车辙类型及形成机理调研分析

李英涛

摘 要：本文调研了沥青层车辙的主要类型：分别为结构性车辙、失稳性车辙、磨损性车辙、压密型车辙及形成原因;并分析了沥青层车辙的三阶段形成过程。

关键词：车辙类型;形成机理;三阶段过程

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

0 引言

车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的累积。车辙一般发生在高温季节，尤其是渠化交通以后，在行车荷载的作用下，沥青面层进一步被压密、挤压使轮迹带下沉，其内部材料也可能在剪应力的作用下横向流动，在两侧隆起，形成波峰和波谷。我国目前广泛采用半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在沥青面层，路基和基层的变形仅占很小部分。

1 车辙类型

目前根据车辙形成原因的不同将其分为以下四种类型。

（1）结构性车辙：这类车辙是在交通荷载作用下，路面结构产生整体永久变形形成。主要由路面各层对车辆荷载产生的应力扩散能力不足造成的，因此結构性车辙是由沥青路面面层以下各结构层（包括路基）变形组成。结构性车辙的形态表现为，变形宽度范围大，两侧不隆起，断面呈现出U形或凹形的浅盆状。现阶段，板体性较好及强度较高的半刚性材料作为基层的沥青路面结构已成为我国高等级公路建设中的主要路面结构形式，该种路面结构的基层及基层以下的变形小，因此出现结构性车辙的可能性较小，但也不排除在超载严重或地下水浸软的挖方路基路段，由于路基和基层施工质量达不到要求，同样有结构性车辙出现的情况。

（2）失稳性车辙：这类车辙是在交通荷载作用下，沥青混合料的抗剪强度小于由交通荷载产生的路面结构层内的剪应力，从而使得剪切流动变形不断累积而形成，在夏季高温的情况下这类车辙病害更容易发生。表现形式上，主要体现为沥青混合料高温稳定性不足。随沥青混合料塑性流动程度不同，该类车辙也表现出不同现象：有的表现为轮迹两侧混合料有隆起，中面层或中、下面层产生流动变形，纵向标线没有表现出推移变形，仅局部隆起;有的表现为轮迹两侧混合料大幅推移和隆起，上面层混合料也产生了流动变形，纵向标线表现为出现大幅的推移变形。

（3）磨损性车辙：这类车辙是在车辆轮胎的磨耗作用和各种自然因素影响下，沥青路面结构顶层材料不断损失而逐渐形成的，使用凸钉轮胎或防滑链的车辆对沥青路面的影响更严重，更容易促使这种车辙的发生。在冬季较严寒、冰冻期较长的北方地区，为了能使车辆能够在已结冰路面上安全行驶，通常会在轮胎上嵌入防滑钉，这种措施会使轮胎对路面产生较大程度的物理磨耗，从而会使路表轮迹处结构层厚度减薄。这种车辙类型在我国发生的概率较小，且磨损性车辙并不属于路面高温稳定性的研究范畴内，因此磨损性车辙不是车辙永久变形的主要研究范围。

（4）压密型车辙：这类车辙是指由于施工中压实功不足，从而使沥青混合料内部存在较大空隙率，路面进入运营阶段后，由于车辆荷载的进一步碾压，使沥青路面再度被压实，从而使沥青路面结构层厚度减薄，在车辆荷载较集中处将可能出现向下凹陷，形成压密型车辙。沥青路面结构层在车辆的不断反复碾压作用下，空隙率将会不断减小，直到达到极限残余空隙率后变形才会稳定。压密型车辙一般仅有下凹，两侧没有隆起。

在我国，四种类型车辙中以失稳性车辙最严重，其次为结构性车辙。现阶段，板体性较好及强度较高的半刚性材料作为基层的沥青路面结构已成为我国高等级公路建设中的主要路面形式，该种路面结构的基层及基层以下的变形小，因此出现结构性车辙的可能性较小，除施工质量没有达到要求的不良路段外，出现结构性车辙破坏的情况很少。在冬季路面积雪时，我国除北方地区使用防滑链外，很少有汽车使用带钉轮胎，因此在我国磨损性车辙几乎没有。所以目前我国高速公里所见到的车辙，基本上均是失稳性车辙和压密型车辙。

2 车辙形成过程

沥青层车辙的形成过程可简单地分为以下三个阶段：

（1）开始阶段的压密过程。沥青混合料是由矿料、沥青胶浆和空气组成的松散混合物，在碾压过程中高温下处于半流动状态的沥青胶浆被挤进矿料间隙中，同时集料被强力作用排列成具有一定骨架的结构。沥青路面投入使用后，在行车荷载作用下这种压密过程还会进一步发展。

（2）中间阶段的压密稳定过程。高温下的沥青混合料是处于以粘性为主的半固体，在荷载作用下，沥青胶浆便产生流动，从而使混合料的网络骨架结构失稳。这种半固态物质除部分填充混合料空隙外，还将随沥青混合料自由流动，从而使路面受载处被压缩变形。

（3）最后阶段的剪切破坏过程。高温下处于半固态的沥青混合料，由于沥青胶浆在荷载作用下首先流动，混合料中粗、细集料组成的骨架逐渐破坏，在荷载直接作用下会沿矿料间接触面滑动，促使沥青胶浆向富集区流动，以至流向混合料自由面，特别是当个别集料间沥青胶浆过多时，这一过程会更加明显。

沥青混合料的车辙主要是在交通荷载条件下由混合料的压密变形和剪切变形引起的。其中压密变形主要是由于行车荷载的进一步压实作用引起，通常伴随着体积的变化，有些情况下石料被压碎也会导致沥青层的垂直变形。而剪切变形没有体积变化，只表现为沥青混合料的横向剪切流动，导致轮迹带下陷两侧隆起。在初始阶段，沥青混合料变形主要由压密变形引起，其后的变形则主要由等体积的剪切变形引起。Hofstra and Lomp指出引起车辙的主要原因是剪切变形而不是压密变形，Eisenmannn and Hilmer也得出沥青混合料的高温车辙主要是由等体积的剪切变形引起的。由此可见，车辙形成的最初原因是压密及沥青胶浆高温下的流动，最终导致骨架的失稳。

3 结论

本文调研了沥青层车辙的主要类型：分别为结构性车辙、失稳性车辙、磨损性车辙、压密型车辙，并对四种车辙的形成原因进行研究;最后分析了沥青层车辙的三阶段形成过程，即压密阶段、压密稳定阶段、剪切破坏阶段。

参考文献：

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