重载交通沥青路面车辙防治的探讨

摘  要：我国公路建设飞速发展，沥青路面广泛使用在各种道路上，车辙病害已经是沥青混凝土路面的主要破坏形式之一。湖北黄石地区及周边夏季气温较高，路面温度可以达到70℃以上，并且夏季高温持续时间较长，随着交通量的日益增加和汽车轴载的增大以及渠化作用的影响，黄石地区及周边道路车辙病害尤为突出，亟需对沥青路面车辙病害的影响因素与防治措施进行深入研究。下文将以湖北黄石某一级公路大修工程作为案例，对车辙病害进行检测分析，并提出建设性防治措施，以供参考。

关键词：重载交通;沥青路面;车辙病害;防治措施

中图分类号：U418文献标识码：A   文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

1案例概况

湖北黄石某一级公路大修工程，全长约24.12km，路基平均宽度为23m，路幅构成：0.5m（土路肩）+3.5m（硬路肩）+3.5m（行车道）×2+1m（中分带）+3.5m（行车道）×2+3.5m（硬路肩）+0.5m（土路肩）=23m。路面大修方案为：将原有道路的病害采用水泥稳定碎石修复后，铺水稳基层及三层沥青面层至设计标高的处治方案，经计算后从上至下路面结构如下：4cm 细粒式改性沥青砼AC-13C+5cm 中粒式改性沥青砼AC-20C+7cm 粗粒式沥青砼 AC-25C+1cm SBS同步碎石封层+18cm水泥稳定碎石基层+水泥稳定碎石调平层+原有路面结构。

该路面大修工程5月份建成通车后，7月份部分路段相继出现车辙，为摸清车辙原因，提出科学合理处理方案，业主方委托第三方检测机构对该工程进行弯沉、车辙深度和平整度检测，以及沥青路面各结构层的厚度、压实度检测及级配分析。同时收集了第三方的70号A级沥青、SBS改性沥青、上面层和中下面层粗集料质检资料，施工过程试验检测资料，以及质量控制、气候、交通量等相关资料，对车辙形成原因进行了全面分析。

2沥青面层试验检测结果及综合分析

2.1沥青路面原材料及配合比试验结果

根据监理单位提供的施工单位委托第三方机构进行的AC-13C、AC-20C、AC-25C型沥青混合料目标配合比设计、沥青混合料性能验证试验，原材料外委试验检测报告，沥青路面上、中、下面层采用的各种原材料及配合比设计各项技术指标均满足规范和施工图设计文件要求。

2.2沥青路面弯沉检测结果

弯沉检测采用ZOYON-LDD激光动态弯沉车，激光动态弯沉车是利用多普勒测速原理，在以正常交通速度（15-90km/h）行驶过程中，能够测量路面的动态弯沉值，相关测量结果满足国家标准。

考虑到路面出现车辙引起平整度降低对激光弯沉测试的影响，根据对激光弯沉检测车检测数据剔除异常值后，并与贝克曼梁弯沉检测结果进行比对、修正后得到的弯沉检测结果，本项目弯沉检测结果满足设计文件要求。

2.3沥青路面车辙深度检测结果

根据公路技术状况评定标准（JTG H20-2015）规定，车辙深度在10～15mm之间为轻度车辙，车辙深度在15mm以上为重度车辙。该一级公路全线沥青路面共发生重度车辙22.7公里（单车道长度），其中右幅主车道6.2公里，超车道0.7公里;左幅行车道8.3公里，超车道7.5公里，其中超车道重度车辙是车辆双向行驶时造成;主要发生在交通流量大，重载车多，上坡及十字路口等路段。

目前，车辙形式为追密性车辙和流动性车辙，轮迹带下陷，周边隆起，局部标线扭曲。

2.4沥青路面取芯检测结果

（1）沥青路面车辙路段上中下面层厚度变化。经取芯检测，沥青路面车辙车道与硬路肩对比分析，最大车辙深度为47.22mm，上面层车辙深度最大为10mm，中面层最大车辙深度15mm，下面层最大车辙深度为 20mm。

