公路抗车辙沥青路面结构设计研究

朱江桃

（南昌同恒工程咨询有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在公路项目运营阶段，车辙病害是影响公路功能的关键因素，如何解决公路车辙问题成为当前工程重点研究的一个课题。对公路抗车辙沥青路面结构进行综合分析，明确路面结构设计要点，对提高路面结构稳定性有着积极作用。

1 车辙影响因素分析

公路车辙是指车辆频繁行驶过程中，在路面上形成的车辆轨迹凹陷和磨损。根据车辙的形成原因和特征，可以将公路车辙分为几种类型。

第一，车轮碾压型车辙是由于车辆轮胎在特定轨迹上反复碾压，导致路面在轮胎经过的区域发生沉陷和磨损。这种车辙常见于高速公路和主干道上，特别是重载车辆频繁通行的区域。

第二，刹车制动型车辙形成于车辆频繁刹车和制动的区域，例如城市道路和停车场等停车区域。

第三，转向转弯型车辙主要由车辆在转弯时产生的侧向力和摩擦力导致路面在转弯半径内形成凹陷和磨损，常见于交叉口、弯道和转盘等地方[1]。

2 公路抗车辙沥青路面结构设计要求

公路抗车辙沥青路面结构设计是为了应对车辆频繁行驶而产生的车辙现象，确保公路的平稳性、耐久性和安全性。在进行设计时，需要满足以下要求。

第一，设计要求考虑到交通流量和车辆类型。交通流量是指单位时间内通过公路的车辆数量，车辆类型涵盖不同重量、尺寸和轴荷的车辆。这些因素对路面结构的承载能力和耐久性有直接影响。因此，在设计过程中需要充分考虑交通流量和车辆类型，以确定适当的路面结构设计参数和材料选择。

第二，设计要求考虑路面材料的特性和性能。沥青路面常用于抗车辙设计，因其具有良好的柔性和弹性特性，设计时应根据预期的交通流量和车辆类型，选择适当的沥青配合比和沥青稳定剂，以确保路面材料具有足够的强度、抗剪切性和抗老化性能。

第三，设计要求考虑路面层的厚度和结构。路面结构通常由多层组成，包括基层、底基层、面层等。各层的厚度和材料选择应根据交通流量、车辆类型和地理条件进行合理设计。基层的强度和稳定性对于承载车辆荷载和分散荷载至地基起着重要作用。面层的平整度和抗滑性能对行车安全至关重要。

第四，设计要考虑排水和排泄系统。水分对路面结构的稳定性和耐久性有着重要影响。设计应确保路面具有良好的排水性能，以防止积水和水分渗透对路面结构造成损害。同时，还应设计适当的排泄系统，以确保路面在雨水和污水排放方面符合环境要求。

第五，设计要考虑施工工艺和质量控制。合理的施工工艺对于保证路面结构的完整性和性能至关重要。设计应充分考虑施工条件和方法，以确保施工的连续性、均匀性和质量可控性。在施工过程中，需要进行严格的质量控制和监测，以确保路面结构的质量符合设计要求。

3 抗车辙沥青路面结构设计

在公路抗车辙沥青路面结构设计阶段，要根据项目实际情况，做好交通荷载以及气候条件的全面分析，并且在掌握已有工程经验的基础上，从混合料内部结构设计以及沥青路面结构设计多个方面，对结构设计要点进行探讨，并且通过结构设计优化方法的落实来减少各种影响因素，提高整体结构设计稳定性。

3.1 交通荷载和气候条件的调查分析

前期在设计过程中，相关的工作人员要做好区域交通荷载和气候条件等的调查分析。如果交通荷载不足极易造成车辙病害，轴载重或作用时间长也会造成车辙等病害。

通常情况下，沥青路面都有着特定的轴载标准，但因公路运营过程中超载的情况时有发生，进而就给公路造成很大压力。如此一来，路面剪应力破坏变形的范围会不断扩大。理论层面上看，轴载作用次数的增加，会使沥青路面车辙变形不断加深，总的变形量也会越来越大。特别是在超载情况持续发生的情况下，以上不良情况会持续加重。鉴于此，相关处理就应基于现实性情况做好优化调整。

