昆山道路车辙调查与处置措施应用研究

王恕超

（昆山市交通运输综合行政执法大队， 江苏 昆山 215300）

0 引言

近年来，昆山道路进入大规模运营期。在道路试运营两年后发现，有的道路车辙深度可以达到20mm以上，超过车辙深度的认定标准10mm，车辙已成为影响道路使用安全和舒适度的主要因素，这不仅与交通建设高质量发展不符，也与品质工程创建目标要求相悖。鉴于此，本文立足于昆山道路常见的结构性车辙类型，多角度分析车辙出现的各种原因，在343省道灌入式复合路面运用的基础上，提出今后道路建设预防与养护处置建议，为进一步预防车辙病害，提高道路养护质量、寿命奠定基础。

1 路网调查

此次路网调查共针对昆山市6条典型路段的路面钻芯，共计获取路面芯样36个。路面试验共包含芯样抽提、厚度、马歇尔稳定度、密度以及高温抗剪性能等5项试验或指标。抽提试验表明，SMA-13级配总体偏细，特别是筛孔4.75mm与2.36mm通过率接近上限，不利于形成具备抵抗高温变形破坏的骨架嵌挤结构。芯样厚度测试表明，各结构层在荷载与高温的耦合作用下均由于抗剪强度不足出现了横向剪切流动的现象。SUP-13上面层在荷载作用下的高温变形现象相对更为显著。SMA-13上面层的抗高温剪切性能相对较好，车辙变形受该结构层的变形作用影响较小，路面结构高温变形主要受中、下面层的累积变形所致[1]。路网调查结果表明昆山常见的车辙类型为结构性车辙，与外观调查情况一致。

2 原因分析

2.1 结构类型

目前，昆山主要道路为三层沥青结构型式，即4cmSMA-13/SUP-13+6cmSUP-20+8cmSUP-25。这种结构可以较好保证道路使用年限，提高行车舒适性。但是由于柔性结构层厚度过大，繁重的交通流量易增加道路结构性失稳，造成车辙。其次，SMA与SUP沥青结构要求不同，SMA对原材料的要求比较高，这与沥青添加过多、集料严控开采的市场现状不符，无法发挥SMA结构优势。另外，沥青结构型式相对单一，道路实际运营情况无法与之相协调，加剧部分路段尤其道路交叉口车辙。

2.2 建设过程

目前，昆山交通在建项目普遍存在上面层未摊铺便提前开放交通的情况，这种情况也会过早引起路面车辙问题。由于中面层温度最高，路面车辙常常出现在路面以下5～10cm左右的位置，设计一般在中面层采用改性沥青，添加抗车辙剂[2]。在中面层行车，车辙影响深度变换到下面层，下面层设计采用基质沥青，无抗车辙剂，这样更容易产生车辙。另外，有时刚刚施工完成的沥青路面便急着开放交通，较高的沥青温度使路面还不能有效抵抗车辆荷载，给路面造成不可恢复的伤害，尤其在路面车辙预防方面。

2.3 交通流量

渠化交通相当于增加了通过路面相同部位的交通量和作用时间，由于交叉口是分道行驶的，直行、转道车辆相对比较集中，车辙现象更加严重[3]。尤其往往提前开放交通，同向路幅被临时改造成双向通行，更是加剧了车辆集中渠化通行，更易引起车辙。

2.4 气候条件

沥青路面时刻与外界进行着能量交换，路面内部也不停进行着热传导（见图1）。昆山地区夏季炎热，气温对车辙的影响主要表现在沥青路面的温度变化上，有资料显示，在40～60℃范围内，沥青混合料的温度每上升5℃时，其变形将增加2倍[2]。温度越高，形变越大，抗高温稳定性能越不易发挥，在车辆刹车、起动的剪应力作用下，加速产生车辙。昆山地区夏季气温最高可达40℃，反映到沥青路面上可达60℃（见图2）。一般基质沥青的软化点在45℃左右，改性沥青可高20℃，为65℃左右，这样，路面的表面温度可能达到其软化点，当提前在中面层行车时，尤其在高温夏季，下面层的基质沥青抵抗不了夏季高温，从而引发车辙，所以下面层沥青采用改性沥青在交叉路口显得尤为重要。

图1 道路内部、外部环境之间的相互辐射热传导

图2 路面温度随一天时间的变化规律图

3 工程探索及应用

最初的探索是从在路口70～100m范围内向沥青混合料中添加一定比例的抗车辙剂开始的，如路孚8000。随着施工条件、交通流量、路用材料的不断变化，仅依靠沥青改性已达不到预期效果，尤其是沥青、集料等重要原材料的性能“劣化”，有必要升级现有的沥青结构型式。为此，首次对343省道昆山段涉及的27个道路交叉口进行方案再完善，在一般路口采用较为传统的车辙防治措施，即在中面层添加总掺量0.4%的路孚8000和全效高性能改性剂添加剂；在主要交叉口（黄浦江路、长江路）分别采用灌浆复合路面。