在16处重度车辙处取芯检测发现，上面层车辙深度5～10mm;中面层车辙深度5～15mm;下面层车辙深度7～20mm，严重处发现沥青混合料松散。

剔除不能取出完整芯样，分析车辙路段三层沥青面层平均车辙深度发现，上面层平均车辙深度4.86mm，中面层平均车辙深度6.50mm，下面层平均车辙深度8.71mm。说明严重车辙路段3层都发生了车辙，中下面层更为严重，分析认为下面层采用70号A级沥青，其沥青混合料动稳定度1084次/mm，虽然符合规范要求，但是不适应重载交通要求;同时也说明车辆荷载偏大，导致车轮荷载影响深度增加。

（2）沥青路面压实度及空隙率检测结果。从左右幅沥青路面车辙病害处和完好处取芯的压实度测试数据可以看出，主车道和超车道的压实度都满足要求，但是部分硬路肩的压实度不满足≥92%的要求。如果硬路肩与行车道压实工艺方法一致，说明部分路段下面层压实度偏低，存在车辙隐患;如果硬路肩下面层压实工艺不到位，则不存在压实不足造成车辙的隐患。

从左右幅沥青路面车辙病害处和完好處取芯的空隙率测试数据发现，主车道和超车道的车辙严重处的空隙率要明显小于硬路肩完好处的空隙率，硬路肩完好处少数点空隙率已超出设计空隙率的上限。车辙路段上、中、下沥青面层空隙率小于硬路肩处空隙率，说明行车追密对车辙有一定作用。值得注意的是有8段左幅和右幅上面层的空隙率小于2%，共计1600米。根据美国战略公路研究计划（SHRP）研究成果，空隙率小于2%，沥青路面存在车辙的潜在风险。

（3）沥青路面配合比分析。从主车道严重车辙处和硬路肩完好处分别取沥青面层板块在沥青燃烧炉中538℃条件下进行燃烧试验，当连续3分钟内重量变化小于0.01%时试验停止，将剩下的集料进行筛分，可以得出上面层、中面层和下面层的筛分结果和级配曲线。

从车辙病害处、完好处与生产级配的级配曲线进行对比可以看出，车辙病害处和完好处的级配均在规范规定范围内，但完好处的上面层、中面层和下面层的级配与生产级配偏差最小，说明施工过程中配合比控制较好;而车辙病害处的偏差较大，特别是中下面层4.75mm以上筛网通过率偏高，说明粗集料被压碎，也反映了车辆荷载过大。

通过第三方提供的原材料检验结果，中面层和下面层的压碎值指标分别为19.9%和19.7%，虽在规范的范围内（≤28%），但出现粗集料压碎现象，说明大棋一级公路车辆荷载较大。

2.5沥青路面试验检测综合分析

根据该一级公路沥青路面各结构层配合比设计及现场取样试验检测结果综合分析可得到以下结论：

（1）行车道沥青路面各结构层配合比设计的级配、油石比和体积指标，以及施工压实度都满足规范要求。

（2）重度车辙路段沥青路面的大多数上、中、下面层都发生了车辙，其车辙深度平均值分别为4.86mm、6.50mm和8.71mm，说明三层都对总体车辙深度有影响，且车辆荷载影响深度较大，也说明车辆荷载过大。

（3）对比分析车辙处和硬路肩上、中、下面层级配发现，沥青混合料的级配控制较好，车辙处部分筛孔通过率明显偏高，特别是4.75mm以上筛网通过率偏差大。通过第三方提供的原材料检验结果，中面层和下面层的压碎值指标分别为19.9%和19.7%，都满足规范要求（≤28%），但出现粗集料压碎现象，说明车辆荷载过大。

（4）车辙严重处的空隙率明显小于硬路肩完好处的空隙率，说明行车追密对车辙有一定作用。需要注意的是共有8段上面层空隙率小于2%，虽然满足我国规范要求，但是根据美国战略公路研究成果，沥青路面使用期末空隙率不宜小于2%，否则存在车辙的潜在风险。

