昆明公交站台处沥青路面车辙形成原因探究

苏兰忠 朱德滨 张兰芳

(西南林业大学，云南昆明 650224)

2011年全国第六次人口普查结果显示昆明市的常住人口已达643.22万人。《2011年昆明城市交通发展年度报告》显示主城区每天客运量为231.2万人次。昆明市路面车辙问题的日益严重，尤其是公交车站台处的车辙问题，已影响了人们乘车的舒适度及安全性。因此针对昆明公交站台处的车辙问题研究具有重大的现实意义。

1 沥青路面车辙的影响因素分析

影响沥青路面车辙的一般因素可分为内因和外因两大类。内因主要包括:沥青混合料的种类和性质以及其不同结构和性能，集料的种类和性质等;外因主要包括交通状况、气候条件等。

1.1 内因

1.1.1 沥青

沥青对车辙的影响因素主要有两个:沥青的品种和沥青混合料中沥青的含量。在沥青品种方面，在温度和加载速率固定的情况下，当沥青的粘度较大时，其与骨料的粘附性就强，混合料的抗剪能力就强，抗车辙能力就好。蜡的含量与沥青的品种有关，如果某沥青蜡含量较高，当温度接近蜡的软化点时，沥青粘度将明显降低，导致混合料的抗车辙性能变差。在沥青含量方面，沈金安等人已通过研究表明沥青用量是影响沥青混合料高温稳定性的重要因素［1］。沥青和矿粉形成胶结料，对骨料进行包裹，起到集料之间的粘聚作用。当沥青用量过低时，骨料缺乏足够的沥青包裹，会降低沥青混合料的粘结强度和易压实性，影响其抗车辙能力;当沥青用量过高时，自由沥青成为集料的润滑剂，将严重影响集料的嵌挤能力，降低沥青混合料的抗剪强度，从而影响沥青混合料的抗车辙性能。

1.1.2 集料

集料的种类、级配以及集料颗粒的形状和纹理对沥青混合料的抗车辙性能具有重要影响。酸性骨料会影响混合料的抗车辙性能。其会损伤混合料的水稳定性，降低骨料与沥青的粘结力，从而减弱沥青混合料的高温稳定性，影响混合料的抗车辙性能。沥青与矿料之间的粘结力和矿料之间内摩擦力与沥青混合料的强度直接相关。矿料间内摩擦力主要通过各级配矿料之间的嵌挤形成。沥青混合料的高温抗车辙能力60%是依靠集料的嵌挤能力［1］。选择具有复杂的纹理结构和丰富的棱角的有合理级配的集料，能提高沥青混合料抗车辙性能。

1.1.3 空隙率

空隙率对车辙具有较大的影响，车辙变形随着空隙率增大导致的混合料强度的降低而增大，空隙率小的混合料有助于提高沥青路面的强度和耐久性。美国Westrack环道实验的结果表明，最小空隙率的临界界限为4%，但不能低于3%［2］。当外界温度较高时，当沥青结合料膨胀时，如果沥青混合料内部没有足够的空隙提供，必将产生变形，从而形成车辙。

1.1.4 沥青面层的厚度

沥青面层厚度是影响车辙的重要因素。当半刚性基层沥青路面面层厚度为15 cm～18 cm时，车辙大多出现在上、中面层［2］。车辙量并不简单地随厚度的增加而变化。在其余条件固定时，车辙与沥青面层厚度的关系，因为路面结构和材料组成的不同，存在一个通常情况下在15 cm～25 cm之间的临界厚度。在低于此临界厚度时，车辙与沥青面层厚度的关系呈减函数;当大于此临界厚度时，两者的关系则为增函数。

1.1.5 路面结构及施工质量

路面基层及面层的结构类型及施工质量等对车辙也具有很大影响。保证沥青路面抗车辙性能的基本要求是保证面层和基层的强度和稳定性。施工质量对沥青路面抗车辙性能影响较大。施工时料温不够导致沥青面层压实不足，或者路面压实不充分，在行车作用下，沥青路面会被压密形成车辙。

1.2 外因

1.2.1 交通状况

对沥青路面性能造成影响的交通状况因素主要包括荷载、交通渠化、行车速度、轮胎气压等方面。车辆荷载决定轮胎气压，轮胎气压随着荷载的增大而升高。在交通量相同的情况下，荷载作用时间的长短影响路面的变形大小。李申惠等通过车辙实验模拟荷载对车辙的影响，试验结果表明:在65℃的恒温条件下，轮压从0.7 MPa提升到1.1 MPa时，以0.9 MPa 为界，动稳定度分两个阶段降低［3］。尚志远研究证明30%轴载为180 kN的超载车掺杂在标准载的车辆中时，沥青路面在1年内的车辙量就超过使用标准;轴载120 kN的超载车三年内对沥青路面影响造成的车辙量就超过标准轴载12年造成的车辙量［4］。

