长大纵坡路段沥青路面车辙防治研究

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津300459）

1 引言

车辙是沥青路面的一种常见病害，山区高速公路长大纵坡路段车辙病害尤为严重，其不仅会影响到路面质量，还会给日常的交通带来安全隐患。在崎岖的山区高速中，长大纵坡属于常见路段，由于其纵坡较大，来往重载及超载车辆较多，夏季受持续高温影响，故路面长期处于超负荷状态，车辙病害肆虐，已严重影响到路面的正常运行。为此，研究长大纵坡路段沥青路面的车辙产生原因与防治具有重大意义。本文通过室内车辙试验研究了PR改性沥青混合料抗车辙性能，并在某高速公路K945+180～K946+400长大纵坡路段铺筑不同厚度的PR改性沥青混凝土路面，观测该试验路的车辙损坏情况并与相邻某公司养护修复路段进行对比，以探究切实可行的长大纵坡路段沥青路面车辙病害防治方案。

2 长大纵坡沥青路面车辙病害原因分析

车辙是由于沥青路面轮迹带在车辆荷载反复作用下产生的竖直方向永久变形，根据车辙产生的原因，可将沥青路面车辙分为压密型车辙、结构性车辙和失稳型车辙。长大纵坡路段车辙的产生原因主要有以下3点：

（1）纵坡坡度

根据感温性材料沥青的时稳等效法则，随着沥青路面的坡度增大，重载车辆行驶速度会随之降低，则其相同时间内对沥青路面所造成损伤更大。如重载车辆正常行驶下速度为60km/h，车轮对路面的作用时间为0.033s，在长大纵坡路段车速减慢至30km/h，车轮对路面的作用时间为0.066s，即重载车辆以30km/h车速行驶对路面造成的破坏是60km/h的2倍。

（2）重载及超载车辆

随着我国交通与运输行业的高速发展，交通量急剧增加，各种重载、超载车辆层出不穷，其轴载甚至远远超过了沥青路面设计规范要求，路面承受着前所未有的压力。

（3）路面温度

路面温度也是引起沥青路面车辙的一个重要因素，当夏季高温来临，路面温度急剧上升，甚至能达到60℃以上，沥青粘度会随着温度升高而降低，路面变形会随着温度升高而多发，在行车荷载的反复作用下会产生变形从而造成车辙等病害。

3 原材料

3.1 集料

为提高路面铺筑质量，选用质地坚硬、表面洁净的玄武岩碎石作为粗细集料。试验路用粗集料各项指标见表1。

表1 粗集料技术指标

3.2 沥青

试验路用70#基质沥青改性乳化沥青各项性能指标分别见表2和表3。

表2 壳牌70#基质沥青技术指标

表3 改性乳化沥青技术指标

3.3 配合比

试验路用沥青混合料配合比见表4。

表4 实验路用沥青混合料配合比

4 室内试验

PRPLASTS（简称PR）是一种专用抗车辙添加剂，施工工艺简单，易控制，且具有良好的抗车辙性能。本文在室内成型普通沥青混合料试件及PR改性沥青混合料试件进行车辙试验，对比分析两者的数据，进而评价PR抗车辙剂的抗车辙性能。

在室内成型普通沥青混合料、0.35%掺量PR改性沥青混合料、0.5%掺量PR改性沥青混合料三种试件分别进行60℃及70℃车辙试验，实验数据如表5所示。

表5 不同掺量PR改性沥青混合料不同温度车辙试验结果

从表4中数据可以得到：

（1）相同PR掺量条件下，随着温度的升高，PR改性沥青混合料的动稳定度大幅度下降，其抗车辙性能随之减弱。

（2）在温度为60℃时，0.5%PR掺量的沥青混合料动稳定度达到了10500次·mm-1，温度在70℃时，0.5%掺量PR的沥青混合料动稳定度也超过3000次·mm-1，远大于普通沥青混合料的动稳定度，说明PR抗车辙剂能明显改善沥青混合料的抗车辙性能。

5 工程实践

5.1 工程概况

某高速公路K938～+880～K947+080路段地处某省的山岭重丘区，是连续8.2km的爬坡路段，坡度最大可达5%，车辙破坏现象严重。试验路位于该路段K945+180～K946+400段，试验段相邻路段为该省某公司修复养护路段，养护所用基质沥青、改性乳化沥青和集料与试验路相同。

5.2 试验路车辙病害防治方案

长大纵坡路段沥青路面车辙病害产生的主要原因是在纵坡坡度、重载车辆、路面温度等外界因素影响下，路面内部结构高温抗剪强度不足从而产生的永久变形。针对上述原因，制定车辙病害处治方案并在某高速K945+180～K946+400段铺筑试验路，试验路车辙病害防治方案见表6。

表6 试验路车辙病害防治方案

5.3 试验路段处治工艺

试验路段处治工艺：根据上述处治方案厚度进行铣刨，铺筑新沥青层，层间铺撒改性乳化沥青粘层油，若两层连续施工，则不需要铺撒粘层油，铺筑完成后，次日开放交通。

5.4 试验路段观察与检测

试验路观测总时长为1年，开始时间为2015年9月，12月份至1月份为冬季，由于气温较低，路面整体强度较高，易产生裂缝，所以从2015年9月至2016年6月每月观测一次。7、8月份路面要经受持续夏季高温，易产生车辙，故7月至8月份每月观测2次。经过近1年的运营后，试验路路面总体无明显车辙。

为对比试验路观测结果，同时也观测了试验路相邻养护路段车辙损坏情况。经过1年的观察与检测后，发现养护路段车辙破坏现象严重。表7为通车运营1年后试验路段与养护路段路面车辙损坏情况。

表7 各方案平均车辙深度

由表7中数据可得：

（1）经过1年的运营后，试验路的车辙病害不明显，平均车辙深度在1.5～3.5mm之间，这主要是由于路面固结变形所引起的。

（2）某公司所养护路段车辙病害十分严重，平均车辙深度达到14～15.5mm，与试验路段相比，其车辙分布也更为密集。

（3）方案1整体车辙量要大于方案2，主要是因为方案1的上面层铺筑厚度大于方案2，其对压密变形空间的需求也就更大。方案3的平均车辙深度大于方案2小于方案3，主要是由于一部分的压密变形和旧路面材料的流动变形所造成的。

（4）与某公司所养护路段相比，试验路的平均车辙深度下降趋势明显，车辙破坏现象显著减少，路面质量大幅度提升，表明PR改性沥青混合料对旧路面下卧层具有良好的保护作用，能有效防治车辙病害的产生。

6 结论

（1）纵坡坡度、重载和超载车辆以及路面温度是造成长大纵坡路段沥青路面车辙病害的主要外部因素。

（2）通过室内车辙试验发现，添加PR抗车辙剂后，沥青混合料的动稳定度明显增大，表明PR抗车辙剂能有效改善沥青混合料的抗车辙性能。但随着温度的升高，沥青混合料的动稳定度呈现下降趋势，表明PR改性沥青混合料的抗车辙性能会随着温度的升高而降低。

（3）通过在某高速公路长大纵坡路段铺筑试验路的工程实践中发现，PR抗车辙剂能够明显降低路面车辙深度，减少车辙量，对防治长大纵坡路段沥青路面车辙病害具有显著作用，同时也表明了试验路车辙病害防治方案的可行性。