公路沥青路面车辙病害养护标准及养护对策研究

罗又元

摘要：文章通过分析车辙深度与行车安全性、路面积水、沥青混合料高温蠕变特性之间的关系，推荐了车辙病害的养护标准，并在分析不同类型车辙成因及影响因素的基础上，为不同类型的车辙推荐了相应的养护对策。

关键词：沥青路面;车辙;养护标准;养护对策

中图分类号：U418.68 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.018

文章编号：1673-4874（2019）10-0061-03

0引言

近年来，随着汽车保有量及道路运输需求的不断提高，人们对于道路行车舒适性及行车安全性的需求也越来越高。沥青路面凭借其优良的行车舒适性以及较低的维修成本，逐渐成为我国高等级道路的主流路面形式。而我国巨大的交通流量以及普遍的超载现象，导致车辙成为沥青路面的主要病害之一。

1车辙的定义及危害

由于道路标线的渠化作用以及驾驶员的人为习惯，在同一个道路横断面上，车辆荷载的作用次数有所差异，这种在轮迹带处的由于行车荷载的作用而形成的路面不可恢复的变形，我们称之为车辙。

车辙具有以下三个方面的危害：（1）车辙是车道横断面方向上的波浪不平整现象，当行驶在车辙凹槽的车辆进行变道时，由于高差的存在，车辆轮胎有侧滑甚至翻车的风险，存在安全隐患。（2）由于车辙的存在，降雨过程中雨水不能通过路面横坡正常漫流出行车道范围以外，并且大部分在车辙凹槽内形成积水现象。车辙内的积水大大降低了车辆轮胎与沥青路面之前的摩擦力，容易在雨天引起交通事故。（3）当沥青混合料发生失稳型车辙时，内部存在剪切流动现象，在车辙隆起处由于流动拉伸作用，会在路表形成微裂缝，雨水从微裂缝内进入路面结构，进而导致各类路面病害的产生。

2 车辙病害养护标准的确定

2.1车辙深度与行车安全的关系

当沥青路面产生车辙之后，路面标高会在横断面方向形成起伏，如下页图1所示。

汽车在存在车辙的路面上行驶时，根据车轮在横断面上的位置与车辙凹陷凸起位置的关系，主要分为以下两类：

（1）当轮胎在A区域行驶时：该区域位于车辙的凹槽的底部位置，车轮与路面垂直接触，因此，在横断面方向上，车辆轮胎仅受到路面在垂直方向上的作用力（路面与轮胎之间的摩擦力平行于行车方向，非横断面方向）。车辆可正常向前行驶，整体较为稳定。

（2）当轮胎在6区域行驶时：该区域位于车辙凹槽的侧边位置，车轮与路面斜向接触，因此，在横断面方向上，车轮不仅受到路面在垂直方向的作用力，也受到路面在水平方向的作用力。如图2所示。

水平方向的作用力是汽车行驶的不稳定因素，容易引起汽车侧翻的危险。水平方向作用力的大小和车辙凹槽侧边的角度。有关，而。的大小与车辙深度有关。

2.2 车辙深度与路面积水的关系

存在车辙的沥青路面，在雨天或者雪天，凹槽内容易积水或积雪。当车辆在积水或积雪的部位行驶时，轮胎与路面之间的摩擦系数急剧下降，汽车的制动距离变长，在不利天气下发生交通事故的概率增大。

本文将通过建模，计算车辙深度与路面是否存在积水的关系。计算模型如图3所示。

在计算模型中，a-b-c组成路面现状横断面，RD为车辙凹陷处与隆起处在路面横坡之间的高度差值。L为车辙的分布宽度，常规道路的路面宽度为350-375cm，车辙的分布宽度为70-140cm，本文在计算时选取典型宽度120cm。i为路面横坡，我国路面横坡的典型值为2%。

根据简化模型，RD=i x L/2，计算得到使路面在雨天不至于积水的临界车辙深度为12mm。

2.3 沥青混合料的高温蠕变性能

沥青混合料是一种粘弹塑性材料，其在受力变形过程中兼具黏性、弹性、塑性。车辙为沥青混合料在车辆荷载作用下所产生的不可恢复的变形，即变形中的塑性部分，在荷载移除后该部分变形不可恢复。

