铣刨掉其产生车辙的各面层，铣刨的宽度视车辙范围而定；铣刨的厚度要根据各层变形的具体情况，一般变形发生到哪一层，就铣刨到哪一层，然后通过重新铺筑沥青混合料的方式修复处理。

3.3 铣刨拉毛

铣刨拉毛技术是对沥青路面车辙隆起部位进行局部铣刨，恢复路面使用性能、提高行车安全性，该方法是车辙处治的阶段性措施。它适用于车辙深度在25mm以上并且基本稳定的失稳型车辙。由于它是阶段性措施，因此采用该技术并不能根治车辙，但可以大大降低车辙深度、恢复道路使用性能。

3.4 铣刨再生加铺

铣刨再生加铺技术的适用范围与铣刨重铺方法基本相同，它们两者的区别在于是否利用原路面的沥青混合料。根据车辙产生的不同结构层次，进行铣刨再生利用及加铺方法全面处治车辙。此技术具有节约资源、降低维修成本、保护生态环境和路面达到寿命期还可以继续再生利用的特点。

3.5 半柔性路面

半柔性路面是指将特殊级配的水泥胶浆灌入多孔基体沥青混合料空隙中，兼有水泥混凝土刚性和沥青混凝土柔性的一种路面，是目前车辙处治的一项新技术[11]。国外对于这方面进行了较多研究，证实了这种路面材料可提高沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性，延长了路面的使用寿命。

4 结语

沥青路面车辙病害是在多种因素综合作用下产生的，应从设计、施工、交通管制和及时的养护等方面进行综合控制，针对不同程度的车辙病害采用不同的处治措施，从而尽可能降低车辙病害对路面使用性能的影响，延长路面的使用寿命。

【参考文献】

[1]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]彭亚荣，张虎.石安高速公路沥青混凝土路面车辙病害分析[J].公路，2004（7）：120-124.

[4]公路沥青路面养护技术规范（JTJ 073.2-2001）[S].北京：人民交通出版社，2001.

[5]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[6]李一鸣，俞建荣.沥青路面车辙形成机理力学分析[J].东南大学学报，1994，24（1）：90-95.

[7]Hofstra A Klomp A J G.Permanent Deformation of Flexible Pavements Under Simulated Road Traffic Conditions[C]. Proceedings. Third International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements. VO1.1，London 1972：613-621.

[8]Wael Bekheet.Investigation of in-situ shear properties ofasphalt pavement. PhD thesis， Carleton University. Canada. 2002.

[9]张登良.沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1997.

[10]纪小平.层间接触条件对沥青路面高温性能的影响研究[J].郑州大学学报（工学版），2010，31（2）：31-34.

[11]郝培文，程磊，林立.半柔性路面混合料路用性能[J].长安大学学报（自然科学版），2003，23（2）：1-6.

[责任编辑：杨玉洁]