343省道昆山段主要交叉口施工方案见表1。

表1 343省道昆山段主要交叉口施工方案

灌入式复合路面是整合水泥与沥青路面各自优点，在大空隙（空隙率最大可达33%）的沥青路面中灌入一定量的水泥基灌浆材料，复合形成能够共同抵抗车辆荷载的路面型式，具有“刚柔并济”的特点。其性能对比如表2。

表2 各路面结构抗车辙性能及使用年限对比

灌入式复合路面施工包括基体沥青面层的铺筑和灌浆材料的灌注两个主要阶段。由于灌入式复合路面设计理念不同，其施工方法也不同于一般沥青路面的施工方法，主要施工程序如图3所示。特别注意的是，灌浆材料的施工温度为沥青混合料冷却至40℃以下之后[4]。

图3 施工程序

该路段的车辙处理已过去一年有余，目前并未出现常见的道路车辙，长期的使用效果需进一步的观察测试。

4 相关建议

4.1 材料耐久性研究

材料的优劣是决定沥青混合料路用性能最重要的一个因素，沥青作为胶结料在所有材料中扮演着重要角色，不仅如此，不同于集料的客观性，沥青材料具有较大的主观能动性，可以通过化学添加达到各项指标要求。这种达标极不稳定，可能只适用于一段时间，所以有必要对沥青胶结料做长期的耐久性研究。如观察同一批次沥青在经历7天、1个月、半年乃至一年后的指标变化情况，观察同一批次沥青在更高温度下的指标变化情况，严格把控沥青在更多条件下的指标性能。同时要加强沥青微观研究，尤其是沥青的组分研究，掌握沥青组分对沥青高温稳定性能的影响。

4.2 结构研究

在昆山中环建设以前，沥青路面结构型式多以SUP为主，并有近10年的应用经验。SMA沥青路面因其在低温、高温性能方面赋予更好的使用性能，昆山中环之后，沥青路面结构型式逐步向SMA靠近。然而经过6年的应用发现，昆山地区的沥青路面车辙出现频率不降反升，甚至每条路都逃不出车辙的影子。对比SUP与SMA两种路面研究背景，SUP是美国于superpave计划研究后提出的，意在解决集料不满足现行使用要求的情况，对沥青路面使用性能提升不大；SMA是上个世纪60年代德国提出的，主要目的是解决路面车辙。但SMA对沥青、集料以及矿粉等材料的品质要求很高，与材料市场的供应现状存在差距，集料的部分指标合格率普遍偏低，而沥青中加入太多的添加剂，虽然指标满足要求，但其实际效果不太理想，有些技术人员常常反映现在的沥青不如以前的那么“粘”鞋。SMA虽然具有较好的高温稳定性，由于优质原材料的匮乏使得性能无法发挥；SUP高温稳定性优势不太明显，但是其对材料的依赖程度相对较低使得性能容易保证。

4.3 设计建议

转变以往昆山路面主车道设计首选三层的思路，根据交通量的实际情况进行设计，除结构层次要做相应的调整外，结构厚度也要差异化设计，设计理念要与“强基薄面”相适应，结构厚度的降低也会影响沥青路面车辙的产生。另外可以尝试在道路交叉口添加一定量的再生料以增加沥青粘度，提高沥青混合料高温稳定性；也可以借鉴高速收费口的做法，将交叉口的沥青路面设计改成水泥路面；考虑到社会车辆提前在中面层通行，建议在道路交叉口位置的下面层也要使用改性沥青，并添加同比例的抗车辙剂。

4.4 预防性养护

道路的最终运营质量还得在“养”，尤其沥青上面层直接与过往车辆、空气相接触，受车辆荷载、气候因素影响很大。针对交通流量提前制定养护方案是预防性养护的根本。尤其很多道路同时推进，周围道路肩负起分流作用，部分道路交通流量猛增，一些大型社会、施工车辆往返。所以要根据相应的工程计划、绕行路线、车辆类型等确定预防性养护方案。此外，当道路进入车辙破坏前期，适当采取预防措施，也能防止车辙进一步加深，保证行车安全。

4.5 更多试验研究

根据车辆类型、交通量的发展趋势，进行更多的试验研究，如三层改性沥青、三层添加抗车辙剂、加入再生沥青、两层沥青路面、水泥路面等。根据实际使用效果，确定不同路段的处置方式，做到科学谋划、精准施策。当然在新尝试的同时要进一步加快标准研究，使各项应用有标准可循，有政策可依。另外，加强343省道昆山段灌入式沥青路面的车辙观测，不断积累成功经验。