公路瀝青混凝土路面車轍成因及防治措施

李自友LI Zi-you

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，交通建設(shè)工程逐步增加。在道路工程施工中，瀝青路面的應(yīng)用最為普遍，瀝青路面受到施工技術(shù)、環(huán)境以及交通量、載重量的影響，出現(xiàn)不同程度的病害，特別是路面車轍病害。車轍的病害產(chǎn)生不僅影響到路面的行車安全性、舒適性，還會(huì)隨著車轍的不斷發(fā)育，使路面病害進(jìn)一步惡化、降低使用壽命。因此，對(duì)瀝青混凝土路面車轍的成因進(jìn)行分析，制定出防治措施具有重要的意義。

1 車轍的定義

車轍是指車輛在道路路面上行駛后，通過荷載留下的車輪壓痕，是評(píng)價(jià)路面周期性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。路面車轍的深度直接影響了路面的通行安全性、車輛行駛的舒適度及使用年限。

2 產(chǎn)生車轍的機(jī)理過程及種類

2.1 產(chǎn)生車轍的機(jī)理過程

瀝青混凝土路面出現(xiàn)車轍是在不斷的荷載作用下產(chǎn)生的一種累積變形，極易在高溫環(huán)境下造成車轍現(xiàn)象的發(fā)生。

通過三個(gè)階段對(duì)車轍的形成過程進(jìn)行劃分，第一階段為瀝青路面的初始?jí)簩?shí)階段、第二階段為瀝青混凝土的塑性流動(dòng)階段、第三階段為瀝青混合料的礦架結(jié)構(gòu)剪切、破壞階段。車轍的形成階段圖見（圖1）。

圖1 車轍形成過程示意圖

2.2 公路瀝青路面車轍種類

瀝青混凝土路面在長期的使用過程中，極易出現(xiàn)各種病害，其中車轍病害極為常見，在路面投入使用以后，長時(shí)間受到車輛荷載的反復(fù)碾壓作用，自然因素的影響等，出現(xiàn)變形，極易形成車轍病害。根據(jù)目前公路瀝青混凝土路面車轍病害的具體情況來看，根據(jù)其形成原因的差異性，主要包含以下類型：①失穩(wěn)型車轍。②結(jié)構(gòu)型車轍。③壓實(shí)型車轍。④磨耗型車轍。

3 瀝青路面車轍成因分析及防治措施

3.1 成因分析

3.1.1 溫度

烏魯木齊地區(qū)夏季日照時(shí)間長，在高溫狀態(tài)下，瀝青路面經(jīng)車輛荷載往復(fù)作用，瀝青混合料便會(huì)產(chǎn)生在高溫下失穩(wěn)的狀況，進(jìn)而形成車轍。外部溫度對(duì)路面車轍影響較大，主要為當(dāng)溫度升高時(shí)，瀝青的抵抗蠕變的能力變小，，很容易產(chǎn)生在受外力時(shí)造成的永久剪切變形從而導(dǎo)致瀝青材料橫向移動(dòng)，加快車轍形成；當(dāng)路面含水量增加或出現(xiàn)積水現(xiàn)象時(shí)，瀝青混合料的粘結(jié)力會(huì)在潮濕環(huán)境下出現(xiàn)削減或破壞，在內(nèi)部水分和車輛荷載的作用下，導(dǎo)致車轍的形成。特別是溫度上升至40℃以上時(shí)，輪跡帶位置處的豎向位移快速增大、瀝青混合料的流動(dòng)性逐漸增大。從而造成瀝青路面車轍現(xiàn)象的發(fā)生，造成路面破損。

3.1.2 荷載

烏魯木齊地處祖國邊陲，進(jìn)疆道路匱乏，主干線偏少。隨著國家經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，大型車輛數(shù)量逐步增加，且車輛超載現(xiàn)象較多。車輛軸載和胎壓的變化勢(shì)必會(huì)引起其接地壓力的變化，且接地壓力隨軸載和胎壓的增加而逐漸增大，在反復(fù)的荷載作用下，路面產(chǎn)生累計(jì)塑性變形，從而造成路面剪切破壞。

3.1.3 原材料

原材料也是影響車轍的重要方面之一，瀝青材料的高溫穩(wěn)定性差，在夏季高溫及日照時(shí)間長的條件下很容易造成永久性變形。集料的壓碎值指標(biāo)偏高，造成荷載下抗壓碎的能力降低，從而造成車轍產(chǎn)生。

