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摘 要：随着我国经济的发展，交通量不断增加，轴载明显增大，现代交通的渠化设计给沥青路面带来了明显的早期损害。车辙是早期损害中最普遍的现象之一，严重影响行车质量，降低沥青混凝土路面的使用寿命，甚至引发交通事故。本文分析了沥青路面车辙形成的机理和成因，并提出了相应的防治措施。
关键词：沥青路面； 车辙
车辙是公路沥青路面一种危害性较大的病害类型，在现代交通状况下，车辙出现的速度和普遍性大大超过了预期，严重影响了公路的服务质量和行车的安全，并直接影响路面使用寿命，给沥青路面和路面使用者带来诸多危害。
1.沥青路面车辙的类型
车辙是由路面的结构层及土基在行车荷载反复作用下，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。沥青路面车辙按成因分三类：①结构型车辙主要是由于路面基层和路基的强度不够，在车辆荷载的作用下，路面基层及路基变形引起的。车辙的宽度较大，两侧没有明显隆起现象，横断面呈U字形；②失稳型车辙是在高温条件下，荷载应力超过沥青混合料所能承受的稳定性应力极限，发生流动变形并不断累积所形成的车辙。一般发生在上坡路段、交叉口附近，车速慢，轮胎接地时间长，横断面呈W形；③磨耗型车辙是由于沥青路面顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素下不断的磨蚀形成的，尤其是冬季埋钉轮胎形成的磨损性车辙。
2.外部因素
2.1超载对车辙的影响
车辙产生的主要原因之一是在车轮竖向和水平荷载作用下，沥青层内产生剪应力，致使沥青混合料产生剪切变形，不可恢复变形的不断累积形成车辙。以半刚性基层沥青混凝土路面作为典型结构，根据有限元力学计算分析方法对计算结果的分析，无论在平坡还是在上坡路段车辆轴重越大，剪应力越大。车辆在平坡路段行驶时，当车辆轴重从100kN增加到150kN、200kN时，最大剪应力由0.157MPa增加为0.232 MPa、0.308 MPa，分别增加了48%和96%，在深度4～6cm范围内剪应力较大。通过上述分析发现，随着轴重增加，剪应力几乎按照相同的比例增大，即剪应力与车辆轴重近似地表现为45°线性递增的比例关系。
2.2温度和水对车辙的影响
荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下的蠕变过程。温度越高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。随着温度的升高，动稳定度迅速下降，车辙深度急剧上升，呈指数级变化趋势。主要是由于沥青属粘弹性材料，在软化点附近的温度范围内沥青的弹性比例降低，已经开始发生粘塑性流动，此时在行车作用下极易产生永久性变形。
根据我国对气温与车辙关系的直接观测结果发现，当气温低于35℃时，路表温度一般低于55℃，这时车辙不会有太大发展，能够限制在8 mm以内，当路表温度达到60℃，气温这时一般已超过38℃，车辙就会明显发展，如果气温持续高达38℃以上，就会发生严重的车辙病害。由气温变化的不同， 在54℃、57℃、60℃、63℃、66℃、69℃六种不同环境温度进行同种级配不同沥青的动稳定度试验。试验发现：在相同荷载作用下，温度升高，沥青混合料的动稳定度下降，这也印证了在高温时采用了低动稳定度的材料：采用SBS改性沥青的动稳定度明显好于道路石油沥青的动稳定度，下降趋势较缓。
沥青路面中水的存在，往往会加速车辙的产生，而在标准车辙试验中，没有考虑水对沥青路面车辙的影响。本文采用浸水车辙试验来研究浸水条件下沥青路面车辙的发展规律。制作300mm×300mm×50mm的沥青混合料板状试件。在浸水条件下取不同温度（60℃、65℃、70℃）测其动稳定度的变化。研究表明，随着温度的提高和浸水时间的延长，沥青混合料的变形越来越大，变形速率随着温度的增加而加快。由于温度越高，沥青的流动性能越严重，所以车辙变形也随着温度的升高而急剧增大。
3.内部因素
3.1矿料级配
矿料级配对车辙试验结果（动稳定度）影响很大，过粗会使空隙率增大，矿料间稳定性下降而导致动稳定度降低。过细则粗骨料减少，细骨料增加，形成悬浮结构，动稳定度也随之下降。在规范允许级配内，矿料偏粗动稳定度高，偏细动稳定度低。
3.2沥青用量
