论文部分内容阅读
摘要：根据笔者从事高速公路路面建设的经验，从车辙对道路使用性能的影响，车辙形成的可能原因及其相应防治对策等方面阐述了自己的看法，并对一些可能引起车辙的诱因提出了疑问。
关键词：沥青路面车辙 成因 对策
截至2009年底，我国高速公路通车里程已经突破6.5万公里。沥青路面以其良好的性能倍受青睐，在现代高等级道路建设中得到了广泛的应用。但是，部分高速公路在通车5年甚至更短的时间内就出现了车辙等早期病害，不仅降低了道路的使用性能，而且道路寿命大大折减，造成巨大经济损失。当前，重载条件下沥青混合料流动失稳以及由此造成的车辙病害是高速公路沥青路面的主要问题，已经成为沥青路面的主要破坏形式之一。
一、车辙对道路性能的影响
车辙是指沿道路纵向在车轮集中通过的路面位置出现的带状凹槽，它是路基和路面各结构层在荷载作用下塑性变形的累计。目前我国现行规范对沥青路面容许车辙深度仍未提出明确标准，但容许车辙深度建议要求为15mm以内。车辙对沥青路面的破坏影响主要体现在：
1、路表的永久变形直接影响路面的平整度，从而降低了道路的服务水平。
2、车辙处沥青混合料厚度减薄，消弱了面层和路面结构层的整体强度，缩短了路面的使用寿命；
3、由于路表车辙处雨水排水不畅，降低了路面抗滑能力，甚至因积水而导致车辆漂移，影响行车的安全。
4、由于車辙处的凹槽，会使车辆变换车道难度加大，在一定程度上降低了道路的通行能力。
二、车辙成因分析
1、外部条件
外部条件主要包括高温、重载、渠化交通、弯道与陡坡等，其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素，这在多数病害调查报告中有所表明。沥青路面温度高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。根据相关调查，温度低于30℃时，一般不会产生大的车辙，而气温超过35℃，车辙就会快速增长，如果气温连续超过40℃，几天就会使路面发生严重的车辙损害。而重载车的出现，使层间最大剪应力迅速增大，极易超过层间抗剪强度而发生滑移破坏。
2、内在因素
内在因素主要包括原材科品质、沥青混合科配合比设计、沥青路面施工质量、评价方法不完善等有关，其中原材料品质和配合比是两个影响最大、最普遍的因素。
1）原材料品质
有研究认为，对于沥青混合料的抗变形能力，集料的贡献占70%，而沥青仅占30%。在集料因素方面，集料的级配又有很大的影响。目前沥青路面集料的生产控制是相当薄弱的环节，集料加工监控指标和验收标准仍不够明确，验收制度松弛，致使集料产品的合格率低，级配变异性较大，现有规范只提出了粗、细集料规格要求，但对生产加工技术要求不严，使得一些地区有理由在一定程度上放松对集料规范的验收要求。沥青结合料的品种是影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素。试验表明，采用针入度小、软化点高的沥青，特别是改性沥青的抗车辙效果十分明显，因为弹性变形在总变形中的比例增大，这样路面承受荷载后，恢复变形的能力较强。
2）在配合比设计方面
在配合比设计时，如果沥青混合料的材料配合比不当，具体来说指各集料的比例、油石比不合适，沥青路面就会因不适应公路所在地的交通和气候条件而产生损害，因而成为早期损害的先天因素。其中反映在沥青混合料的指标上首先是空隙率、矿物间隙率VMA、沥青饱和度VFA不合适，同时各项配合比设计指标不达标，混合料路用性能较差。
3）施工质量控制方面
施工质量差也是造成路面车辙病害的主要原因之一，施工中存在的问题主要有：重目标配合比设计，轻生产配合比控制；生产中，沥青和集料加热温度控制不准确；油石比控制不准确；混合料离析比较严重，粗、细集料成团，不能形成骨架密实结构；过分注重平整度，降低了对压实度的要求；现场施工组织差，碾压不及时或漏压；施工过程中层间结合差，造成沥青路面层间滑动。
4）评价方法不完善，早期采用马歇尔稳定度与流值来控制沥青路面变形能力，但由于相关性不好，又增加了室内车辙试验作为补充，虽然动稳定度指标与沥青混合料的永久变形存在一定的相关性，但试验条件的限制，并不能完全反映沥青混凝土路面实际发生的永久变形。
