莎车至叶城一级公路早期车辙成因与处置分析

张艳红，王晓帆，2

(1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097；2.中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195)



莎车至叶城一级公路早期车辙成因与处置分析

张艳红1，王晓帆1，2

(1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097；2.中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195)

文章结合新疆莎车至叶城一级公路早期车辙病害处置实例，通过对车辙路段钻芯取样进行筛分、抽提试验，对混合料的级配、油石比等关键指标进行综合分析，判明车辙成因及类型，提出相应的处治方案。结果表明：高温天气、重、超载交通等外部条件的综合作用是造成车辙的直接原因，沥青混合料油石比偏大、级配组成偏细是导致车辙的内在原因；采用90#石油沥青的混合料高温稳定性能指标难以满足项目所在地区的抗车辙要求，建议采用A级70#基质沥青的I-D型SBS改性沥青；根据车辙严重程度，轻度车辙采用单/双层微表处，中、重度车辙采用SBS改性沥青混凝土罩面或重新加铺。

早期车辙；超载；抽提试验；油石比；沥青混合料级配；SBS改性沥青

0 引言

喀什至叶城一级公路起于黑孜戈壁终点(K150+990.132)，终于叶城县城北口(K230+260.719)，全长79.262 km。2013年11月底交工验收后，经通车运行10余月，K151+000～K176+000段(对应吐和高速K1 501+000～K1 526+000段)出现了不同程度的车辙病害。为了拟定车辙处置措施，对上述路段钻芯取样，并进行混合料的抽提、筛分试验，藉此对车辙病害成因进行综合分析，提出治理措施。

1 项目概况

1.1 沥青混合料自然区划

根据我国公路自然区划标准，本项目所在区域为Ⅵ2区，土基为砾石土组；根据当地气温及降雨资料，沥青混合料性能分区属夏炎热冬冷干旱区，即I-3-4；根据交通量分析计算，本项目设计年限内一个车道上累计标准轴载作用次数5.78×106次，属中等交通等级[1]。

1.2 路面结构

本项目路面结构采用半刚性基层沥青路面；根据累计标准轴载作用次数求得路面设计弯沉值Ld=26.7(0.01mm)；路面各结构层及材料见表1。

表1 路面结构层及材料参数表

2 车辙现场调查及取芯检测

2.1 车辙现场调查

现场调研发现，车辙多出现在较小半径的弯道外侧、大纵坡路段，尤其是曲线路段，车辙深度较大，横向推移明显；运营初期出现车辙后，相关单位采取了铣刨措施，以保证车辆通行安全，但未加铺罩面；此次调研发现，已铣刨路段仍存在泛油及轻度的横向推移，部分路段则出现了严重的二次车辙，车辙深度达30～50mm，必须进行铣刨及加铺处置。

2.2 路面取芯检测

对车辙路段抽取8个盲样进行抽提和筛分试验，钻取位置及编号见表2。

表2 车辙病害段钻芯取样一览表

注：桩号对应关系：施工图桩号K151+000～K176+000=吐和高速桩号K1501+000～K1526+000

对A～H共计8个盲样进行分层后，进行了抽提试验、筛分试验[2]，试验结果整理见表3～4。

表3 钻芯取样(A～D)试验结果一览表

表4 钻芯取样(E～H)试验结果一览表

注：“超限”指该筛孔通过率不满足规范要求的通过率范围；油石比设计值为目标配合比[2]。

2.3 试验结果分析

(1)AC-13C上面层

16mm、13mm筛孔通过率偏离设计范围，但关键性筛孔通过率符合规范要求；油石比偏大，比设计高0.3%～0.4%，不利于沥青混合料的高温稳定性。

(2)AC-16C中面层

关键性筛孔通过率符合规范要求，但油石比偏大，由A～D芯样抽提试验知，实际油石比较设计高0.5%，不利于沥青混合料的高温稳定性，抗剪切变形能力差。

(3)AC-20C下面层

16mm、13.2mm、9.5mm筛孔通过率均不满足设计要求，通过率超出设计要求上限，集料偏细；其中关键性筛孔4.75mm通过率两组试验均不满足要求，综合分析实际应为AC-20F型混合料，与设计不符；F型混合料动稳定度要比C型低，抗剪切变形能力较差[2]。

根据抽提试验结果，AC-20混合料油石比较设计略高，高出约0.1%～0.2%，不利于混合料的高温稳定性。

3 车辙成因综合分析

根据成因，车辙一般可划分为四类：失稳型车辙、磨耗型车辙、压密型车辙、结构型车辙[3]。本项目通车时间较短，集料磨耗损失基本可以忽略，现场调研亦未发现磨光泛白等现象；且根据钻芯取样分析，基层未出现破坏，亦未见显著的路基沉降，故基本可排除磨耗型及结构型车辙的可能，发生车辙路段应以二次压密、高温条件下沥青混合料失稳造成的车辙为主。