在分析轴载作用效果的过程中，轴载作用时间应重点分析，慢速行驶条件下所造成的影响更为显著，因此应做好这些精细控制。就现实性情况来看，慢速行驶对路面造成的形变远高于高速行驶条件，这方面的影响情况应重点关注。那些具有黏弹塑性的沥青混合料，随着高温和重载以及慢速等的持续作用，混合料的弹性恢复能力会大大削弱，塑形变形即会大大增加。

由此可见，以上一些因素对公路运营所造成的危害更大。鉴于此，就应基于现实性的情况做好针对性的防控，通过制订针对性的研究方案，从而为抗车辙等的高效处理提供帮助[2]。

3.2 当地已有工程经验的调查分析

通常情况下，公路工程都是基于以往丰富的经验进行，数学和力学等一些方法很难得到精确的结果，因此应加强经验力学公式等操作方法的应用。鉴于此，在推进相关工程研究的过程中，相关施工单位既要做好工程施工相关资料的收集和研究，也应注意对以往经验的借鉴，为稳定高效的工程施工提供切实保障。

3.3 混合料内部结构设计

诸多情况表明，大粒径混合料较之于小粒径混合料所表现出的抗车辙能力更强，粗集料比例较高的混合料在这方面的表现也比较突出。基于这些以往实践的分析，为抗车辙等工程施工提供一定参考。如此一来，相应的技术处理也会更为科学合理，所呈现出的施工效果也会更符合预期。

所选择的集料应与结构层厚度等具体情况保持一致。通常情况下，一定厚度的结构层，如果选用大粒径的集料会给具体施工造成不良影响，特别是压实方面的施工。

通常情况下，结构层厚度应控制在集料粒径的2.5～3 倍。粒径过大会影响到混合料的密实性，且会出现集料破碎的不良情况。就现实性的情况来看，路面空隙率较大，混合料之间的摩阻力即会减小，极限抗剪强度会随之下降，出现失稳性车辙的可能性较大，较大的空隙率还会造成路表积水的下渗，车辙病害则会加速形成。

因此，在选择粒径的过程中应与基层厚度保持协调，控制在一定关系范围内。一般来看，粗集料对抗车辙能力的提升有着比较突出的作用，因此应做好对其的合理设计。混合料是一种悬浮密实结构，空隙率和内摩阻力都比较小，在高温环境下极易影响到混合料的综合性能，进而出现变形等病害。粗集料的比例应控制在一定范围内，基于特定结构设计，为相关处理的科学与规范提供基础性保障。

一般来说，混合料是一种骨架空隙结构，稳定性比较高，但因空隙率较大且耐久性比较差，因此很多施工并不采用这样的结构，仅在一些特殊的排水结构层或磨耗结构层中应用。但应注意的是，通过对粗集料的改造处理，能够提升其结构的稳定性，相应的抗车辙等防控病害的能力也能得到显著提升[3]。前文已提到，粗集料有着极为重要的作用，因此相关技术施工要保证科学合理，基于现实性的情况做好针对性防控，以高效地推进相关的工程施工。

一般情况下，在粗集料比例不断增加的条件下，集料之间的接触会随之增加，混合料本身抗变形的能力会越来越强，但这会增加混合料密实的难度。因此，在集料调配上应做好精细的设计，基于现实性的情况做好合理布置，以切实保障后续相关施工的稳定与规范。

通常情况下，粗集料比例适当的骨架密实结构在抗车辙方面有着更为突出的表现，整个综合效益也更为突出，因此有着广泛应用。

3.4 沥青路面结构设计

其一，以往的工作实践表明，在高强度半刚性基层上布置较薄面层能够降低沥青路面的形变，所呈现出的防控效果比较理想。但应注意的是，这只是以往实践得到的结论，现实性的情况往往与理论有着一定差异，因此应基于特定情况做好协调分析。就现实性的情况来看，薄层路面并不能有效解决车辙病害，较厚的面层也不一定就会增加车辙病害的发生概率。因此，在具体操作过程中，应基于现实性的情况做好针对性处理。应重点关注沥青混合料的设计和后续的具体施工，以切实保障抗车辙等施工的稳定与规范。就抗车辙方面来看，沥青路面结构在针对上中下层之间的设计往往有着不同的标准，相应的处理应做好区别化分析。