三、车辙的防治措施
1、优化沥青路面结构组合
我国早期的路面设计规范对指导路面建设起到了重要作用，但许多标准形成的时间较早，对高速重载条件下的适用性已明显不足。因此，在今后沥青路面结构组合设计时，对适应行车荷载要求的各层类型、适当的各结构层厚度等方面应进一步完善。有研究表明，沥青路面车辙一般发生在夏季，当沥青路面温度达到40℃以上时，沥青层内部温度会更高，最大车辙一般发生顶面以5cm-10cm处。这就要求根据路面结构组合的特点，在相应层位增加抗车辙性能。在我国高速公路建设中，—般只重视抗滑表层的使用性能，致使中下沥青面层变形成为车辙发生的主要原因，这在多条高速公路大修中得到证实。因此对于中、下面层沥青混合料在配合比设计及原材料选用上亦应给予重视。
2、严控制集料质量
加强集料标准生产过程控制，选用具有坚硬棱角、粗表面纹理、近似立方体形态、粒径规格合要求，且与沥青黏附性好的集料。集料的粗糙度问题值得注意，有试验表明集料压碎值、磨耗值都很好，密度也大，可是在马歇尔稳定度、车辙试验动稳定度却很低，其原因主要是集料破碎面不粗糙引起。细集料的含泥量对路面的高温稳定性有着很大的影响，石屑中的粉尘含量高，将导致抗车辙性能迅速下降。严格控制粗集料的针片状含量，如果针片状含量过大，在行车作用下，将加速车辙的发生。
3、合适的沥青等级和用量
夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、弯道或上坡路段等，应选用高质量、高粘度、含蜡量及软化点低的A级石油沥青，性能可靠的改性沥青更佳。一般来讲低标号沥青混合料比高标号沥青混合料的高温性能要好，沥青用量略低于设计用量有利于沥青混合料高温性能的提高。但就沥青对混合料的高温性能的影晌来讲，其含量可能比沥青本身特性的影响还重要。对于细粒式或中粒式密级配的混合料，适当减少沥青用量有利于抵抗车辙产生。但对于粗粒式或开级配沥青混合料来说，不能简单的采用减少沥青用量来改善抵抗车辙性能，同时应综合考虑级配、集料与沥青的粘结力、混合料的空隙率等。
4、良好的级配设计
良好的级配设计对沥青混合料的高温性能有着至关重要的影响，目前骨架密实型结构的高温性能较好，被越来越多地采用。在沥青混合料设计时，适度的调整级配曲线，增加粗集料用量，同时严格控制关键筛孔的通过率，有利于提高混合料的高温稳定性。在进行生产配合比设计时，在以目标配合比为依据的基础上，严格控制冷料仓和热料仓的配合比，防止生产过程中产生较大的变异。
5、施工过程质量控制
施工过程质量控制主要包括混合料的拌制、运输、摊铺、碾压等环节，由于各环节紧凑、控制的重点较多，因此控制难度也较大。在实际施工过程中，一般分为前场控制和后场控制，通过前后场结合来控制运输过程，在一定程度上取了较好的实践效果。但后场控制仍须加强，在生产过程，应重点抽查热料仓中0.075mm的通过率，同时，雨季施工还应加强对热料仓集料含水量的检测。对于集料和沥青的加热温度也应加强控制，防止沥青加热过高或过低问题。在某条高速公路大修项目中，采用了许多办法进行生产过程控制，纠正了许多施工中存在的问题，也取得较好的效果。
6、确保结构层连续受力
我国沥青路面设计采用的弹性层状体系是严格按照层间连续的假定进行设计计算的，如果由于层间污染使沥青层不能成为一个整体，将导致沥青路面的受力状态发生质的变化。为保证沥青层之间以及沥青层与基层的连接，确保符合设计时的受力条件，提高抗车辙能力，必须确保层间粘结，现行规范对此单独作出说明，足以见其重要性。因此，在工程实施中应合理安排施工工序，尽量避免交叉施工产生的污染。
7、对待弯道及纵坡的考虑
对高速公路沥青路面大量的车辙调查发现，在長大弯道及纵坡较陡的路段，重载集成的渠化交通作用下，其车辙的形成要较一般路段形成的早，且较严重。因偏压和减速的作用，对于同一点的荷载作用增大或时间延长，处于粘弹性状态的沥青混合料的蠕变量也就越大。因此，对于重车较多的长大弯道或纵坡较陡的路段，尤其是在夏季高温地区应尽量少设置。如处于多方面考虑无法避免，亦应考虑合理措施进行预防，如采用水泥混凝土路面、或增加特殊设计的重载车车道等，在目前很多高速公路也确实在这样做着。
