公路沥青混凝土路面车辙病害成因及防治措施研究

摘要：结合某老旧某沥青混凝土公路车辙病害情况和造成的影响，研究车辙病害检测方法和车辙深度计算方法，及车辙病害在初期压实、中期变形和后期失稳等3个阶段的成因及防治措施，并对沥青混凝土制配进行了深入研究。研究结果表明：应结合沥青混凝土工程项目的实际情况，选择最合适的沥青混凝土类型，提高沥青路面的密实度和稳定性，才能从根本上减少车辙病害，提高沥青路面的使用寿命。

关键词：沥青混凝土路面；车辙病害；形成原因；防治措施

0 引言

老旧沥青路面上车辙是在公路投入运营后，车辆在路面上行驶逐渐形成的压痕和沉陷。车辙指标是评价路面是否能正常使用的关键指标，也是公路养护的参考依据[1]。车辙深度体现了沥青混凝土的动稳定度和永久变形指标的变化情况，直观决定了车辆行驶时的安全性和舒适性。为避免路面出现车辙病害，可在沥青混凝土设计阶段、施工阶段和养护阶段强化对抗车辙病害措施的落实[2-3]。分析沥青混凝土公路路面车辙病害的原因，提出相应的检测方法和防治措施，对减少车辙病害具有重要意义。

1 车辙病害情况和造成的影响

某沥青混凝土公路于2012年6月建成通车，于2022年12月进行路面检测时，发现其路面出现局部车辙、沉降、大面积龟裂及表层剥落等病害。车辙病害造成的不良影响主要有以下3个方面：一是路面表层的车辙使得路面平整度变差，直接影响车辆的通行质量；二是车辙加深后，影响车辆行驶的横向稳定性，使车辆变道难度加大；三是车辙形成坑槽后，在降水作用下变成水坑，加速路面破坏，危及行车安全[4]。

2 车辙病害检测方法和车辙深度计算方法

2.1 车辙病害检测方法

2.1.1 丈量检测

为控制车辙病害的进一步发展，2023年2月26日选取其K0+200、K0+554和K0+805部位设置检测点进行现场检测。检测时使用长度为3m的直尺，测量车辙病害的长度和深度，并记录了检测数据。沥青路面车辙检测数据如表1所示。

2.1.2 取芯检测

在每个检测点实施3次取芯试验、进行测量并记录检测数据，用于比较面层总厚度与原沥青混凝土的上下层厚度的差异。沥青混凝土面层厚度检测数据如表2所示。

2.2  车辙深度计算方法

由于受车辆类型、行车速度和荷载大小等因素影响，公路交通量和轴载等参数并不能完全反映车辙深度情况[5-6]。因此在进行沥青路面设计时，不仅需要在考虑公路交通量和轴载等参数的同时，还要考虑不同地区、不同气候条件对车辙深度的影响。车辙深度δ是通过轮下车辙深度D1和车辙两侧凸起的沥青材料高度D2直接相加来计算的，如图1所示。

3 车辙病害成因及防治措施

3.1 路面变形阶段划分

J6VLmZfGeffKoasIVBlKi8aX5T8m7wYSve9OoH6F3yc=沥青混凝土路面在高温和荷载的作用下，沥青胶浆会发生流动，并破坏原有的矿质结构。沥青混凝土路面的变形可以划分为初期压实、中期变形和后期失稳等3个阶段。

3.2 初期压实阶段

3.2.1 病害成因

在初期压实阶段，沥青混凝土面层还没有完全压实，如果此时过度追求路面平整度，容易出现车辙问题，且在公路运行初期表现更为明显。如果初期压实阶段沥青混凝土的孔隙率比较高（即密实度欠缺），在交通流量突然增加或高温季节到来时，沥青混凝土的孔隙率会不断降低，并在孔隙率降到极限后趋于稳定后出现轻微的车辙。

沥青在沥青混凝土中所占比例过大时，路面流动性会增强，加剧了路面永久变形问题。“永久变形－荷载次数”抛物线呈现为“凸”字形。实地考察公路的初始车辙情况发现，其车辙病害位置主要出现在车行道轮胎周围，其两侧没有凸起，中间只有凹面。

3.2.2 防治措施

为防止路面出现车辙病害，应控制沥青混凝土碾压施工过程[8]。初期压实阶段不应盲目追求路面平整度，而应充分考虑路面密实度，确保沥青混凝土的孔隙率符合规范标准。

3.3 中期变形阶段

3.3.1 病害成因

在公路正常运营的中期变形阶段，沥青混凝土呈现出半固态的状态，具有一定的流动特性。该流动特性可将沥青混凝土中的孔隙填满，造成沥青混凝土出现略微的体积变化，直至缓慢变形。随着时间的推移，沥青混凝土开始出现剪切变形，但其压缩应变速率始终保持不变，因此可以将其视作稳定状态。

沥青路面滑移类车辙病害，通常呈现出“V”形横断面，其在车辙的长期作用下形成，病害范围较广，但车轮两侧的隆起不明显。主要原因是我国通常使用半刚性材料处理基层，但路面材料多为沥青混凝土，会在高温作用下出现流动性车辙。