3.1.4 礦料級(jí)配不合理

瀝青混合料的礦料級(jí)配偏細(xì)，細(xì)集料偏多，粗集料處于懸浮狀態(tài)，無法形成骨架結(jié)構(gòu)，從而降低混合料的抗車轍能力，在施工過程中容易出現(xiàn)推移、臃包現(xiàn)象的產(chǎn)生，導(dǎo)致路面在荷載的作用下容易產(chǎn)生變形，造成路面破損。

3.2 預(yù)防措施

3.2.1 合理選用瀝青材料

通常在路面設(shè)計(jì)時(shí)為綜合考慮經(jīng)濟(jì)的情況下，下面層一般選用普通道路石油瀝青，為改善下承層抗車轍能力，在普通道路石油瀝青中摻加抗車轍劑，抗車轍劑的摻加量為瀝青用量的3‰的（按重量計(jì)），能夠有效提高下承層的抗車轍能力。對(duì)比見表1。同時(shí)考慮重載車輛及交通量的影響，避免瀝青路面出現(xiàn)車轍現(xiàn)象，施工時(shí)路面中、上面層控制尤其重要。在中、上面層配合比設(shè)計(jì)時(shí)，骨料采用質(zhì)地堅(jiān)硬的玄武巖，瀝青采用SBS 1-B 改性瀝青，加強(qiáng)瀝青與骨料的粘結(jié)力，增強(qiáng)混合料高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，從而提升瀝青面層的抗車轍能力。

表1 下面層瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比表

3.2.2 調(diào)整礦料級(jí)配

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中連續(xù)密級(jí)配曲線范圍較廣，根據(jù)新疆特殊地理環(huán)境及本項(xiàng)目道路等級(jí)為特重載高速公路等級(jí)，為有效提高路面抗車轍能力，配合比設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況制定適合本項(xiàng)目的級(jí)配曲線范圍，以上面層AC-13C 為例。粗型密級(jí)配關(guān)鍵性篩孔2.36mm 孔徑質(zhì)量通過率不大于40%，施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)鍵性篩孔2.36mm 孔徑質(zhì)量通過率中值為37%，選用配合比設(shè)計(jì)中關(guān)鍵性篩孔2.36mm 孔徑質(zhì)量通過率中值為27.5%，通過關(guān)鍵性篩孔質(zhì)量通過率及級(jí)配范圍對(duì)比見表2，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中級(jí)配范圍明顯偏細(xì)，故采用設(shè)計(jì)圖紙中礦料級(jí)配選用偏粗型連續(xù)級(jí)配設(shè)計(jì)瀝青混凝土配合比，增加粗骨料比例，同時(shí)嚴(yán)格控制粉膠比。從而提高瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，能夠有效的提高路面抗車轍能力。

表2 AC-13C 礦料級(jí)配范圍對(duì)比表

3.2.3 試驗(yàn)比對(duì)

根據(jù)設(shè)計(jì)理念，本標(biāo)段根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范選定曲線（圖2）和優(yōu)化后的選定級(jí)配曲線（圖3）進(jìn)行對(duì)比（表3），并對(duì)兩組級(jí)配曲線進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，施工技術(shù)規(guī)范確定最佳瀝青用量為：4.94%，優(yōu)化后的級(jí)配曲線確定最佳瀝青用量為：4.76%。并對(duì)兩組AC-13C 瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，其他檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，施工技術(shù)規(guī)范曲線動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果為：5400（次/mm），選用級(jí)配曲線動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果為實(shí)測(cè)值：8900（次/mm）以＞6000（次/mm）表示，具體檢測(cè)結(jié)果見表4，車轍動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果有顯著提高，能夠有效預(yù)防車轍病害的產(chǎn)生，提升路面抗車轍能力。