8、在交通管理方面的考虑
对于刚摊铺完成的沥青路面，在混合料内部温度没有降低之前，应严禁施工车辆尤其是重载车通行。对于已通车的高速公路，如交通量在缓慢增加的情况下，经过一定时间的老化，则路面出现车辙相对较为轻微；如刚开通即出现较大的交通量，尤其是重载车较多，则出现的车辙相对较为严重。因此夏季高温时，可通过给路面洒水降温，以减少车辙；或在交通管制方面采取一定的措施，如高温时段限制重载车通行等措施。
影响沥青路面产生车辙的因素很多，当多种因素结合在一起就会产生综合影响。目前许多在建高速公路仍在遵循着“模糊的准确胜过精确的错误”的路线，但如果切实提高路面的抗车辙能力，又不损其它方面性能，仍须继续深入研究。控制沥青路面车辙，不能片面扩大化，也不能在原地打转，笔者认为仍然有一些想法可以继续去探索：
1、目前现场工地试验室控制沥青质量的指标，是否能全面反映沥青品质，是否需要进一步增加控制指标或提高标准。
2、高温季节暴雨后车辙的发展速度明显加快，水在路面抗渗性能较差的情况下，是否对车辙的形成起到推波助澜的作用。
3、国内许多研究机构开展了一些室内环道试验及野外现场直道试验，更好地反映了路面车辙的形成过程和性状，如何通过这些试验，在室内寻找到一种合适的试验方法，预测路面各层位的变形趋势。
参考文献
[1] 沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防【M】．北京：人民交通出版社，2001．
[2] 公路沥青路面施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[3] 公路沥青路面设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2006．
[4] 梁锡三．沥青混合料设计及质量控制原理【M】·北京：人民交通出版社，2008．
[5] 沈金安．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策【M】．北京：人民交通出版社，2004．
关键词：沥青路面车辙 成因 对策
截至2009年底，我国高速公路通车里程已经突破6.5万公里。沥青路面以其良好的性能倍受青睐，在现代高等级道路建设中得到了广泛的应用。但是，部分高速公路在通车5年甚至更短的时间内就出现了车辙等早期病害，不仅降低了道路的使用性能，而且道路寿命大大折减，造成巨大经济损失。当前，重载条件下沥青混合料流动失稳以及由此造成的车辙病害是高速公路沥青路面的主要问题，已经成为沥青路面的主要破坏形式之一。
一、车辙对道路性能的影响
车辙是指沿道路纵向在车轮集中通过的路面位置出现的带状凹槽，它是路基和路面各结构层在荷载作用下塑性变形的累计。目前我国现行规范对沥青路面容许车辙深度仍未提出明确标准，但容许车辙深度建议要求为15mm以内。车辙对沥青路面的破坏影响主要体现在：
1、路表的永久变形直接影响路面的平整度，从而降低了道路的服务水平。
2、车辙处沥青混合料厚度减薄，消弱了面层和路面结构层的整体强度，缩短了路面的使用寿命；
3、由于路表车辙处雨水排水不畅，降低了路面抗滑能力，甚至因积水而导致车辆漂移，影响行车的安全。
4、由于車辙处的凹槽，会使车辆变换车道难度加大，在一定程度上降低了道路的通行能力。
二、车辙成因分析
1、外部条件
外部条件主要包括高温、重载、渠化交通、弯道与陡坡等，其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素，这在多数病害调查报告中有所表明。沥青路面温度高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。根据相关调查，温度低于30℃时，一般不会产生大的车辙，而气温超过35℃，车辙就会快速增长，如果气温连续超过40℃，几天就会使路面发生严重的车辙损害。而重载车的出现，使层间最大剪应力迅速增大，极易超过层间抗剪强度而发生滑移破坏。
2、内在因素
