沥青路面车辙病害和防治措施的研究

(重庆交通大学 重庆 400074)

车辙病害是沥青路面常见的病害之一。由于沥青材料具有高温软化的特性，高温环境中，沥青路面基础结构无法承受车辆的长期超荷载的作用，沥青材料发生不同程度的位移，长期累积表现出无法恢复的永久变形形态。车轮不断经过车辙后就会形成纵向凹陷破坏。目前，大多沥青路面都出现了不用程度的车辙病害，影响了路面平整度和行车舒适感，增加了交通事故的发生概率。

本文根据车辙病害类型和形成机理，以及其产生原理分析车辙病害的主要影响原因，提出相对应的预防措施，通过早期控制减少车辙病害。

一、车辙病害类型和形成机理

车辙病害是由外部荷载及高温作用和内部因素(混合料的性能、面层结构、材料特点等)引起的，根据病害的分布特征，确定车辙病害的主要类型有失稳性车辙、磨损性车辙及结构性车辙，这三种病害的形成机理是不同的。

(一)失稳性车辙。沥青路面层在高温环境时，由于车辆荷载作用以及混合料的稳定性较差，路基材料产生了位移，使得整体结构下陷，车轮作用位置附近出现隆起，形成失稳型车辙。这类车辙主要发生在重型车较多的路段和上坡路段，使得路面凹凸不平，对行车安全产生了很大的影响，是公路最常见的车辙病害。

(二)磨损性车辙。在车辆荷载反复作用和环境影响下，面层的顶层材料发生局部破损病害。这类车辙病害在轮载作用区面层的缺失，产生了下凹变形，横向区域面层损坏比较少。此类车辙在超载路段会出现，在直接磨损路面比较显著，常规轮胎作用下比较少见，所以磨损性车辙在沥青路面中不常见。

(三)结构性车辙。路基变形产生的永久性路面变形，产生了显著的路面下沉现象，即结构性车辙，这类车辙宽度较大，表现为轮载作用位置下沉，两侧没有凸起，面层发生永久性下沉。由于路基变形、面层刚性差，此类车辙才会发生。在半刚性和刚性沥青路面，结构性车辙比较少见。

二、车辙病害的成因

车辙病害的原因分为内因、外因和其他因素：

(一)内因。沥青材料及用量、骨料级配、矿料质量等原材料性质都会影响车辙的出现，沥青材料的质量决定了沥青面层的抗剪切性和抗裂性，选择针入度小，含蜡量低，软化点高的沥青能有效减少车辙损害；沥青用量影响混合料的粘结性能，用量过多和过少都会增大车辙病害风险；骨料级配影响了面层粘结性能和整体强度，矿物质量也是一个原因，矿物特点决定了其粘结性、摩擦角、骨料间隙，这些都是车辙病害形成的影响因素。

(二)外因。温度和车辆荷载是两个重要的外界因素，荷载越重，轮胎气压越大，行车速度越慢，将会大大加快沥青路面车辙的形成。车辆作用于路面包括竖向力还有制动和加速引起的纵向力，加上车辆振动引起的作用荷载，通过车轮转移到路面层，路面抵抗力小的时候，就会出现车辙病害。气候条件主要包括气温、日照、风、雨、地温等，主要是路面温度影响沥青混合料的抗变形能力，在高温环境下沥青的弹性模量降低且粘结性能变差，导致沥青面层的抗剪切变形变差，容易发生车辙病害。

(三)其他因素。主要有路面基层及施工质量等，当路面基层有足够的强度和稳定性时，车辙产生主要取决于沥青面层和基层本身，因此，保证基层和面层的稳定性和强度可以防止沥青面层车辙的产生。施工时压实不充分，通车后车辆反复碾压，使得高温季节混合料压密，空隙率不断减小，一直到极限残余空隙后才趋于稳定。会形成明显的车辙。

三、车辙防治的措施

(一)预防措施。最有效的途径是提高沥青混合料的高温稳定性。1.集料的特性。选择粗糙、坚硬、棱角性好、高强度的洁净粗、细集料，这种集料能够有效和沥青结合料相吸附，提高混凝土的耐久性和内摩擦力。尽量少选用针片状颗粒，细长扁平集料在荷载作用下容易断裂。根据当地交通状况适当调整级配，使之符合对应的交通荷载。还可以在沥青混合料忠加入抗车辙剂，改善混合料的性能，降低车辙病害。2.沥青的选择。根据马歇尔实验确定最佳沥青的用量，在低速重载交通路段，在最佳沥青含量基础上作适当的减少。沥青应当选择针入度低、粘结性能好、高温软化点高的材料，以便于改善混合料的粘结性能。3.面层结构的设计。设计长寿命的沥青路面层，上面层采用抗车辙性好、耐磨损的面层材料，中面层采用抗车辙性好模量高的混合料，下面层考虑水损害的问题，基层要具备一定的抗疲劳性和水稳性，使得各个面层发挥其功效，延长路面层的使用寿命。考虑特殊爬坡路段的路面层设计，车辆爬坡时的振动对路面车辙效应更为显著，使得路面寿命降低。设计时要考虑这些因素，尽量降低长大坡路段。4.施工质量的控制。要严格按照设计要求进行沥青混合料的拌合、运输、摊铺，注重面层摊铺的均匀性，保持面层清洁，严格把控整个摊铺过程。控制温度和空隙率，采用合理的碾压工艺提高压实度，提高压实质量。5.交通管控的加强。施工路段要封闭，避开高温时段施工加强路面洒水工作，对施工机械和超载重载车辆严格控制，超过规定要求的车辆严禁上路。

(二)修复与维护。对于浅层车辙病害，即深度15mm以内且分布范围不广的，对行车形成的干扰比较少，有些许不舒适。如果是交通量大的路段或者高速公路，应该铣刨沥青路面的中面层和上面层，使用抗车辙性能好的材料重新铺设面层；若是普通的道路，可以视经济情况修复，或者与其他路面病害一起修复。

对于中等程度车辙病害，病害深度为15～30 mm 以内，行车具有显著颠簸和明显振动，这类病害需要及时修复，才能避免引起路面层的更多病害，比如唧浆等水损坏。修复时可以铣刨中上面层，采用抗车辙性能好的材料重新铺筑，还可使用热再生技术进行修复。

对于严重车辙病害，车辆的通行效率很差，行车会有非常大的安全问题，需要立即进行路面层的修复，以避免发生的交通安全。路面修复时需要将全部的面层重新铺筑，如果路面基层也有病害，应当在重铺之前对损坏基层进行处理。

四、抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响

抗车辙剂是沥青混合料添加剂，由多种聚合物复合而成，颜色为纯黑色，颗粒状固体。抗车辙剂不仅可以增加集料表面的粘附性，而且还可以填充骨料之间的空隙，形成更加密实的骨架结构，起到加筋作用，从而可以大幅提高沥青混合料的高温稳定性。

随着抗车辙剂用量的不断增加，沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变呈线性增加，抗车辙剂的添加可以有效提升沥青混合料的水稳定性，但其对沥青混合料水稳定性的影响与高温、低温的影响不同，沥青混合料残留稳定度及冻融劈裂强度比并不是随抗车辙剂的掺加而不断增大，而是呈现先增大后减小的趋势。