表4 AC-13C 瀝青混合料車轍試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果

圖3 優(yōu)化后選定合成級(jí)配曲線圖

表3 合成級(jí)配比對(duì)表

圖2 施工技術(shù)規(guī)范選定合成級(jí)配曲線圖

3.2.4 瀝青混合料的攤鋪

在鋪筑瀝青面層前，下承層質(zhì)量必須滿足各項(xiàng)技術(shù)要求。因此，在施工前要對(duì)其下承層質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。上面層攤鋪厚度控制采用非接觸式平衡梁裝置，實(shí)行等厚控制。在攤鋪過程中混合料供應(yīng)需連續(xù)不間斷，采用兩臺(tái)相同型號(hào)攤鋪機(jī)梯隊(duì)作業(yè)，兩臺(tái)攤鋪機(jī)的間距不宜超過10m?？v向搭接的寬度不宜大于10cm。攤鋪機(jī)的熨平板不能留有縫隙，要嵌合緊密，為了避免出現(xiàn)條痕，每次攤鋪前0.5-1h 加熱熨平板溫度100℃以上。同時(shí)減少混合料離析現(xiàn)象，攤鋪機(jī)的兩側(cè)的混合料要保持有高于2/3高度。要根據(jù)攤鋪的速度及時(shí)調(diào)整螺旋布料器，保持速度穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，確?；旌狭暇鶆?，滿足施工級(jí)配要求。

3.2.5 瀝青混合料的碾壓

為達(dá)到很好的壓實(shí)效果，嚴(yán)格按照試驗(yàn)段總結(jié)的參數(shù)進(jìn)行控制，確保壓實(shí)效果。瀝青路面的壓實(shí)分為三個(gè)階段，即：初壓、復(fù)壓、終壓。碾壓方法應(yīng)遵循“高溫緊跟、勻速慢壓、高頻低幅、先邊后中”的原則?；旌狭蠑備佂瓿珊笠跍囟容^高的狀態(tài)下開始碾壓，碾壓溫度下降過快，影響瀝青路面的壓實(shí)質(zhì)量。為保證在一定溫度損失下完成碾壓，配備壓實(shí)設(shè)備不少于6 臺(tái)。碾壓完成后并做好成品保護(hù)。

4 效果跟蹤

在公路瀝青混凝土路面車轍的檢測(cè)中，平整度是一項(xiàng)重要檢測(cè)指標(biāo)，也是判定公路工程通車后質(zhì)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容。因此，通過公路路面驗(yàn)收時(shí)的平整度標(biāo)準(zhǔn)差與半年后跟蹤檢測(cè)路面標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行對(duì)比（表5），通過不同時(shí)段的檢測(cè)結(jié)果來看，通車半年后未發(fā)生路面車轍及變形現(xiàn)象，充分表明通過合理選用材料、優(yōu)化礦料級(jí)配組成，加強(qiáng)施工過程管控，能夠有效的消除瀝青路面車轍現(xiàn)象的發(fā)生。提升了公路行車舒適度及安全度。

表5 平整度檢測(cè)對(duì)比結(jié)果表

5 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

本標(biāo)段改性瀝青路面混合料約25 萬噸，通過優(yōu)化級(jí)配，降低了瀝青用量，每噸瀝青混合料節(jié)省瀝青1.8㎏，共計(jì)節(jié)約瀝青約450 噸，改性瀝青價(jià)格按4200 元/噸計(jì)算，共計(jì)節(jié)約成本約189 萬元，實(shí)現(xiàn)了降本增效的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，通過大量試驗(yàn)，不斷優(yōu)化混合料配合比，施工過程中嚴(yán)格質(zhì)量管控，有效的防止車轍病害的產(chǎn)生，確保了路面工程實(shí)體質(zhì)量及道路行車安全。增強(qiáng)企業(yè)社會(huì)責(zé)任，為企業(yè)帶來更大的社會(huì)效益。

6 結(jié)語

綜上所述，公路路面車轍病害是一種最為常見的病害類型，一旦出現(xiàn)這種病害，就會(huì)嚴(yán)重影響公路工程的正常使用，使公路通行面臨著較大的安全隱患。通過對(duì)車轍病害的原因進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的防治措施及過程管控，以避免車轍病害的出現(xiàn)，減小其病害威脅，保證公路工程的安全通行，提高道路的舒適性、使用安全性和使用壽命。因此，需要根據(jù)各地區(qū)的不同大氣溫度、環(huán)境濕度、道路等級(jí)等因素，合理選擇瀝青路面材料種類、礦料級(jí)配選用和施工工藝等，在施工過程中加強(qiáng)過程管控，確保路面施工成品質(zhì)量等綜合管理，才能有效減少車轍病害的形成。