内在因素主要包括原材科品质、沥青混合科配合比设计、沥青路面施工质量、评价方法不完善等有关，其中原材料品质和配合比是两个影响最大、最普遍的因素。
1）原材料品质
有研究认为，对于沥青混合料的抗变形能力，集料的贡献占70%，而沥青仅占30%。在集料因素方面，集料的级配又有很大的影响。目前沥青路面集料的生产控制是相当薄弱的环节，集料加工监控指标和验收标准仍不够明确，验收制度松弛，致使集料产品的合格率低，级配变异性较大，现有规范只提出了粗、细集料规格要求，但对生产加工技术要求不严，使得一些地区有理由在一定程度上放松对集料规范的验收要求。沥青结合料的品种是影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素。试验表明，采用针入度小、软化点高的沥青，特别是改性沥青的抗车辙效果十分明显，因为弹性变形在总变形中的比例增大，这样路面承受荷载后，恢复变形的能力较强。
2）在配合比设计方面
在配合比设计时，如果沥青混合料的材料配合比不当，具体来说指各集料的比例、油石比不合适，沥青路面就会因不适应公路所在地的交通和气候条件而产生损害，因而成为早期损害的先天因素。其中反映在沥青混合料的指标上首先是空隙率、矿物间隙率VMA、沥青饱和度VFA不合适，同时各项配合比设计指标不达标，混合料路用性能较差。
3）施工质量控制方面
施工质量差也是造成路面车辙病害的主要原因之一，施工中存在的问题主要有：重目标配合比设计，轻生产配合比控制；生产中，沥青和集料加热温度控制不准确；油石比控制不准确；混合料离析比较严重，粗、细集料成团，不能形成骨架密实结构；过分注重平整度，降低了对压实度的要求；现场施工组织差，碾压不及时或漏压；施工过程中层间结合差，造成沥青路面层间滑动。
4）评价方法不完善，早期采用马歇尔稳定度与流值来控制沥青路面变形能力，但由于相关性不好，又增加了室内车辙试验作为补充，虽然动稳定度指标与沥青混合料的永久变形存在一定的相关性，但试验条件的限制，并不能完全反映沥青混凝土路面实际发生的永久变形。
三、车辙的防治措施
1、优化沥青路面结构组合
我国早期的路面设计规范对指导路面建设起到了重要作用，但许多标准形成的时间较早，对高速重载条件下的适用性已明显不足。因此，在今后沥青路面结构组合设计时，对适应行车荷载要求的各层类型、适当的各结构层厚度等方面应进一步完善。有研究表明，沥青路面车辙一般发生在夏季，当沥青路面温度达到40℃以上时，沥青层内部温度会更高，最大车辙一般发生顶面以5cm-10cm处。这就要求根据路面结构组合的特点，在相应层位增加抗车辙性能。在我国高速公路建设中，—般只重视抗滑表层的使用性能，致使中下沥青面层变形成为车辙发生的主要原因，这在多条高速公路大修中得到证实。因此对于中、下面层沥青混合料在配合比设计及原材料选用上亦应给予重视。
2、严控制集料质量
加强集料标准生产过程控制，选用具有坚硬棱角、粗表面纹理、近似立方体形态、粒径规格合要求，且与沥青黏附性好的集料。集料的粗糙度问题值得注意，有试验表明集料压碎值、磨耗值都很好，密度也大，可是在马歇尔稳定度、车辙试验动稳定度却很低，其原因主要是集料破碎面不粗糙引起。细集料的含泥量对路面的高温稳定性有着很大的影响，石屑中的粉尘含量高，将导致抗车辙性能迅速下降。严格控制粗集料的针片状含量，如果针片状含量过大，在行车作用下，将加速车辙的发生。
3、合适的沥青等级和用量
夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、弯道或上坡路段等，应选用高质量、高粘度、含蜡量及软化点低的A级石油沥青，性能可靠的改性沥青更佳。一般来讲低标号沥青混合料比高标号沥青混合料的高温性能要好，沥青用量略低于设计用量有利于沥青混合料高温性能的提高。但就沥青对混合料的高温性能的影晌来讲，其含量可能比沥青本身特性的影响还重要。对于细粒式或中粒式密级配的混合料，适当减少沥青用量有利于抵抗车辙产生。但对于粗粒式或开级配沥青混合料来说，不能简单的采用减少沥青用量来改善抵抗车辙性能，同时应综合考虑级配、集料与沥青的粘结力、混合料的空隙率等。
4、良好的级配设计
