高速公路車轍原因分析與治理措施

袁 術(shù)，燕中林

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司成都分公司，四川成都 610037）

0 前言

從20世紀(jì)80年代中期起，我國大陸掀起了建設(shè)高速公路的大潮，迄今為止，先后通車運(yùn)行的有京石鐵路、京津塘鐵路、沈大鐵路、成渝鐵路等，2019年底總里程達(dá)到14.3萬km。高速公路的建造與通車，為車輛安全、便捷的通行奠定優(yōu)良的基礎(chǔ)，象征著中國公路運(yùn)輸事業(yè)步入新的發(fā)展階段。

因?yàn)闉r青路面運(yùn)用的是瀝青結(jié)合料，為此礦料間的粘合力大幅提升，混合料的穩(wěn)固性與硬度大大提升，無論是公路的持久性還是建設(shè)質(zhì)量均有了很大程度的提升。我國近20年來修筑了相當(dāng)數(shù)量的瀝青路面，廣泛用于公路和城市道路。在國內(nèi)高速公路中，瀝青路面占到很高的比例，且伴隨我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加速與交通運(yùn)輸需求的大幅增多，瀝青路面的應(yīng)用規(guī)模會逐漸擴(kuò)大。

1 高速公路瀝青路面病害情況

路面出現(xiàn)毀壞的方式有許多，對路面性能所產(chǎn)生的影響有一些差異，然而近些年通過對我國高速公路病害情況進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用兩年以上的道路產(chǎn)生車轍、水損壞的可能性較高。當(dāng)今階段，車轍是社會各界高度重視的一種路面病害。

車轍是瀝青混凝土路面所存在的一種病害類型，其是在車輛通行負(fù)載長期作用、氣候（比如比較高的溫度）等要素一同影響下出現(xiàn)的一種永久性的形狀改變，體現(xiàn)為順著車輪痕跡出現(xiàn)豎向的絲帶形狀的凹槽，如果情形比較嚴(yán)重，車轍兩邊會出現(xiàn)突起形變，導(dǎo)致路面無法滿足正常使用需求。對于瀝青混凝土路面而言，車轍一直是難以根本解決的一種重要病害類型，20世紀(jì)70年代后期美國各州公路局通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，參與調(diào)研的44條公路中因?yàn)檐囖H原因出現(xiàn)的路面毀壞的公路有13條，占到29.5個百分點(diǎn)；日本有關(guān)方面也指出，路面毀壞八成是車轍導(dǎo)致的。另外高速公路載重大的車輛占比持續(xù)增大，車輛超載概率很高，這會加速路面病害的產(chǎn)生，致使路面車轍出現(xiàn)的時間縮短。

經(jīng)過對某省高速公路往年病害調(diào)研材料進(jìn)行剖析可知，大部分高速公路都出現(xiàn)過車轍這種路面病害。不僅牽涉的范圍廣，并且程度比較嚴(yán)重，由調(diào)查結(jié)果可知，瀝青混凝土路面每個架構(gòu)層皆會出現(xiàn)程度不等的形狀改變，其中變形大多出現(xiàn)在上面層與中面層。

2 車轍的成因剖析

通過對車轍路段現(xiàn)場鉆芯、測驗(yàn)、尋找有關(guān)設(shè)計(jì)材料等，將車轍的成因歸結(jié)為下述幾種：施工材料、施工工藝、路面架構(gòu)、道路交通條件等。下文將進(jìn)行具體論述。

2.1 道路交通條件

因?yàn)楦叩燃壒返慕ㄔO(shè)質(zhì)量和交通管理方法日漸完善，車輛通行效率大幅提升，并且載重大的車輛在高速公路行駛比例增大，交通負(fù)載的增多，超載車占比的提高，導(dǎo)致路面毀壞情況日益嚴(yán)重。車輛負(fù)載大多集聚在車輪痕跡處，從而導(dǎo)致路面病害呈現(xiàn)為帶狀。車輪荷載愈重，輪胎氣壓愈高，車輛行駛速率愈快，交通渠道的情況會愈嚴(yán)重，這種情況下極易產(chǎn)生車轍。通過有關(guān)探究資料可知：車轍的產(chǎn)生時長伴隨載重作用頻次的增多而縮短。然而車轍深度伴隨載重作用頻次的增多而增深，嚴(yán)重的會導(dǎo)致道路無法繼續(xù)使用。