现从材料、沥青混合料配合比、施工工艺及交通组成等方面对车辙成因进行综合分析。

(1)材料

本项目路面沥青上、中、下面层均采用普通沥青混凝土，沥青为A-90石油沥青。90#沥青针入度指数较大，在对高温稳定性要求很高的炎热地区，采用90#沥青与低标号沥青相比，显然发生车辙的可能性更大；从材料设计角度讲，采用90#沥青拌和的普通沥青混凝土对施工工艺等各环节均提出了更高的要求，沥青针入度指标偏大，沥青混合料动稳定度指标偏低等不利因素均会增加发生车辙的风险[3]。

(2)配合比

根据试验结果分析，下面层AC-20C沥青混合料关键筛孔通过率不满足规范要求，集料偏细，实际为AC-20F型混合料，不利于沥青层的整体抗剪切性能。AC-13C、AC-16C也存在不同程度的偏离设计要求的现象。

(3)施工工艺

根据取芯试验及结果分析，上、中、下面层沥青混合料普遍存在油石比偏大的情况，油石比偏大极大地增加了发生车辙及其他形式的高温环境病害的风险，这与现场调研发现的泛油、拥包等病害是一致的。

综上所述，车辙路段施工质量不稳定，沥青面层施工质量控制不到位，突出表现为油石比控制不良、个别层位关键筛孔通过率不满足设计要求的情况，导致沥青面层整体高温稳定性较差。

(4)重载交通

项目沿线建筑工地材料、渣土等原先均沿G315旧路运输；2012年5月G315主线桥损坏，禁止重车通行，导致重车从本项目K1501+000处上路，至K1526+000下路，且通行时间集中于当年6～8月，气温较高，对沥青面层稳定性存在不利影响；由于缺乏有效的治超措施，重车超载严重，多数达90t以上；由于采取同类结构的其他标段未出现车辙病害，故基本可以判断，重载尤其是超载交通，是造成本标段内出现车辙的重要原因。

(5)车辙成因综合分析

综合以上分析，K151+000～K176+000车辙多发的直接原因是重载、超载交通。从钻芯取样的抽提及筛分试验来看，路面施工中存在级配控制不严格、油石比过高等问题，其中AC-13C、AC-16C沥青混合料油石比比设计值高出0.3%～0.5%，根据2002年NCAT试验路的试验结果[1]，油石比增加0.5%，车辙将增加54%。加之项目沿线夏季炎热，诸多不利因素的综合作用，导致过早出现泛油、推移、车辙等病害。由于车辙深度集中在路表～中面层范围内，未见路基沉降及基层破坏，故可判断为失稳型、压密型车辙。

4 车辙处治方案

4.1 处置原则

本次车辙治理应遵循“养治结合、一次处置、不留后患、技术可靠、经济实惠”的原则进行，处置措施应恢复原设计的结构层厚度，保证应有的道路服务水平，并对车辙深度范围内的路面进行彻底整治。

4.2 材料设计优化

原沥青混合料采用90#道路石油沥青，新疆地区的实践证明，采用90#沥青的普通沥青混凝土难以满足当地气温条件下的高温稳定性要求；根据项目的沥青混合料气候分区及车辙成因分析，为了改善本项目沥青面层的整体抗车辙能力，建议采用以A级70#石油沥青为基质的SBS改性沥青混凝土，改性沥青标号可选用I-D，从根本上改善沥青混合料的抗车辙性能。

4.3 沥青混合料配合比设计

应严格控制各层沥青混合料的级配范围，尤其是关键性筛孔通过率，必须满足规范要求，其余各级混合料级配均应在规范要求范围内，具体要求可参见相关规范。

4.4 车辙处置方案

处置方案的拟定，主要考虑恢复道路应有的服务水平，保证路面结构厚度满足设计要求，并对发生剪切破坏的层次进行彻底整治。处置宽度按车辙范围两侧各加宽50cm控制，单层或双层微表处可在清理路面、洒布粘层油后直接加铺，中度及重度车辙路段应将车辙范围两侧50cm范围内上面层铣刨掉，以便于新、旧路面搭接，确保施工质量[4，5]。

(1)轻度车辙：车辙深度10～15mm

采取加铺罩面的处置方式，罩面可采用单层或双层MS-3微表处，微表处技术指标可参照相关规范要求执行，处置设计图见图1(除注明外，尺寸单位均为cm)。

图1 轻度车辙处置设计方案图

(2)中度车辙：车辙深度15～25mm

应首先铣刨车辙部分，铣刨深度按15～25mm控制；铣刨后洒布PC-3快裂型乳化沥青粘层油，然后采用SBS改性沥青混凝土AC-13C罩面处理，罩面厚度4～6cm，设计图见图2(除注明外，尺寸单位均为cm)。

