沥青路面车辙病害原因分析及防治措施

马凡红

（甘肃省定西公路事业发展中心渭源公路段，甘肃 定西 748200）

车辆荷载反复作用于沥青混凝土路面时，会在路面结构层轮迹带上形成细微的竖向变形，这种变形经过数月乃至数年的不断叠加，会越来越大，最终在轮迹带上形成纵向的凹痕，轮迹带的两侧向上隆起，这种病害就称之为车辙，随着车辙的出现，行车舒适度逐渐降低，甚至危及行车安全，当车辙逐渐加深至某种程度后，甚至可能引发交通事故。车辙是沥青混凝土路面主要的病害之一。按产生车辙的原因可对车辙分为结构型车辙、磨耗型车辙、失稳型车辙以及压密型车辙四类[1]。

（1） 结构型车辙。沥青混凝土路面受到上部荷载作用后，会将荷载传递给基层，再由基层传递至路基，如果荷载作用过大，超过了面层或者基层的承载力，就会造成面层或者基层甚至路基产生永久性变形，从而形成车辙，这种车辙就称之为结构型车辙。这种车辙具有宽度较其他类型的车辙大，车辙两侧无明显隆起，但这种车辙危害是四类车辙中最大的。结构型车辙示意图见图1。

图1 结构型车辙示意

（2） 磨耗型车辙。沥青面层在车轮的反复碾压及摩擦作用下，轮胎会对沥青面层材料造成一定磨损，当这种磨损达到一定程度后，亦会形成车辙。当沥青混合料中骨料明显偏低、沥青粘附性不足或者反复受到低温作用导致沥青变脆时，就容易产生磨耗型车辙。这种车辙主要受施工时集料配合比、沥青材料及温度影响，因此可以从这些方面来减少磨耗型车辙的产生。

（3） 失稳型车辙。由于沥青的性质，在温度过高的情况下，沥青材料流动性增强，加之行车荷载反复作用于沥青路面结构层，当荷载超出沥青材料的稳定极限后，即会形成失稳型车辙。这种车辙很明显的特征是在行车带行车下凹的车辙的同时，在车辙两侧还会向上隆起，在平曲线处由于车辆受到离心力的作用，还会出现较为明显的向外侧推挤的情况，行车大致和线路平行的车辙[2]。由于这种车辙带一定的曲线，在行车速度较快时，很容易发生交通事故。主要发生于我国南方地区上坡路段、车流量大、交叉路口处的道路上。失稳型车辙示意图见图2。

图2 失稳型车辙示意

（4） 压密型车辙。在沥青混凝土路面施工过程中，由于碾压不密实，压实度未达到设计及规范要求，或碾压温度过低，致使压实度达不到要求，通车后，经过一个高温季的行车荷载，在轮迹带上会继续碾压密实，形成一条条凹痕，这种车辙则称之为压密型车辙。这种车辙的出现，主要原因在于施工时压实度达不到要求，因此，在施工时，严格控制施工质量，即可大大降低压密型车辙的产生。沥青混凝土路面测点压实度可按式（1）计算，评定路段压实度平均值可按式（2）计算，评定路段压实度代表值可按式（3）计算[3]。

式中：K 代表测点压实度（%）；
D 代表测点实测密度（g/cm3）；
D0代表沥青混合料压实标准密度（g/cm3）；
K0代表评定路段平均压实度（%）；
K1，K2，……，Kn代表评定路段各测点的压实度实测值（g/cm3）；
K"代表评定路段压实度代表值（%）；
ta/代表t 分布表中随自由度和保证率而变化的系数，可查表求得。

根据沥青混凝土路面车辙的类型分析，其产生车辙的原因各不相同。但总的来说，产生车辙都与设计、施工及自然环境和社会环境密切相关。

2.1 粗、细集料技术指标不符合相关规定

根据相关规范规定，用于修建沥青混凝土路面的粗、细集料都应满足相关技术要求，即公称最大粒径、洛杉矶磨耗值、压碎值、含泥量、针片状颗粒含量等指标。但是，随着我国基建投入的加大，各地都在如火如荼的开展着公路工程的建设，进一步加大了砂、石等原材料的消耗，加之这些材料并非工厂化生产，很多料场加工的砂、石并不能满足这些要求，这些原材料的质量只能依靠一线施工人员及政府部门监督，原材料检验很难做到百分之百。因此，每年都有相当一部分不合格砂、石进入施工现场，并由施工人员铺筑成沥青混凝土路面。与此同时，很多公路工程项目对工期要求较严格，多地同时开展公路工程建设工作，往往会导致砂、石等原材料供不应求，从而导致供应不及时，在这种情况下，如果再严格要求原材料质量，可能会导致工地全面停工。于是建设者们也就对原材料的质量采取消极态度，最终导致车辙的出现。

2.2 沥青混合料级配选择不合理

在选择沥青混合料级配时，为了提高面层的稳定性以及平整度，增加沥青混合料粘聚力，使用了过多的细集料，粗集料含量相对较少，导致沥青混合料的内摩擦角偏小，形成了一种典型的密实——悬浮结构。但是，当温度过高时，这种结构的状态极不稳定，并且强度会随着温度的增加而降低，在形成荷载的反复作用下，产生车辙的可能性也就随之增加。因此，在进行沥青混合料级配设计时，应根据当地实际情况和沥青品种等因素，选择合理的级配，对减少车辙病害具有显著的效果。