在重复荷载的作用下，沥青混合枓的变形大致可分为三个阶段：

（1）压密阶段：即图4中的A-B阶段，在沥青混合料受到荷载的初期，由于瀝青混合枓内部空隙的存在，在荷载的作用下空隙逐渐减小，集料之间进一步嵌挤在一起。早期沥青混合枓变形量较大，但变形量随着时间的延长而增大的速度不断减慢。

（2）稳定阶段：即图4中的B-C阶段，随着初期压密过程中沥青混合枓空隙的减小，以及集枓相互嵌挤作用的增强，变形逐渐进入稳定期，随着荷载作用次数的增加，变形量保持匀速增大。

（3）剪切破坏阶段：即图4中的C-D阶段，在荷载的长期作用下，沥青混合料内部逐渐进入剪切破坏阶段。集枓之间产生相互滑动，沥青混合料失稳破坏，此时变形量随着荷载作用次数的增加而增大，并且增大的速度不断加快，沥青混合料丧失继续承载的能力。

研究表明，在路面结构中，当沥青混合枓在车辆重复荷载的作用下，其变形量达到结构层总厚度的10%时，即进入剪切破坏阶段。国内高速公路、一级公路的典型厚度为18cm，即当车辙深度达到18mm时，代表路面中的沥青混合料已进入剪切破坏阶段，应尽快进行处治。

综上所述，根据车辙深度与行车安全性、路面积水、沥青混合料高温蠕变特性之间的关系，推荐对于高速公路、一级公路等高等级道路，当车辙深度达到12mm及以上时，应对相应产生车辙的路段进行处理。

3 车辙病害的养护对策

3.1不同类型车辙的形成原因及影响因素分析

车辙可分为结构型车辙、失稳型车辙、压密型车辙、磨耗型车辙等。其形成原因及影响因素如下：

（1）结构型车辙等：该种类型路表车辙的形成并不是沥青混合料本身的原因，而是由于沥青层下部的水泥稳定碎石层或路基层的强度或抗变形能力不足，在车辆荷载的反复作用下行成车辙，进而反射到沥青混合料层及路表。

（2）失稳型车辙：路面中的沥青混合料在高温或者车辆荷载的长期作用下，集料之间相互移动，混合料内部产生剪切变形，在车辆荷载作用的位置路表凹陷，周边位置路表隆起。失稳型车辙主要与沥青混合料的级配、集料的棱角性、沥青胶结料的黏度等因素有关。

（3）压密型车辙：由于沥青混合料内部存在空隙，开放交通之后在荷载的反复作用下，对内部空隙有压缩作用。若施工时沥青混合料的压实度控制不当，压密型车辙将更为明显。

（4）磨耗型车辙：在车辆荷载的磨耗以及其他因素的作用下，沥青混合料表面层逐渐被磨损，表现为集料表面的磨光减薄，表面层粗细集料的散失等。

3.2 不同类型车辙的养护对策

（1）结构型车辙：在分析车辙产生层位的基础上，铣刨沥青面层后，对产生车辙的层位（基层或路基）进行处理，重铺沥青面层。

（2）失稳型车辙：常规沥青路面包含2-3层沥青混合料，对此，应通过取芯，确定车辙在沥青路面中的发生层位。若车辙的主要产生层位在上面层，可通过铣刨回铺或就地热再生加以处治;若车辙的产生层位在中下面层，则可将车辙产生层位及以上的结构层一起进行铣刨回铺。

（3）压密型车辙：可根据现状车辙深度的不同进行分类处治。若车辙深度在1.5Cm以内，则可进行就地热再生或加铺罩面;若车辙深度在1.5Cm以上，则可进行铣刨回铺或加铺罩面。

（4）磨耗型车辙：若仅为路面表面的磨光减薄，则可采用薄层加铺或微表处等方式，修复现状路面的磨耗型车辙并增加路面的抗滑能力;若存在粗集料散失的现象，则需进行铣刨回铺。

4 结语

车辙作为沥青路面的主要病害类型之一，对行车安全会产生不利影响，在引起路面积水后会严重影响路面抗滑性能。本文在分析车辙深度与行车安全性、路面积水深度的关系以及沥青混合料高温蠕变性能的基础上，推荐对于高等级道路，车辙深度超过12mm的路段应及时进行处治。针对不同的车辙类型，在分析成因及影响因素的基础上，推荐了铣刨回铺、就地热再生、加铺薄层、加铺罩面等不同的养护对策。