沥青路面公路抗车辙性能试验及结构优化探究

郭俊霞

摘 要：车辙会对公路路面的使用产生很大影响。产生车辙的原因主要有路段气候、车辆荷载与流量以及沥青质量等。在分析沥青路面公路车辙类型和危害的基础上，提出了结构优化措施，避免沥青路面公路车辙的产生。

关键词：沥青路面；车辙；性能试验；结构优化

中图分类号：U416.217 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.091

随着我国社会经济的发展，特别是新型城镇化进程的加快，各种类型公路的里程不断增加。但同时，由于车辆荷载的增加、地段所处气候和沥青质量问题，沥青路面公路产生车辙，对公路质量和行车安全产生了很大的影响。下面将介绍沥青路面公路车辙的类型、车辙产生的原因，并提出了结构优化措施，以提高沥青公路的安全性。

1 沥青路面公路车辙的类型和危害

1.1 公路车辙的类型

沥青公路路面一种独有的破坏形式为车辙，其是在各种因素的影响下所产生的永久性变形，包括高温气候条件、车辆荷载等。这种车辙会影响公路路面性能。根据路面车辙产生原因的不同，可将车辙分为以下4种类型：①结构型车辙。沥青公路路面结构设计存在缺陷或公路结构层压实不到位都会导致结构型车辙的产生。在承载力不足的路基中，此类车辙尤为突出，而在半刚性的基层沥青路面中则很少见。②严密型车辙。由于沥青路面具有压密变形的特性，所以此类车辙比较容易辨识，通常呈“V”字形。③磨损型车辙。由轮胎磨损而产生的车辙属于磨损型车辙。车辆在行驶过程中，汽车钢圈会直接作用于沥青公路路面，产生磨损型车辙。④失稳型车辙。沥青混合料在高温条件下的稳定性差，或者因为路面车辆超载严重，过度失稳，导致沥青混合料产生剪切变形。这种类型的车辙具有隆起的特点，呈“W”形状，在某些位置尤为突出和严重。

1.2 车辙的危害分析

半刚性基层强度高、板体性好，公路基层多选择半刚性基层，并以沥青路面为设计形式。对于以半刚性基层为基层的路面来说，车载作用是产生车辙的主要原因。近年来，国内公路里程不断增加，车辆行驶的特性可能会使公路产生永久性变形。一般而言，高速公路沥青路面轮痕处沥青厚度会随着时间的推移变薄，易诱发其他病害。车辙危害主要有：①公路危害成本增加，服务质量差。车辙底部与上部边缘位置产生集中应力，可能导致公路沥青路面产生纵向上的裂缝，如果雨水渗入，就会缩短公路基层使用寿命，增加维护成本。②增加安全隐患。影响公路路面平整度的因素之一便是车辙，其会对行车的舒适性产生很大影响。如果车辙轻微，则车辆可能驶出路面，入辙槽时出现明显晃动；如果车辙严重，一旦急速变道，则车辆可能失去控制。

2 影响沥青公路路面车辙产生的因素

影响沥青公路路面车辙产生的因素包括外部因素和内部因素两个方面。

外部因素包括地段气候、渠化交通、车辆荷载、路面坡度和车流量等，其中，地段气候、车辆荷载与流量是公路路面产生车辙的主要因素。如果公路所处地段气候条件差，就会缩短车辙的形成时间。例如温度越高，则沥青混合料的劲度模量越低，其抗车辙的能力也就变得越差。对于车辆荷载与流量，车辙产生的原因之一为车轮在竖向与水平荷载下，导致沥青内产生一定的剪应力，使沥青混合料剪切变形，长此以往，就会形成车辙。

沥青公路路面产生车辙的内部因素包括施工质量、路面均匀性、材料设计和原材料性质等。其中，沥青质量和沥青混合料级配会对路面的性能产生重要影响。同时，施工质量差与路面均匀性差也会导致路面产生车辙，比如混合料离析严重，级配偏差大；现场施工管理不到位，碾压不及时，碾压温度偏低；油石比控制偏差大。综合以上因素，使沥青路面层间出现滑动现象。

3 沥青路面结构组合优化设计分析

随着社会经济的发展，公路建设重心逐步向中西部转移，山区公路长陡坡、上坡路沥青路面车辙病害属于不可避免的问题之一。为了进一步优化公路的结构设计，首先需要了解并掌握车辙的危害。