图2 中度车辙处置设计方案图

(3)重度车辙：车辙深度>25mm

由于多数车辙路段已将上面层铣刨掉，现在发生车辙的层位为设计结构的中面层；故若现状车辙深度>25mm，应将车辙深度范围内中面层彻底铣刨，铣刨深度平均4～6cm，并洒布PC-3快裂型乳化沥青粘层油，然后加铺5cmSBS改性沥青混凝土AC-16C；铺筑完成后再次洒粘层油，加铺4cm厚SBS改性沥青混凝土AC-13C上面层，总加铺厚度9～10cm。

重度车辙处理方案见图3(除注明外，尺寸单位均为cm)。

图3 重度车辙处置设计方案图

4.5 施工质量控制

(1)施工时候应注意选择有利季节和天气施工；项目沿线沙尘暴多发，不得在沙尘暴天气施工[6]。

(2)对原路面进行铣刨后，应喷洒一层PC-3快裂型乳化沥青粘层油；对于分两层加铺的，各沥青层之间应洒布粘层油，各加铺层的压实度、空隙率等应满足设计要求[7]。

(3)粘层油的用量、技术指标、矿料级配范围等参照相关规范[2]即可。

4.6 交通管制措施

由于当地尚无完善的治超管理体系，往往存在严重超载的料车、渣土车上路情况，导致路面结构过早破坏。建议道路管理方与交通、路政等部门充分沟通，对沿线建设工地运料、运渣车实行“零容忍”的管制措施，避免对路面结构造成损伤[8，9]。

5 结语

本文对喀什至叶城一级公路车辙病害路段进行现场钻芯取样及室内试验，深入分析车辙病害成因，针对不同程度的车辙提出了针对性的处治方案。结论如下：

(1)对车辙路段抽取8个芯样，分析可知：车辙深度基本在上面层～中面层范围，未出现基层结构性破坏；根据抽提与筛分试验结果，上、中、下面层的油石比均偏大，级配组成偏细，不利于混合料的高温稳定性。据此判断，本项目发生的车辙类型为压密型、失稳型车辙；高温天气，重载、超载交通等外部条件的综合作用是造成车辙的直接原因，沥青混合料油石比偏大、级配组成偏细是导致车辙的内在原因。

(2)项目沿线天气炎热，采用90#石油沥青的混合料高温稳定性能指标难以满足项目所在地区的抗车辙要求，建议采用A级70#基质沥青的I-D型SBS改性沥青，以提高重交通路段的路面抗车辙能力。

(3)轻度车辙路段可采用单层或双层MS-3微表处；中度、重度车辙路段应首先铣刨车辙部分，采用SBS改性沥青混凝土AC-13C罩面处理(4～6cm)；重度车辙路段应将现状车辙深度范围内中面层彻底铣刨，采取5cmSBS改性沥青混凝土AC-16C+4cmSBS改性沥青混凝土AC-13C的加铺层。

[1]JTGD50-2006，公路沥青路面设计规范[S].

[2]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]JTJ073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范[S].

[5]JTGH20-2007，公路技术状况评定标准[S].

[6]张忠明.星星峡～哈密段沥青路面车辙处理措施研究[J].新疆交通科技，2012(2)：18-26.

[7]邓学均.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2003.

[8]谭积青.沥青路面车辙病害处治方法研究[J].中外公路，2005，25(4)：50-53.

[9]曾俊标，孙长新，王 钊.高速公路沥青路面早期车辙病害处治技术方案研究[J].公路工程，2012，37(4)：164-167.

Discussions on Early Rutting Causes and Treatment of Shache-Yecheng Grade I Highway

ZHANG Yan-hong1，WANG Xiao-fan1，2

(1.China Highway Engineering Consulting Corporation，Beijing，100097；2.Zhongzi Huake Traffic Construction Technology Co.，Ltd.，Beijing，100195)

In combination with early rutting disease treatment practices of Xinjiang Shache-Yecheng Grade I Highway，through the sieving and extraction test for core drilling and sampling on rutting sec-tions as well as through comprehensive analysis on the key indicators such as gradation and asphalt-aggregate ratio of mixtures，this article determined the causes and types of rutting，and proposed the corresponding treatment programs.The results showed that：the combined effect of hot weather，heavy traffic，overloading and other external conditions is the direct cause of rutting，the large asphalt-aggre-gate ratio and thinner gradation composition of asphalt mixtures are the inherent causes of rutting；the high-temperature stability performance indicators of mixtures using 90# petroleum asphalt can not meet the anti-rutting requirements of project locations，thus it is recommended to use I-D type SBS modified asphalt of Grade A 70#base asphalt；according to the severity degree of rutting，the mild rutting uses the single/double layer micro-surfacing，while the medium and severe rutting will use SBS modified asphalt for concrete overlay or re-pavement.

Early rutting；Overload；Extraction test；Asphalt-aggregate ratio；Asphalt mixture gradation；SBS modified asphalt

张艳红(1985—)，工程师，研究方向：路面养护规划，路面结构与材料设计等；

王晓帆(1984—)，工程师，研究方向：路基路面工程设计。

U418.6+8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.006

1673-4874(2015)11-0027-05

2015-10-08