SMA 路面车辙成因与防治措施

张俊雅 许昌华通路桥监理检测有限公司

一、SMA 强度形成机理

SMA 是沥青玛蹄脂碎石混合料的简称，粗集料、细集料、矿粉、沥青、纤维稳定剂是构成SMA 的主要原材料。作为骨架密实型结构，SMA 混合料内粗集料含量相对较多，高温条件下，粗集料是承荷主体。由于SMA 集料内填充了大量沥青，低温条件下，沥青玛蹄脂黏结作用良好，因此，SMA 路面具有良好的路用性能。

SMA 路面车辙的形成可以从两个角度分析，其一，微观层面。普遍认为车辙是在外界荷载作用下形成，结构应力克服了混合料内部分团粒的黏接力作用而产生位移现象。受荷载长期影响，位移愈加严重从而形成路面车辙变形。

其二，宏观层面。剪切变形是造成车辙病害的主因。按照压杆失稳原理，在材料选定的基础上，可通过加大构件约束来进一步提升构件的抗压强度和稳定性。粗集料是沥青混合料中沥青、胶泥黏接力的主要约束成分。于SMA 混合料来讲，其黏弹塑性性质较为显著，因此，只有选择性能良好的集料，才能保证黏结力满足要求，才能发挥材料强度，提高结构抗变形能力。因此，可认为材料黏性性质是高温车辙变形和低温开裂的主要原因。

二、工程概况

某公路工程全长43.42km，为SMA 路面，通车5 年后出现了不同程度的病害，其中车辙病害最为严重。据实地调查可知，车辙多集中出现于行车道，其他车道车辙数量少，且深度较浅。究其原因，行车道超载重载、渠化交通现象较为严重，为更好了解路面车辙情况，决定选取典型路段进行调查分析。

三、SMA 路面车辙检测及成因分析

为测量车辙深度，选取3 个路段，即K10+700～K10+760、K11+500～K11+580、K18+000～K18+080，每 段60m，每 隔20m为一个测量单元，3 段共180m，通过测量取车辙深度平均值。结果如下：

1. K10+700～K10+760 段，车辙深度范围为10.54～11.30mm，平均值为10.79mm；

2. K11+500～K11+580 段，车辙深度范围为20.04～21.24mm，平均值为20.66mm；

3. K18+000～K18+080 段，车辙深度范围为10.64～12.30mm，平均值为11.45mm。

为观测行车道上的车辙分布情况，通过位移传感器等仪器，选取6 个行车道横断面，沿横断面方向每隔20cm 对车辙情况进行测量。图1 为K10+720 处断面车辙横向分布情况。

由此可见，车辙部分基本上是以车道中线为中心呈对称分布形式，最大车辙出现在中轴线两侧1m 处，此部位受行车荷载的概率最大，表明SMA 路面车辙产生的主要原因在于渠化交通。

为了解车辙病害严重程度，决定采用钻芯取样法进行测定。选取4 个典型道路断面，以车辙部位、隆起部位钻取芯样，并以停车道位置的芯样试验结果为标准进行对比分析。所得数据如表1 所示。

由表1 可知，车辙已贯穿于各个面层，中、下面层较大，而上面层最小。说明中、下面层厚度变化是引起车辙的重要原因之一。其原因在于上面层要与自然环境、行车荷载等直接接触，在材料选择方面，多采用改性沥青、优质集料等。高温条件下，其黏结强度较好，同时沥青混合料还具有较高抗剪强度。相比之下，虽然中、下面层不直接承荷，但其剪应力较大。尤其是在气温较高的环境中，中、下面层受到的温度远远在沥青软化点之上，这种情况下，将大大降低沥青混合料的黏度和抗剪强度。

四、SMA 路面车辙防治措施

（一）规范施工流程

（1）上面层施工准备

SMA 面层铺筑前，需根据车辙深度进行中、下面层处治。车辙深度在10～15mm之间，需铣刨中面层。车辙深度在15mm 以上，则铣刨中、下面层。按不同车道、路段实际车辙深度进行路段具体划分，为便于后期摊铺施工，施工段最小长度不得低于400m。

（2）SMA 混合料拌和

按照相关规定要求进行SMA 混合料拌和。当天拌和施工前，需详细检查拌和设备的运行状态，保证冷、热仓进料均可满足设计要求。开盘拌和前，需合理控制集料温度，待2～3 次干拌后去除废料，随后进行正式拌和施工。若存储时间太长，极易出现沥青析漏情况，因此，每天拌和好的混合料尽可能当天使用完。拌和过程中，可同时向拌锅内放入各类粗、细集料、木质素纤维，均匀搅拌，随后将沥青、矿粉材料投入，一般可在45s 以上控制湿拌时间。整体拌和时间在70～75s 之间。

（3）SMA 混合料运输和摊铺

选取专用汽车运输SMA 混合料，并将篷布覆盖在车顶，避免混合料在运输过程 中离析、温度损失过快。摊铺前，还要洒布粘油层。同时，为保证摊铺质量，可选取无接触自动找平装置进行SMA 混合料摊铺平整度控制。保证摊铺连续进行，尽可能不间断。此外，还要控制好摊铺速度，为2.0～2.5m/min 之间。

表1 芯样厚度与各层厚度（cm）

（4）SMA 混合料碾压

于沥青路面耐久性而言，压实度是检测的主要指标。若混合料压实不充分，即便是混合料配合比合理同样不能有效发挥路面的最佳使用性能。因此，必须重视SMA 混合料碾压施工。根据施工要求，SMA 混合料不宜采用胶轮压路机，一般可采用刚性碾碾压。结合工程实际，初压时进行1 遍碾压，复压时可采用振动压路机进行3 遍振压施工，随后采用振荡压路机进行2 遍振压。终压时可通过振动压路机进行静压收面。

此外，还要注重路面平整度问题，例如，提前处理中面层凹凸不平处，直至符合设计要求。在路面未冷却结硬前，任何机械设备不得停放其上。

（二）加强质量控制

（1）路面洒水降温。高温将会严重影响沥青模量，在低温30℃以下，基本上不会出现较大车辙病害。若路面长期处在高温环境下，受行车荷载影响，路面极易产生车辙。因此，路面车辙产生的直接原因在于持续高温天气，因此，在道路建成通车后，需采取适当措施有效控制路表温度，如路面洒水降温，季节不同，地区不同，洒水次数也有所差异，可根据当地温度确定洒水次数，以此达到降低路表温度的目的。

（2）做好日常养护。严格按照现行技术标准进行SMA 路面日常养护。根据路段实际情况，选择合适的机械，采用机械化养护方案高效处理各种路面问题，同时采取一定技术开展路面使用性能检测工作，及时掌握路面健康状态，便于更好地开展养护工作，改善路面使用性能，提高车辆通行的舒适性和安全。

五、结语

综上所述，近年来，随着我国社会经济的迅速发展，作为重要的基础设施工程，公路建设事业也取得了令人瞩目的成绩。SMA路面作为高等级公路常见路面形式，在行车荷载和自然因素的长期作用下，SMA 路面早期病害问题日益严重，其中车辙最为严重，若不及时采取措施进行处治，将严重影响路面使用性能。为此，必须结合工程实际情况，找出SMA 路面车辙产生原因，才能有针对性地采取措施进行处理，从而提高路面质量。