2.2 氣象條件

在車轍的形成中，路面溫度是一個不可忽視的要素。車轍一般是在溫度較高的季節(jié)中，在車輛反復(fù)碾壓下產(chǎn)生塑性流動而逐漸形成的。在寒冷地區(qū)，產(chǎn)生車轍的概率極低，瀝青路面在溫度、風(fēng)、光照等要素的影響下，會集聚大量的熱量，從而導(dǎo)致路面溫度升高，為此瀝青類路面較易出現(xiàn)車轍，同樣的，南部地區(qū)較易出現(xiàn)車轍，北部地區(qū)的夏天也較易出現(xiàn)車轍。

2.3 路面結(jié)構(gòu)和材料的構(gòu)成

當(dāng)前柔性路面大部分運(yùn)用瀝青混合料，在路面架構(gòu)中，瀝青層材料越厚，產(chǎn)生永久性變形的程度也越嚴(yán)重。其他輔料比如級配碎石土等也會出現(xiàn)程度不等的永恒性的形狀改變。運(yùn)用剛性基層或者半剛性基層材料的瀝青路面，因?yàn)榛鶎佑斜容^突出的抗變形性能與卓越的高溫穩(wěn)固性，為此這種類型的路面產(chǎn)生車轍大多出現(xiàn)在瀝青層，而剛性基層與土基產(chǎn)生車轍占比極低。國內(nèi)當(dāng)前實(shí)行的瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，盡管對瀝青混合料的配制比例、厚度核算皆進(jìn)行具體的限定，然而在瀝青混合料配制過程中所運(yùn)用的馬歇爾試驗(yàn)方式，在試驗(yàn)進(jìn)行期間試件內(nèi)應(yīng)力分散形態(tài)十分繁雜，為此試驗(yàn)結(jié)果很難對路面現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行關(guān)聯(lián)評判以證明瀝青混合料的高溫方面的穩(wěn)固性，更關(guān)鍵的是瀝青混凝土的動穩(wěn)固性和現(xiàn)實(shí)道路上的車轍深度間所存在的關(guān)聯(lián)當(dāng)前還缺少有關(guān)研究材料。

通過對國內(nèi)多數(shù)高速公路路段調(diào)查來看，瀝青混合料運(yùn)用直徑較大的骨架密實(shí)型配制比設(shè)計(jì)有利于瀝青路面車轍抵御水平的提升。在中面層與下面層架構(gòu)中運(yùn)用大粒徑集料配制比，能讓瀝青路面抵御車轍的性能大大提升，在上面層運(yùn)用改性瀝青的抗滑表層之后，一方面有助于避免環(huán)境要素對面層產(chǎn)生一定的不良影響，另一方面也讓瀝青混合料的作業(yè)性能得以優(yōu)化，此外還有助于面層的碾壓，能夠減小瀝青面層產(chǎn)生車轍的概率。反之若面層架構(gòu)運(yùn)用不科學(xué)的架構(gòu)組合模式，亦或級配構(gòu)成不科學(xué)、粒徑大小不恰當(dāng)，會提高瀝青面層產(chǎn)生車轍的概率。為此科學(xué)的面層架構(gòu)與厚度會影響車轍的出現(xiàn)概率。

3 預(yù)防瀝青路面車轍的措施

3.1 選用適宜的集料及礦粉

選用堅(jiān)硬、粗糙度高、顆粒與立方體近似的和瀝青有優(yōu)良粘合性的尺寸較大的集料一定要包含石灰?guī)r等材料經(jīng)過細(xì)磨所產(chǎn)生的礦粉，這樣能夠讓瀝青混合料在溫度較高情況下的穩(wěn)定性提升，產(chǎn)生車轍的概率降低。

3.2 采用合理的瀝青混合料配合比

在瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)中，有兩個要素會影響瀝青路面出現(xiàn)車轍的概率，具體而言：①所有材料的用量占比；②集料的級配構(gòu)成。這兩個層面皆應(yīng)當(dāng)遵照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將馬歇爾試驗(yàn)和車轍測驗(yàn)結(jié)果當(dāng)做根據(jù)加以明確，然而對集料的級配構(gòu)成在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)情況下盡量的運(yùn)用粒徑大的骨架緊密類結(jié)構(gòu)。對瀝青的使用數(shù)量應(yīng)當(dāng)選取瀝青理想使用區(qū)間的最低值。這是由于瀝青使用的數(shù)量對于瀝青混合料產(chǎn)生車轍的概率有較為突出的影響。