3.1 沥青路面全厚度车辙预估模型

建立沥青路面车辙预估模型的步骤是选择模型参数→确定模型形式→标定模型。沥青路面全厚度剪切变形预估模型的关键在于参数是否可靠、真实及其是否能准确反映出材料性能。

影响沥青路面车辙性能的因素有沥青混合料的性能参数、温度、路面结构组合形式、车辆荷载、行车速度和荷载作用次数等。根据以上因素，建立的模型为：

. （1）

k=（C1+C2×depth）×0.328 196depth. （2）

式（1）（2）中：β为模型修正参数；N为荷载作用次数；T为结构层温度；C为模型参数；depth为计算层深度。

在此模型中，输入不同沥青混合料下的模量，就可评价沥青路面的性能。

3.2 沥青路面结构组合优化设计

沥青路面的抗车辙性能受材料性能及其结构组合形式的影响。根据研究，优化结构组合形式可提升沥青路面整体抗车辙水平。

在取值上，模型参数不同，特重交通可分为不同等级，包括水泥路面和沥青路面。在各个等级中，模型的取值不同。

4 提升沥青路面抗车辙能力的技术措施

4.1 优化沥青面层路面结构

在公路的设计和建设上，存在着重材料、轻结构的问题。在路面施工中，将级配碎石过渡层设置于基层间和面路段，或在路段设置沥青碎石过渡层会降低路面的抗车辙能力，而且半刚性基层材料不能提高路面结构的抗车辙变形能力。

一般而言，沥青混合料的高温抗车辙能力有60%是因为矿料级配的嵌挤作用，而沥青混合料产生的抗车辙能力占40%.对于混合料组成，调查发现，根据规范级配控制，则集料颗料易在相对重排下达到最密实的效果。但是这一种级配对沥青含量很敏感，即使沥青用料很少，也会使混合料的可塑性变得很强，最终导致路面出现严重车辙。

现代工艺水平的提高和现代施工设备性能的提升对级配范围也提出了较高的要求，所以，要避免路面出现较大的车辙，就应及时优化上层、中层与下层沥青混合料的级配范围，并根据现有规范级配范围，使设计思想向形成紧密嵌挤骨架结构靠近，并采用“抬头平尾”骨架密实型级配，满足抗滑性能要求。

4.2 使用优质的结合料

在沥青路面施工中，在选择沥青胶结料时，必须根据施工现场的气候条件、交通流量状况来决定选择何种性能的沥青。如果选择基质沥青，则应检测沥青的感温性指标针入指数（N）；而如果选用改性沥青，则应综合评价其PG等级。在使用改性沥青混凝土或改性沥青时，必须按照施工情况，严格控制沥青用量，并保持沥青混合料动稳定性，然后结合混合料沥青的稳定性，选择重交通石油沥青AH-90或AH-70。使用改性沥青会大幅度提升路面的稳定性。

4.3 强化沥青路面层的结合

目前，一些施工项目过于追求外观效果，在中面层完工后，一次性开展多个项目，例如绿化、交通和通讯工程等，然后都在上面层摊铺。由于中面层放置了太长时间，早已污染严重，部分施工单位通常采用冲水这一方式来改善环境。但是从实际效果看，这种做法对环境的污染比较大，且还会导致中面层、下面层进入泥水，形成层间积水。

4.4 严格控制与管理施工

4.4.1 严格控制沥青路面的压实度

根据目前的压实率指标，需严格控制沥青路面施工。路面通车后，如果通过测量发现存在二次压密，则证明沥青路面空隙率较大。为降低实测空隙率，可将马歇尔设计空隙率调整至3%～4.5%，并在施工过程中确保沥青碾压温度。如果碾压温度过高，则沥青黏度就会降低，混合料易出现错位活动、推移问题，产生裂纹；如果碾压温度过低，则难以压实，会出现碾压开裂现象。

4.4.2 严格控制沥青用量

在目标配合比设计上，可通过调整与优化生产配合比，确定最佳沥青时间。同时，为了提升公路沥青混凝土抗水性能，应将用料误差范围从±0.3%调整为±0.2%或±0.1%.

4.4.3 严格控制石料压碎值

在施工中，为了避免沥青混合料在摊铺与碾压过程中出现压碎现象，应选用针片状、压碎值小的石料，同时注意碾压工艺的选择。另外，也要加强对路面的检查，严格控制入场沙石的质量、含泥量和压碎值。

5 结束语

随着我国新型城镇化进程的加快，公路建设事业取得了较好的成绩。对于公路建设来说，质量是最重要的，而车辙会影响沥青公路路面的外观和行驶安全性。本文介绍了车辙的类型，分析了产生车辙的原因，并提出了结构优化设计模型和技术措施，希望能为提高公路质量提供参考借鉴。

参考文献

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〔编辑：王霞〕