2.3 公路线路纵、横坡对车辙的影响

研究表明，陡坡路段产生车辙现象比普通路段的概率会高出很多。这是因为，公路纵坡较大时，通车后在上坡路段行车速度较慢，形成荷载作用于路面的时间增加，从而导致路面结构层不堪重负；
在下坡路段，为防止车速过快，司机不得不经常踩刹车，从而增加了一部分摩擦力，也加大了产生车辙的概率。在弯道处，由于离心力的存在，车辆在经过弯道时，需要额外由路面提供一个方向指向圆心的摩擦力来充当向心力[4]。车辆经过弯道时，其所需向心力可按下式计算：

式中：F 代表车辆经过弯道时所需的向心力（N）；
m代表车辆的质量（kg）；
v 代表车辆经过弯道时的速度（m/s）；
r 代表弯道处的转弯半径（m）。

从式（4）中可以发现，当行车速度过快、转弯半径过小或车身质量过大时，就需要更大的向心力。通常情况下，摩擦力不足以给汽车提供足够的向心力，这就需要通过在公路外侧设计一定的横坡来给汽车提供足够的向心力，进一步加重了路面的负担。横坡越大，则对公路外侧的影响就越大，这无疑增加了公路外侧产生车辙的概率。

2.4 环境对车辙的影响

环境包括自然环境和社会环境两方面。自然环境方面，由于我国幅员辽阔，既有严寒的华北、东北、西北地区，又有持续高温的华南、东南地区，不同的温度、降雨量、地下水等环境下，对沥青混合料的相关设计也应有所不同。如果沥青混合料相关参数选择错误或者不当，无疑会导致车辙病害的出现。社会环境方面，在过去设计、施工完成的公路，由于设计过于保守，未考虑到交通增长率如此之快，与人们日益增加的出行需求相矛盾，加之物质生活不断丰富，对各类物资的需求也不断增加，也极大的刺激了货运量的增长。这一系列的增加，都使轴载不断的加重，也在极大程度上增加了公路的负担。此外，为追求利润，很多货运车司机都超载行驶，严重时甚至超载好几倍，也进一步加剧了车辙病害的发生。研究表明，荷载作用越大、越持久，沥青混合料的永久变形也就越大[5]。荷载作用下沥青混合料的变形见图3。

图3 荷载作用下沥青混合料的典型变形

根据车辙产生原因和严重程度的不同，其所需要的治理措施也各不相同。目前车辙治理的方法主要有微表处治直接填补修复、铣刨后加铺沥青混凝土面层修复、灌注水泥沥青混凝土路面三种。

3.1 微表处治直接填补修复

微表处修复车辙是采用专用设备将聚合物改性乳化沥青、级配集料、填料、水、添加剂等按照设计配合比在常温下经强制搅拌后形成稀浆混合料，采用“V”型摊铺槽摊铺到车辙槽内，并具有一定预留拱度的不等厚摊铺新技术。车辙断面呈下凹曲线，其摊铺厚度在横向为变量，通过“V”型摊铺槽以及专用车辙级配使得不同粒径集料随厚度变化呈合理分布，混合料的摊铺厚度随修补厚度的变化而变化。该技术可用于各等级公路的沥青路面车辙深度小于40 mm 的压密型、磨耗型等稳定类车辙修复，亦可用于失稳型车辙的临时性处治。

3.2 铣刨后加铺沥青混凝土面层修复

当车辙深度较大,达到2 cm 以上时,此时一般为失稳型车辙。由于损坏较为严重,不可以直接进行简单的填补修复, 只能先采用铣刨的方法将损坏的面层除去,之后认真观察裸露出来的新面损坏情况,根据实际情况给予相应的处理, 最后铺筑新的沥青混合料或再生后的混合料。受横向推挤形成的车辙, 如果已经稳定,可将凸出的部分削除,在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青,填补沥青混合料,并找平、压实。

3.3 灌注水泥沥青混凝土路面

可在水泥浆中，掺入一定比例的外加剂，形成一种复合材料，采用稀浆封层摊铺机，将这种复合材料注入沥青混合料中，再经过一段时间的养护至硬化后，最终形成一种全新的水泥沥青混凝土路面，从而达到修补车辙的目的。这种路面具有半刚性半柔性的特点。值得注意的是，沥青混合料的空隙率应控制在15%～20%之间，对于长、陡坡路段、曲线桥桥面以及匝道桥桥面车辙修复具有较好的效果。

（1） 严格集料性质监督管理。铺筑沥青混合料路面所使用的集料必须根据施工地点的实际情况，严格按照相应规范要求的技术指标和方法进行检验，之后将满足使用要求的集料厂家提供给承包商, 由承包商负责专门的采购及运输工作。

（2） 优化沥青混合料级配。不能一谓追求路面平整度和稳定性，应同时考虑实际应用情况，经过多次试验，综合考虑各种因素最终确定核实的沥青混合料级配范围。

（3） 加强路面结构设计。探索新的多指标路面结构设计方法, 以改变单指标设计带来的理论与实际脱轨的现状。

（4） 对长大陡坡路段的路面进行特殊设计对纵坡较大、长度较长的路段,其路面结构必须进行特殊设计,尽量减小坡度,降低车辙病害的严重程度。

（5） 施工季节的选择及环境的改变根据施工地点的气候状况,选择合适的施工季节,适时的对路面进行洒水处理,降低路表温度,在一定程度上减少车辙病害。

沥青混凝土路面车辙病害广泛存在于各等级公路中，尤其是在交通量日益增加的现在，更应该注重车辙病害的预防和治理。对于公路运营单位而言，在日常养护过程中，应从多角度分析车辙产生的原因，然后再根据产生车辙的原因入手，有针对性的进行修复，从而能减少修复次数，在最大程度上减少养护工作量，为节约型社会贡献出自己的一份力量。