3气候观测数据

该一级公路通车以来，根据黄石市气象台公布的日最高气温资料（见附件5），自7月2日～8月31日持续高温，日最高以上30℃以上60天。

自7月13日～7月31日，日最高气温35℃以上共19天。

连续7天最高温度发生在7月24日～7月30日，平均值为：

Tair=（37+38+37+37+38+37+37）/7=37.29℃

该一级公路地理纬度为北纬29.6°。据此计算路表以下20mm沥青面层温度为：

T20mm=（Tair-0.00618Lat+0.2289Lat+42.2）*0.9545-17.78

=（37.29-0.00618*30.2+0.2289*30.2+42.2）*0.9545-17.78

=64.5℃

说明晴天，路表以下20mm处沥青面层内部温度将达到64.5℃。

现场实测沥青路面表面最高温度为69℃，接近SBS改性沥青软化点70℃。

4交通量观测数据

通过连续7天对该一级公路交通车流量的监控调查可以看出，该一级公路上的主要重载车型为3类（2轴6轮整体式货车）、4类（3轴整体式货车）、9类（6轴及以上半挂式货车）占比分别为20%、48%、26%，货车综合占比94%。说明3类、4类和9类车型是该一级公路主流车型，其车辆轴载对沥青路面作用的影响最大。

根据2004年国家标准 GB1589—2004《道路车辆外廊尺寸、轴荷及质量限值》和2000年交通部第2号令《超限运输车辆行驶公路管理规定》，3类车型（2轴6轮整体式货车）车货总限重标准为17吨;4类车型（3轴整体式货车）车货总限重标准为25吨;9类车型（6轴及以上半挂货车）车货总限重标准为49吨。

根据道路交管部门提供的现场超载车辆核载抽样统计数据分析，该一级公路上行驶的3类车辆（2轴6轮整体式货车）车货总重平均为43.6吨，超载量为256%，说明少数车辆超载严重。

5车辙原因分析

沥青路面车辙有以下四种型式：

（1）磨损性车辙，是由于沥青面层表面经过车辆磨损造成的车轍，由于大棋一级公路改造工程通车时间不长，现阶段不会发生此类车辙。

（2）压密性车辙，是在车辆荷载作用下，沥青混合料继续压实形成的车辙，其表现形式为沥青路面下陷变形，但是周边无隆起现象。

（3）流动性车辙，是沥青混合料强度不足以承担车辆荷载作用引起流动变形，造成车辙，其表现形式为轮迹带下陷，并伴随周边隆起变形或标线扭曲。

（4）结构性车辙，是由于沥青面层以下基层或路基承载力不足，在车辆荷载作用下，基层或路基下陷变形引起车辙，其表现形式为车轮迹下陷，周边无隆起。

根据现场调查和试验检测结果，该一级公路改造工程通车时间不长，表面结构致密，未发现集料磨损掉粒现象，说明未发生磨损性车辙。重度车辙路段出现车轮迹周边隆起，标线扭曲，说明发生了流动性车辙。

取芯试验检测结果表明，重度车辙处上、中、下沥青面层空隙率都有降低，说明发生了压密性车辙。

根据该一级公路监理单位提供的基层强度检测结果，都满足设计要求，不存在结构性车辙可能性。鉴于该一级公路改造工程通车时间不长，结合现场调查及试验检测结果综合分析，其主要车辙形式为流动性车辙和压密性车辙。

根据该一级公路车辙发生部位及特点，交通流量特点，气候环境条件，施工质量控制等因素综合分析重度车辙原因。

（1）重载交通是沥青路面车辙的直接影响因素。经调查分析，该一级公路是运输建筑材料的重要通道，交通特点为车流量大，重载货车多，以3类、4类和9类为主流车型，货车综合占比达到94%。由于重型车辆多，少数车辆超载严重，引起沥青路面发生车辙;车辙一旦形成，受渠化交通影响，车轮反复碾压车轮迹带，加剧了车辙发展。

根据沥青路面现场检测结果分析，沥青路面3层都发生了车辙，在荷载应力较小的下面层也发生较大车辙（平均深度8.71mm），说明车辆荷载影响深度大;中、下面层沥青混合料中4.75mm以上粗集料被压碎，都反映了车辆荷载对车辙有重要影响。