1.2.2 温度

温度的高低，对沥青路面的高温稳定性有很大的影响。沥青的粘度随温度的升高而降低，致使其抗蠕变能力下降，受到外力作用时，由于剪切作用，致使沥青材料横向流动，从而导致车辙变形的产生。茅梅芬通过环道实验验证，在其他实验条件不变的情况下，车辙深度的增大与温度的升高有很大关系。在3 500次荷载作用下，温度为60℃时车辙深度为37.5 mm，约是温度为45℃时车辙深度的13倍，温度为30℃时为车辙深度的37倍［5］。

2 昆明城市公交站台处车辙形成原因分析

昆明独特的气候环境及公交站台处独特的交通状况，决定了需要对昆明公交站台处的车辙的影响因素进行进一步分析，可分为以下三个方面。

2.1 路面承受严重的剪切作用

引起沥青混凝土永久变形的主要原因是剪切变形已被广泛地接受［2］。沥青面层和剪应力在距路表2 cm～8 cm范围内比较大，较易产生剪切破坏，并随轴重的增加，最大剪应力增大，剪应力峰值增加，最大剪应力集中在面层上部［6］。

公交站台处承受严重剪切破坏的原因主要有三个方面:1)昆明城市路面的设计时速为30 km/h～50 km/h，2011年昆明道路高峰平均时速为22.58 km，其中，一环内平均时速仅为14.02 km，公交站台处时速则相对更低，因此公交站台处路面荷载时间过长。2)昆明城市道路设计为中等交通荷载，但高峰时段公交车超载严重。3)公交车站台处属于渠化交通方式，在站台处密集停车，车轮作用位置相对集中，车辆启制动频繁，刹车力较大。这三个原因造成路面承受较大的剪切推移力，沥青混合料上层过大的应力而产生塑性流动引起，引起沥青混凝土的永久变形，形成车辙。

2.2 紫外辐射破坏

沥青材料很容易受到光老化，紫外线会破坏沥青材料中的大分子结构，使沥青材料的性能降低甚至丧失。而且沥青路面存在空隙，老化后的沥青分子会向内扩散［7］，导致沥青与集料间的粘附性降低，破坏沥青混合料的内部结构，使路面在外力作用下产生变形。昆明海拔1 800 m左右，11月到次年5月为旱季，降雨量少，紫外线辐射大，平均每年的辐射量为69 298 cal/cm2，旱季辐射量大约为雨季的2倍［8］。紫外辐射而引起的沥青老化是昆明公交站台处车辙形成的一个重要影响因素。

2.3 水损害

昆明年降水量1 006.6 mm，其中80%集中在雨季。由于车辙的存在，雨季续降雨时，在车辙处积水。而此时沥青路面反复受到行车荷载的作用，水分慢慢浸入沥青混合料中，导致沥青的剥离，混合料集料间粘结力丧失，路面强度下降，促使车辙的产生。

3 结语

沥青路面的车辙问题，尤其是公交站台处的车辙问题，会带来严重的安全隐患。本文对沥青路面车辙产生的一般原因以及诸多因素导致昆明站台处车辙的特殊原因进行了合理的分析，但只是理论上的初步分析，其准确性及全面性有待进一步讨论，且文中各因素对车辙形成的影响系数尚需一定的实验分析。

［1］沈金安，李福晋，陈 景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策［M］.北京：人民交通出版社，2004：191-192，197-198.

［2］万 军.沥青混凝土路面车辙发展规律探讨［D］.南京：东南大学，2006.

［3］李申惠，廖卫东，李向东，等.超载、超高温条件下全厚式路面车辙试验研究［J］.武汉理工大学学报，2003(12)：13-16.

［4］尚志远.超载车辆对沥青混凝土路面的破坏分析［J］.公路，2004(5)：19-21.

［5］茅梅芬.半刚性基层沥青路面车辙研究［J］.华东公路，1995(3)：45-49.

［6］高立鑫.BRT停车段沥青路面抗剪切推移特性研究［D］.西安：长安大学，2009.

［7］叶 奋，黄 彭.强紫外辐射对沥青路用性能的影响［J］.同济大学学报(自然科学版)，2005(7)：909-913.

［8］刘 滔，李云苍，刘群生，等.云南省太阳紫外辐射研究［J］.云南师范大学学报，2001(11)：37-42.