某公路项目沥青路面车辙病害检测分析

庞承威

摘要 随着我国基建事业的发展进步，沥青路面的设计及施工技术也逐步成熟。现有一些老旧沥青路面出现了车辙病害问题，不能满足正常的交通运输需要，亟须进行维修改造。基于此，文章论述了服役沥青路面出现车辙病害的机理，分析了沥青路面初期压实阶段、中期变形阶段和后期失稳阶段车辙病害的产生原因及防治建议，旨在提高后期沥青路面的运营能力，确保设计方案能结合当地实际情况选择最佳的沥青混合料，为同类工程建设提供借鉴。

关键词 车辙；
动稳定度；
永久变形；
流动数

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0143-03

0 引言

车辙是道路在投入运营使用后，车辆在路面上逐渐形成的压痕和沉陷。车辙指标是评价路面是否能正常使用的关键指标，也是后续道路养护的参考依据。车辙深度体现了路面沥青混合料的动稳定度和永久变形指标的变化情况，直观决定了车辆行驶时的安全性和舒适性。为避免路面出现车辙病害，可在混合料设计阶段、施工阶段和养护阶段强化对抗车辙病害的措施落实，因此该文分析公路项目沥青路面车辙病害的原因及对策，具有十分重要的工程实践意义。

1 车辙病害的直接影响及深度计算方式

沥青路面是由混合的集料和沥青胶结料构成。在高温环境下，沥青表层容易老化，车轮碾压时路面局部混合料也会出现推移，造成车辙病害的产生[1]。

车辙病害主要会产生以下几方面的影响。①车辙会影响车辆行驶的横向稳定性，使车辆变道难度加大；
②车辙在降水作用下形成水坑，导致路面受损，危及行车安全[2]。车辙的深度δ是通过轮下的车辙深度D1和车辙两侧凸起的材料高度D2直接相加來计算的。公式为δ=D1+D2，见图1。

2 工程概况

该公路工程建成通车时间为2012年，目前存在路面局部车辙、沉降、大面积龟裂及表层剥落等道路病害问题。为缓解车辙病害，2021年4月16日选取道路K0+200、K0+554和K0+805段进行现场检测，并设置检测点，通过使用3 m长的直尺测定车辙病害的深度及长度，具体检测数据详如表1所示。同时，在每个监测点实施3次取芯试验并进行测量，比较面层厚度与原沥青混合料的上下层厚度的差异。结果见表2。

3 车辙现象及防治建议

沥青混合料在高温和荷载的作用下，沥青胶浆会发生流动，并破坏原有的矿质结构[3]。沥青混合料的永久变形情况可以划分为压实初期、稳定中期变形和失稳后期破坏三个阶段，详见图2。

3.1 压实初期

在沥青混合料面层未完全压实的时候，过度追求平整度，容易出现车辙问题，且在道路运行初期表现更明显。交通量突然增加或高温季节到来时，沥青混合料的空隙率会不断降低，并在降到空隙率的极限后趋于稳定[4]。

沥青混合料中沥青所占比例过大时，路面流动性会增强，加剧了路面永久变形问题，“永久变形－荷载次数”抛物线呈现为“凸”形。实地考察道路的初始车辙情况，其病害位置主要出现在车行道轮胎周围，两侧没有凸起，只有凹面，除非车辙病害是由施工失误造成的不正常情况，未在轮胎的接触范围内的车辙影响较小[5]。为防止路面出现车辙病害，应控制工程的碾压施工过程。设计阶段不应盲目追求平整度，而应综合考虑路面压实度情况，确保沥青混合料的空隙率符合规范标准。

3.2 中期变形阶段

道路正常运营的过程中，沥青混合料呈现出半固态状，有流动的特性，可将沥青中的空隙填满，导致沥青混凝土出现略微的体积变化，直至缓慢变形。随着时间的推移，沥青混合料开始出现剪切变形，但其压应变速率始终保持不变，因此可以将其视作稳定状态[6]。

该阶段，应加强沥青面层的黏结措施，防止高温作用下集料随着车辆的长时间通行受到水平应力的影响，沿着行车的方向发生位移，逐渐形成推移病害。通常屈服应力可通过拉伸试验测定，该试验仅有单轴应力。当预测屈服应力合适时，可使用屈服准则进行判断，具体见图3。本质上沥青混合料的黏性流动与液体的流动是一致的，沥青混合料发生塑性流动时体积不发生变化，相应的泊松比v=1/2。

这类车辙病害的通常呈现出“V”形横断面，在车辙的长期作用下形成，病害范围较广，但车轮两侧的隆起不明显。主要原因是我国通常使用半刚性材料处理基层，但路面材料多为沥青混合料，会在高温作用下出现流动性车辙[7]。为预防路面的中期变形，可引入新工艺，并使用改性再生材料等新材料来加强预防。

3.3 后期失稳阶段

该阶段，由于重型车辆的荷载过大，在长期道路运营过程中逐渐超出沥青混合料的承载能力，道路达到稳定极限，挤压了原有的粗骨料结构，导致路面的沥青、胶浆等材料向车行道自由端流动，道路出现剪切形变，但未发生明显的体积变化。当水平应力超过一定值时，应变会明显增加，水平应力会先下降，再逐渐变为微小波动并基本不变[8]。

根据东南大学《沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究》可知，不改变道路原有沥青面层结构时，可选择四种不同级配的四种沥青混合料试验。四种聚合物分别为AC-13F、AC-13C、AC-16和AC-20，对比这几种级配混合料的流动数变化情况，分析影响流动数变化的因素。流动数是指永久应变对荷载作用次数的变化率，应变率开始增大点对应的应变则为破坏塑性应变。表3为主要的级配形式。

经过三轴荷载试验，研究沥青混合料的流动数受不同温度和水平应力的影响。试验选取了40 ℃、50 ℃、

60 ℃下几种温度，水平应力为0.7 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa。经检验，温度和水平应力分别为40 ℃，0.7 MPa时，可得出表4的试验结果。

根据表4可知，在相同的空隙率条件下，沥青用料占比越大，混合料的流动数越小；
而在相同沥青用料条件下，空隙率越大，混合料流动数小[9]。表5显示了不同温度、加载应力条件下，混合料流动数的变化情况，采用了荷载试验法。

根据表5可知，相同应力作用下流动数随着温度的升高而降低，相同温度作用下流动数随着水平应力的增加而降低。

沥青混合料损坏时，车轮对应的路面位置会出现下凹，而对应路面的两侧发生隆起。特别是弯道区域，道路在车轮的压力下向外推挤，导致车道线形成弯曲的曲线，形成安全隐患。后期失稳阶段路面病害形式为沥青混合料发生流动，主要在道路交叉口、上坡、转弯等位置出现，由于这些路段车行速度相对较慢，轮胎在接地时会出现较大的侧向应力[10]。双轮车行驶路段，车辙呈“W”形横断面，这些车辙病害会造成沥青面层的推移，缩短道路的使用寿命。

4 结语

综上所述，该文通过研究沥青混凝土车辙的形成和破坏过程，分析了病害产生的原因。其中，主要外部原因是行车荷载和温度等。主要内部原因有沥青的级配、油石比和空隙率等。当道路沥青混合料出现塑性形变时，应先进行屈服点检测，通过混合料实际变形量画出抛物线，以此为依据划分车辙的不同阶段，并预测路面后期失稳的破坏形式。通过研究上述路面病害问题，在沥青面层施工前，先实地考察当地气候条件，选择最合适的沥青类型，使用添加了抗车辙剂的改性沥青混合料，以提高沥青路面的稳定性，从而延长道路使用寿命。

参考文献

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