由于该一级公路通车时间不长，沥青或改性沥青中芳香分向瀝青质转化较少，因此其粘度提高幅度不大，随著使用时间延长，沥青质含量增加，沥青粘度会逐步提高，将会提高沥青路面抗车辙性能。大量工程实践表明，在沥青路面通车后2年内是流动性车辙发生的关键时期，特别是在交通量大的渠化交通路段。现阶段应高度重视超载车辆行驶，以有效控制车辙发生。

（2）极端高温是引起沥青路面车辙的关键影响因素。根据黄石市气象资料，自7月10日～8月10日连续32天高温，最高气温34℃以上。其中7月16日～7月31日共16天，最高气温37℃以上，连续7天最高气温平均值37.29℃，属于极端高温天气。根据美国战略公路研究计划研究成果，夏季极端连续高温天气影响，沥青路面温度达到软化点以上将导致沥青软化。

该一级公路地理纬度为北纬29.6°。

连续7天最高气温平均值为37.29℃。

T20mm=（Tair-0.00618Lat+0.2289Lat+42.2）*0.9545-17.78

=（37.29-0.00618*30.2+0.2289*30.2+42.2）*0.9545-17.78

=64.5℃

对于交通流量在1000～3000ESAL之间，该一级公路设计交通量水平为1.21E+07，属于重载交通，其高温等级应提高1个等级。

T20mm=64.5+6=70.5℃

在慢速交通路段，提高1个等级

T20mm=70.5+6=76.5℃

在停驻路段提高2个等级

T20mm=70.5+6*2=82.5℃

理论计算沥青路面下20mm处最高温度为64.5℃，其设计交通量为重交通水平，改性沥青高温等级应达到PG70，沥青高温等级应大于70.5℃，低于改性沥青软化点（77℃），说明对于正常路段是适宜的;但是在慢速交通路段改性沥青高温等级应达到PG76，在停驻路段改性沥青高温等级应达到PG82，说明在慢速交通及停驻路段，改性沥青高温稳定性不适宜，与该一级公路重度车辙发生路段十分吻合，需要针对气候和交通特点进一步提高沥青路面抗车辙性能。

（3）慢速交通，车辆停驻是加快车辙发展的重要因素。该一级公路存在多处交叉路口，长纵坡路段，部分路段双向行驶，加之少数车辆超载等不利因素引起车辆行驶速度慢，或停驻，延长了车轮与沥青路面作用时间，在高温天气将会引起沥青面层发生车辙，受渠化交通影响将会加速车辙发展。

6养护建议意见

（1）执行交通运输部《超限运输车辆行驶公路管理规定》，严格控制车辆超限超载，特别是日最高气温高于30℃的时段。鉴于3类车，4类车和9类车占比达到94%，为货车主流车型，应作为超限控制重点车型。

（2）对于车辙深度小于15mm的路段，建议进行跟踪观测，如下年度高温季节车辙不继续发展，可采取开普封层或精表处养护;如继续发展可根据车辙深度按以下第（3）和第（4）条方案养护。

（3）对于车辙深度15～25mm路段，铣刨中、上面层，上面层铣刨宽度3.65m，中面层铣刨宽度3.35m，采用沥青路面结构恢复，并加入6‰沥青路面增强材料，综合提高沥青面层抗车辙性能和抗裂性能。

（4）对于车辙深度大于25mm路段，铣刨上、中、下面层，上面层铣刨宽度3.65m，中面层铣刨宽度3.35m，下面层3.05m，采用原沥青路面结构恢复，并加入约6‰沥青路面增强材料，综合提高沥青面层抗车辙性能和抗裂性能。

（5）鉴于该一级公路重载货车难以避免，在交叉路口处，中上面层要高度重视沥青混合料的抗车辙性能，根据粗集料技术性能优化沥青混合料配合比设计，动稳定度宜大于6000次/mm以上。

7结语

本文以黄石某一级公路大修工程作为案例，对沥青路面车辙病害进行试验检测，据此综合分析产生原因，并给出针对性的养护建议。可供夏季高温期长且重载车辆多的地区沥青路面设计施工借鉴参考。

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[8]JTG H10-2009，公路养护技术规范[S].

收稿日期：2019-07-04

作者简介：王水生（1973—），男，汉族，湖北武穴人，本科，高级工程师，研究方向：路桥。