良好的级配设计对沥青混合料的高温性能有着至关重要的影响，目前骨架密实型结构的高温性能较好，被越来越多地采用。在沥青混合料设计时，适度的调整级配曲线，增加粗集料用量，同时严格控制关键筛孔的通过率，有利于提高混合料的高温稳定性。在进行生产配合比设计时，在以目标配合比为依据的基础上，严格控制冷料仓和热料仓的配合比，防止生产过程中产生较大的变异。
5、施工过程质量控制
施工过程质量控制主要包括混合料的拌制、运输、摊铺、碾压等环节，由于各环节紧凑、控制的重点较多，因此控制难度也较大。在实际施工过程中，一般分为前场控制和后场控制，通过前后场结合来控制运输过程，在一定程度上取了较好的实践效果。但后场控制仍须加强，在生产过程，应重点抽查热料仓中0.075mm的通过率，同时，雨季施工还应加强对热料仓集料含水量的检测。对于集料和沥青的加热温度也应加强控制，防止沥青加热过高或过低问题。在某条高速公路大修项目中，采用了许多办法进行生产过程控制，纠正了许多施工中存在的问题，也取得较好的效果。
6、确保结构层连续受力
我国沥青路面设计采用的弹性层状体系是严格按照层间连续的假定进行设计计算的，如果由于层间污染使沥青层不能成为一个整体，将导致沥青路面的受力状态发生质的变化。为保证沥青层之间以及沥青层与基层的连接，确保符合设计时的受力条件，提高抗车辙能力，必须确保层间粘结，现行规范对此单独作出说明，足以见其重要性。因此，在工程实施中应合理安排施工工序，尽量避免交叉施工产生的污染。
7、对待弯道及纵坡的考虑
对高速公路沥青路面大量的车辙调查发现，在長大弯道及纵坡较陡的路段，重载集成的渠化交通作用下，其车辙的形成要较一般路段形成的早，且较严重。因偏压和减速的作用，对于同一点的荷载作用增大或时间延长，处于粘弹性状态的沥青混合料的蠕变量也就越大。因此，对于重车较多的长大弯道或纵坡较陡的路段，尤其是在夏季高温地区应尽量少设置。如处于多方面考虑无法避免，亦应考虑合理措施进行预防，如采用水泥混凝土路面、或增加特殊设计的重载车车道等，在目前很多高速公路也确实在这样做着。
8、在交通管理方面的考虑
对于刚摊铺完成的沥青路面，在混合料内部温度没有降低之前，应严禁施工车辆尤其是重载车通行。对于已通车的高速公路，如交通量在缓慢增加的情况下，经过一定时间的老化，则路面出现车辙相对较为轻微；如刚开通即出现较大的交通量，尤其是重载车较多，则出现的车辙相对较为严重。因此夏季高温时，可通过给路面洒水降温，以减少车辙；或在交通管制方面采取一定的措施，如高温时段限制重载车通行等措施。
影响沥青路面产生车辙的因素很多，当多种因素结合在一起就会产生综合影响。目前许多在建高速公路仍在遵循着“模糊的准确胜过精确的错误”的路线，但如果切实提高路面的抗车辙能力，又不损其它方面性能，仍须继续深入研究。控制沥青路面车辙，不能片面扩大化，也不能在原地打转，笔者认为仍然有一些想法可以继续去探索：
1、目前现场工地试验室控制沥青质量的指标，是否能全面反映沥青品质，是否需要进一步增加控制指标或提高标准。
2、高温季节暴雨后车辙的发展速度明显加快，水在路面抗渗性能较差的情况下，是否对车辙的形成起到推波助澜的作用。
3、国内许多研究机构开展了一些室内环道试验及野外现场直道试验，更好地反映了路面车辙的形成过程和性状，如何通过这些试验，在室内寻找到一种合适的试验方法，预测路面各层位的变形趋势。
参考文献
[1] 沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防【M】．北京：人民交通出版社，2001．
[2] 公路沥青路面施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[3] 公路沥青路面设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2006．
[4] 梁锡三．沥青混合料设计及质量控制原理【M】·北京：人民交通出版社，2008．
[5] 沈金安．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策【M】．北京：人民交通出版社，2004．