3.3 采用新結(jié)構(gòu)、新材料

使用間斷型級配瀝青混凝土當(dāng)做抗滑層，公路面層運(yùn)用接連級配的粗粒亦或中粒型瀝青混凝土以完成抗?jié)B、持久、抗疲勞等目標(biāo)，如此便能夠讓瀝青具有抗磨、抗滑、抗?jié)B透、抗車轍等性能。

SMA結(jié)構(gòu)是近些年引人關(guān)注的新型抗車轍表面層之一，不但在歐洲得到普遍運(yùn)用，在國內(nèi)的八達(dá)嶺高速公路、北京機(jī)場等公路建設(shè)中也有一定運(yùn)用，然而當(dāng)前依舊需深層次探究。SMA是持久性能優(yōu)良、抗車轍功能突出的面層混合料，大多使用在交通荷載重的道路，并且大部分情況下使用在表面層中。其是由充填在骨架縫隙的馬蹄脂和粒徑較小的集料構(gòu)成的間斷級配瀝青混合料。需要注意的是，為避免混合料發(fā)生流動情況，降低瑪蹄脂與粗骨料離析的概率，增加瀝青使用數(shù)量，在施工實(shí)踐中通常增添纖維穩(wěn)定劑。SMA通常運(yùn)用在公路表面層，其較大的粗骨料占比讓粒徑較小的石塊間互相嵌入從而構(gòu)成礦物骨架，妨礙混合料產(chǎn)生永久性的形狀改變，進(jìn)而降低瀝青路面產(chǎn)生車轍的概率。

3.4 施工質(zhì)量

瀝青路面在建設(shè)過程中，不但要依照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建造，還應(yīng)當(dāng)重視以下的內(nèi)容：①瀝青混合料作業(yè)溫度的管控；②瀝青路面的壓實(shí)情況。瀝青混合料作業(yè)溫度管控包含拌合溫度、出料溫度、到達(dá)施工現(xiàn)場的溫度、初壓溫度，應(yīng)當(dāng)依照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管控，特別是攪拌過程中應(yīng)當(dāng)注重瀝青與集料溫度的管控，無論哪個溫度管控不恰當(dāng)，均會對混合料的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。瀝青混合料溫度太高，較易致使瀝青出現(xiàn)老化現(xiàn)象，溫度太低會導(dǎo)致攤鋪工作無法順利進(jìn)行。而高效、充分的碾壓是瀝青路面建設(shè)最后一個環(huán)節(jié)，同時是避免車轍產(chǎn)生的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，瀝青路面碾壓機(jī)器的配制不但要達(dá)到施工的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還要數(shù)量充足，以此保證瀝青混合料攤鋪完成后能第一時間高效、充分碾壓。

4 瀝青路面車轍的治理措施

通過近幾年對我國公路路面病害的研究，對于車轍這種類型的路面病害大多依據(jù)具體的程度采用科學(xué)的應(yīng)對舉措：路的表層有較為顯著的車轍，通過精準(zhǔn)測量車轍深度在15mm以上的區(qū)域，運(yùn)用銑刨中上面層重鋪的方式，若車轍深度在30mm以上，使用銑刨面層重鋪的方式；如果車轍深度在15mm以下，基于周邊路面狀況制定改善計(jì)劃，若周邊不存在其他類型的路面病害，鑒于成本的考量，先不進(jìn)行治理。

5 結(jié)語

在車輛負(fù)載的長期影響下，很多路面會產(chǎn)生車轍，而車轍的產(chǎn)生會導(dǎo)致車輪痕跡處的瀝青面層變薄，導(dǎo)致面層和路面架構(gòu)總體的硬度減弱，進(jìn)而誘發(fā)其他類型路面病害，且對車輛通行安全、車輛通行舒適程度、車輛行駛穩(wěn)固性等產(chǎn)生影響?？偠灾?，車轍的出現(xiàn)，會導(dǎo)致路面使用時間縮短，服務(wù)質(zhì)量下降。高速公路建造完成之后的病害處治是當(dāng)前公路建造管理的一項(xiàng)主要工作，在增強(qiáng)平常養(yǎng)護(hù)的狀況下，不可忽略道路的修護(hù)，怎樣在設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)等環(huán)節(jié)嚴(yán)控以降低道路病害產(chǎn)生概率，延長其使用時間是所有公路建造參與技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)深入考量的問題。