其二，具体来看，上面层应布置在沥青路面的表面，因其与车轮和空气直接接触，因此其主要承担的是路面的压应力，但其剪应力表现并不突出。鉴于此，该面层在选择集料的过程中，就应注意粒径的严格把控，以切实地保障密实性结构布置的科学合理。就现实性的施工条件来看，面层集料较小，相应的压实施工更易进行，呈现出的压实度效果也更理想。

其三，作为整个面层剪应力值最大且分布最为集中的部分，中面层在前期设计以及后续施工的过程中要做好精细设计。因车轮荷载形成的压应力经过上面层扩散，其实际的影响被大大降低，这就减弱了结构变形的不良影响。通常情况下，结构层温度最高的部位处在路面以下4～9cm 处，这正是中面层所处的部位。相对来说，路表能够与外部大气进行热量交换，受到外部高温环境的影响并不持久，会随着环境快速发生变化。而中面层的热量散失较慢，长期处在高温环境下，其结构性能会大大下降，因此出现各类病害的可能性大大增加。与上面层有着一定差异，中面层的布置通常应选用大粒径的混合料，基于层厚与粒径之间的关系确定相应的各项参数。在混合料方面，应注意粗集料含量控制，细集料和沥青含量可适当缩减，以提升结构的稳固性。

另外，还应做好骨架结构的严格设计，基于高抗剪强度的精细布置，从而为路面结构层的科学化施工提供方案指导[4]。

其四，就现实性的情况来看，下面层因距离路边较远，其所承受的荷载和气候条件较之上面层和中面层更少一些，外部环境对其的影响也比较轻。然而对于那些已经发生变形的区域，随着行车的持续重压，即会造成上面层和中面层混合料的集中推移，转而即会增加下面层的承载压力。

因此，在设计抗车辙的过程中，相关施工人员要做好精细布置，基于现实性的情况做好统筹分析，从而为高质量的技术处理奠定基础。一般情况下，在明确了沥青路面总厚度的条件下，即可有序地推进下面层的相关处理。

具体操作过程中，相关施工人员应基于层厚与粒径之间的关系分析确定混合料的最大粒径，但应注意粗集料含量的适宜。按照相应的技术参数合理确定粗集料和细集料等各类集料的比例，如此一来，所呈现出的综合效益也会更为突出[5-6]。

3.5 路面排水和排泄设计

在公路抗车辙沥青路面结构设计中，路面排水和排泄设计是非常重要的环节，旨在确保路面具有良好的排水性能，防止水分对路面结构和性能造成损害，并确保雨水和污水能够有效排出，符合环境要求。

第一，进行路面排水设计时，需要考虑路面的纵、横坡和横向倾斜。纵坡是指路面的纵向倾斜，用于引导水流顺利流向排水口。结合实际，合理设置纵、横坡能够有效提升路面的排水性能。

第二，设计中要合理设置排水设施，如雨水口、雨水管道和雨水篦子等。雨水口用于收集路面上的雨水，雨水管道用于将雨水引导到汇水处，而雨水篦子则用于防止杂物堵塞雨水管道。这些排水设施的位置、数量和尺寸需要根据交通流量、降雨量和路面特性进行合理设计，以确保顺畅的排水系统。

第三，还需要合理设置沟渠和溢流设施，以应对大量降雨或暴雨引起的水流量大的情况。设计环节，需要对溢流设施进行分析，确定相关的设计参数，保持路面的排水畅通，减轻水流冲击对路面结构的影响。

4 结语

综上所述，公路抗车辙沥青路面结构设计对于提高道路的平整度、耐久性和行车舒适性起着至关重要的作用。了解了公路抗车辙的问题，提出相应的设计方法。分析可知，通过合理选择材料、优化结构设计、加强排水措施等手段，可以有效减少车辙的形成和扩大，提高路面的承载能力和抗车辙性能。这不仅能延长路面的使用寿命，减少维修成本，还能提升道路的安全性和行车舒适性，满足交通需求。在今后进行项目设计时，要结合实际项目需求，注重设计理念的更新以及合理应用环境友好型材料，以进一步提升公路抗车辙能力和可持续性发展。