在夏季高温作用下随着车辆的大量运行，沥青混凝土面层受到水平应力的影响，沿着行车的方向发生位移，逐渐形成推移病害。通常沥青混凝土面层的屈服应力可通过拉伸试验测定，但是该试验仅有单轴应力。当预测屈服应力不准确时，可使用屈服准则进行判断。

3.3.2 防治措施

在中期变形阶段，应采取沥青混凝土面层的固结措施，防止高温作用下混凝土随着车辆的长时间通行受到水平应力的影响。为预防沥青混凝土路面的中期变形，应采用新工艺新材料，例如使用改性沥青和再生材料等新工艺新材料来提高沥青混凝土路面的稳固性。

3.4 后期失稳阶段

3.4.1 病害成因

在公路后期失稳阶段，通常由于重型车辆的荷载过大，达到了路面稳定极限，在长期公路运营过程中逐渐超出沥青混凝土的承载能力，挤压了原有的粗骨料结构，导致路面的沥青、胶浆等材料向车行道自由端流动，此时路面会出现剪切形变。沥青混凝土路面损坏时，车轮对应的路面位置会出现下凹，而对应路面的两侧会发生隆起。特别是弯道区域，路面在车轮的压力下向外推挤，造成车道线弯曲。

在后期失稳阶段，路面病害形式为沥青混凝土发生流动，主要在公路交叉口、上坡、转弯等位置出现。由于这些路段车行速度相对较慢，轮胎在接触路面时会发生较大侧向应力。在重型车辆行驶路段，车辙会呈现W形横断面，这些车辙病害会造成沥青面层的推移，进一步缩短沥青混凝土路面的使用寿命。

3.4.2 防治措施

在后期失稳阶段，沥青混凝土路面已经受到严重破坏，应当彻底根除车辙病害，对损坏路段进行翻新处理。在不改变原有沥青混凝土面层结构的基础上，选择适宜的沥青混凝土级配、控制沥青用量，生产出适合当地气候条件的沥青混凝土，采取规范的沥青混凝土摊铺碾压措施，确保沥青混凝土路面的稳定性和耐久性。

4 沥青混凝土制配研究

4.1 沥青混凝土级配

针对原有路面沥青混凝土面层结构，可选择4种不同级配的沥青混凝土进行试验。这4种聚合物分别为AC-13F、AC-13C、AC-16和AC-20。沥青混凝土4种级配如表3所示。

4.2 沥青用量与孔隙率和流动数的关系

流动数是沥青混凝土发生剪切破坏的临界点即永久变形的起点。该永久变形可分为迅速增加、增速缓慢和急剧增加等三个阶段，流动数是永久变形第三阶段的起点，即迅速破坏的起点。

通过三轴荷载试验，研究沥青混凝土的流动数受不同温度和水平应力的影响。对比上述4种级配沥青混凝土的流动数变化情况，分析影响流动数变化的因素。该试验选取40℃、50℃、60℃三种温度，水平应力为0.7MPa、0.8MPa、1.0MPa。经试验，温度为40℃、水平应力为0.7MPa时，得出3BdXErQlgk0ws6cgQj/1VQ==的沥青用量与孔隙率和流动数的关系如表4所示。

根据表4可知，在相同孔隙率条件下，沥青用量占比越大，沥青混凝土的流动数越小；而在相同沥青用量条件下，孔隙率越大，沥青混凝土流动数越小。

4.3 沥青混凝土温度与应力和流动数的关系

采用荷载试验法，得出不同温度、加载应力条件下，沥青混凝土流动数的变化情况。沥青混凝土不同温度的应力和流动数如表5所示。根据表5可知，相同应力作用下流动数随着温度的升高而降低，相同温度作用下流动数随着水平应力的增加而降低。

5 结束语

当公路沥青混凝土出现塑性形变时，应先进行屈服点检测，按照L19aa+w5609px83AYSbA/A==沥青混凝土实际变形量画出抛物线，以此为依据划分车辙的不同阶段，并预测路面后期失稳的破坏形式。通过研究沥青路面病害问题，在沥青面层施工前，先实地考察当地气候条件，选择最合适的沥青类型，使用添加了抗车辙剂的改性沥青混凝土，以提高沥青路面的稳定性，从而延长公路的使用寿命。

参考文献

[1] 樊长昕，王威.抗车辙剂改性沥青混凝土动稳定度变异性研究[J].山西交通科技，2021（3）：48-50.

[2] 冯平均.抗车辙剂在高速公路沥青路面的应用分析[J].中国公路，2020（2）：102-103.

[3] 严卓辉.抗车辙剂/纤维复合改性沥青混凝土的路用性能[J].城市道桥与防洪，2020（11）：160-163+20-21.

[4] 马凡红.沥青路面车辙病害原因分析及防治措施[J].科学技术创新，2022（32）：117-120.

[5] 张剑.高速公路长大纵坡沥青路面病害成因及养护措施[J].智能城市，2021（19）：93-94.

[6] 佟伟.高速公路沥青路面车辙病害的成因及治理[J].交通世界，2021（25）：89-90.

[7] 万娟霞，马岢言，李自齐.河西地区沥青路面车辙病害原因及防治措施[J].山西建筑，2021（17）：108-110.