在温度、级配等不变的情况下，沥青用量的大小对动稳定度的影响很大，即存在最佳沥青用量。沥青用量由小增大到最佳用量时，沥青混凝土的粘结力和强度增加，从而增加动稳定度；但超过最佳沥青用量就会产生游离沥青，集料之间的内摩阻力和稳定性下降，从而降低动稳定度。
3.3沥青与矿料的粘附性
粘附性是衡量沥青与矿料裹覆后的剥落性能的指标。它取决于沥青与矿料的种类，如矿料的表面纹理、空隙、微裂缝、沥青性质等。
4.防治措施
对于荷载和温度外部因素，可以采用有限元的方法预估。对于内部因素，则要从材料方面提出一些改善措施。
4.1选用高粘度和添加改性剂的沥青
用于高等级沥青路面的沥青结合料必须具有较高的粘度，与集料具有良好的粘附性，以保证沥青混合料有足够的高温稳定性和低温抗裂性。在沥青中掺加树脂类高聚物、橡胶类高聚物和树脂橡胶合金共聚物，可以改善沥青多方面的流变性质。
4.2使用具有棱角性的集料
通常具有显著的面和棱角，近似正立方体，具有粗糙表面的矿质集料在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩檫角。合理调整矿料级配，使之走向成“S”型的间断级配。增加粗集料用量，保证粗集料与细集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，使沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青粘度有所下降，但由于集料嵌挤作用，高温抗车辙能力有所改善。
4.3提高车辙试验的指标和检测技术
针对我国现行车辙试验规范值偏小的情况，我们在沥青混凝土配合比设计时应有意识地提高混合料中车辙试验的动稳定度标值准，以减少车辙的产生。同时铺筑试验路段和采用先进的检测技术，对车辙状况做准确的检测，以便因地制宜。例如超声和激光波检测仪对车辙的快速检测为道路养护提供了主要依据。
5.结束语：
综上所述，产生车辙的因素很多，要减少车辙，必须从设计到施工全方位进行控制。在修筑沥青路面时，应先选用优质原材料进行配合比设计、铺筑试验路段进行高温、低温，水稳定性检验，调整最佳配合比并选用合理的施工工艺进行施工。这样，以求得满足抗车辙要求的沥青路面是不难实现的。
参考文献
《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）
《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）
关键词：沥青路面； 车辙
车辙是公路沥青路面一种危害性较大的病害类型，在现代交通状况下，车辙出现的速度和普遍性大大超过了预期，严重影响了公路的服务质量和行车的安全，并直接影响路面使用寿命，给沥青路面和路面使用者带来诸多危害。
1.沥青路面车辙的类型
车辙是由路面的结构层及土基在行车荷载反复作用下，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。沥青路面车辙按成因分三类：①结构型车辙主要是由于路面基层和路基的强度不够，在车辆荷载的作用下，路面基层及路基变形引起的。车辙的宽度较大，两侧没有明显隆起现象，横断面呈U字形；②失稳型车辙是在高温条件下，荷载应力超过沥青混合料所能承受的稳定性应力极限，发生流动变形并不断累积所形成的车辙。一般发生在上坡路段、交叉口附近，车速慢，轮胎接地时间长，横断面呈W形；③磨耗型车辙是由于沥青路面顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素下不断的磨蚀形成的，尤其是冬季埋钉轮胎形成的磨损性车辙。
2.外部因素
2.1超载对车辙的影响
车辙产生的主要原因之一是在车轮竖向和水平荷载作用下，沥青层内产生剪应力，致使沥青混合料产生剪切变形，不可恢复变形的不断累积形成车辙。以半刚性基层沥青混凝土路面作为典型结构，根据有限元力学计算分析方法对计算结果的分析，无论在平坡还是在上坡路段车辆轴重越大，剪应力越大。车辆在平坡路段行驶时，当车辆轴重从100kN增加到150kN、200kN时，最大剪应力由0.157MPa增加为0.232 MPa、0.308 MPa，分别增加了48%和96%，在深度4～6cm范围内剪应力较大。通过上述分析发现，随着轴重增加，剪应力几乎按照相同的比例增大，即剪应力与车辆轴重近似地表现为45°线性递增的比例关系。
2.2温度和水对车辙的影响
荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下的蠕变过程。温度越高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。随着温度的升高，动稳定度迅速下降，车辙深度急剧上升，呈指数级变化趋势。主要是由于沥青属粘弹性材料，在软化点附近的温度范围内沥青的弹性比例降低，已经开始发生粘塑性流动，此时在行车作用下极易产生永久性变形。
根据我国对气温与车辙关系的直接观测结果发现，当气温低于35℃时，路表温度一般低于55℃，这时车辙不会有太大发展，能够限制在8 mm以内，当路表温度达到60℃，气温这时一般已超过38℃，车辙就会明显发展，如果气温持续高达38℃以上，就会发生严重的车辙病害。由气温变化的不同， 在54℃、57℃、60℃、63℃、66℃、69℃六种不同环境温度进行同种级配不同沥青的动稳定度试验。试验发现：在相同荷载作用下，温度升高，沥青混合料的动稳定度下降，这也印证了在高温时采用了低动稳定度的材料：采用SBS改性沥青的动稳定度明显好于道路石油沥青的动稳定度，下降趋势较缓。
沥青路面中水的存在，往往会加速车辙的产生，而在标准车辙试验中，没有考虑水对沥青路面车辙的影响。本文采用浸水车辙试验来研究浸水条件下沥青路面车辙的发展规律。制作300mm×300mm×50mm的沥青混合料板状试件。在浸水条件下取不同温度（60℃、65℃、70℃）测其动稳定度的变化。研究表明，随着温度的提高和浸水时间的延长，沥青混合料的变形越来越大，变形速率随着温度的增加而加快。由于温度越高，沥青的流动性能越严重，所以车辙变形也随着温度的升高而急剧增大。
3.内部因素
3.1矿料级配
矿料级配对车辙试验结果（动稳定度）影响很大，过粗会使空隙率增大，矿料间稳定性下降而导致动稳定度降低。过细则粗骨料减少，细骨料增加，形成悬浮结构，动稳定度也随之下降。在规范允许级配内，矿料偏粗动稳定度高，偏细动稳定度低。
3.2沥青用量
在温度、级配等不变的情况下，沥青用量的大小对动稳定度的影响很大，即存在最佳沥青用量。沥青用量由小增大到最佳用量时，沥青混凝土的粘结力和强度增加，从而增加动稳定度；但超过最佳沥青用量就会产生游离沥青，集料之间的内摩阻力和稳定性下降，从而降低动稳定度。
3.3沥青与矿料的粘附性
粘附性是衡量沥青与矿料裹覆后的剥落性能的指标。它取决于沥青与矿料的种类，如矿料的表面纹理、空隙、微裂缝、沥青性质等。
4.防治措施
对于荷载和温度外部因素，可以采用有限元的方法预估。对于内部因素，则要从材料方面提出一些改善措施。
4.1选用高粘度和添加改性剂的沥青
用于高等级沥青路面的沥青结合料必须具有较高的粘度，与集料具有良好的粘附性，以保证沥青混合料有足够的高温稳定性和低温抗裂性。在沥青中掺加树脂类高聚物、橡胶类高聚物和树脂橡胶合金共聚物，可以改善沥青多方面的流变性质。
4.2使用具有棱角性的集料
通常具有显著的面和棱角，近似正立方体，具有粗糙表面的矿质集料在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩檫角。合理调整矿料级配，使之走向成“S”型的间断级配。增加粗集料用量，保证粗集料与细集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，使沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青粘度有所下降，但由于集料嵌挤作用，高温抗车辙能力有所改善。
4.3提高车辙试验的指标和检测技术
针对我国现行车辙试验规范值偏小的情况，我们在沥青混凝土配合比设计时应有意识地提高混合料中车辙试验的动稳定度标值准，以减少车辙的产生。同时铺筑试验路段和采用先进的检测技术，对车辙状况做准确的检测，以便因地制宜。例如超声和激光波检测仪对车辙的快速检测为道路养护提供了主要依据。
5.结束语：
综上所述，产生车辙的因素很多，要减少车辙，必须从设计到施工全方位进行控制。在修筑沥青路面时，应先选用优质原材料进行配合比设计、铺筑试验路段进行高温、低温，水稳定性检验，调整最佳配合比并选用合理的施工工艺进行施工。这样，以求得满足抗车辙要求的沥青路面是不难实现的。
参考文献
《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）
《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）