高速公路车辙的成因与防治措施.doc

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高速公路车辙的成因与防治措施

一、高速公路车辙分级

通过对京石、保津等高速公路的调查，车辙病害主要发生在行车道。

调查结果最大处为83mm，车辙大于40mm的路段占调查路段的30%，切割断面显示沥青路面三层都发生了较明显的车辙，同时在京石高速切割断面显示，中、下面层也发生较严重车辙，特别是中层变形较大。

根据近年来我省车辙处理的经验，按深度分为轻微车辙、轻度车辙、重度车辙等三种类型，并根据车辙种类不同，分别制定不同的养护对策。

二、沥青高速公路车辙破坏类型

料的侧向位移产生的累积永久变形。

车辙按成因不同分3类：

由沥青路面以下各结构层的永久性变形引起的结构性车辙；由混合料的侧向流动变形引起的失稳性车辙；压密性车辙和磨损性车辙。

2.1结构性车辙

 结构性车辙是指路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成的车辙，这种变形主要由路基变形而产生。

此类车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的U字型（凹型）。

2.2失稳性车辙

   失稳性车辙是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材科的流动产生横向位移而形成。

通常发生在轮迹处，当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下就会产生这类车辙。

这种车辙一般都有剪切变形产生的两侧隆起现象，车辙断面成W型（图3、图4），易发生在车速较慢、横向应力大的上坡路段。

失稳性车辙危害最为严重，它是山区高速公路车辙病害的主要类型，影响因素多而复杂。

2．3压密性和磨损性车辙

  压密性车辙是由于沥青面层本身的压密而引起；磨耗型车辙是由于沥青路面结构表层材料在车轮磨损和自然环境作用下，持续不断损失形成的。

这2类变形对车辙的贡献很小。

三、车辙成因的综合分析

通过现场调查并进行路面钻芯和切割取样分析，综合室内试验结果分析得出车辙产生的原因，总体来说车辙产生的因素可分为外因和内因两个方面：

3.1外部因素分析：

　　外部因素主要包括高温、重荷载、渠化交通、车流量、路面坡度的影响，其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素。

（1）高温对车辙的影响：

荷载和温度是路面产生车辙的两个重要因素，路面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。

通过调查发现高速公路车辙的产生一般发生在每年的7、8月份中，尤其是连续两三天内出现高温天气时，车辙很容易出现。

一般连续的高温使得路面积聚的热量不能很快的释放出去，沥青混合料在持续高温环境下，粘聚力降低，抗剪强度降低导致了路面的破损，同样是高温的天气，在广东等地车辙却出现很少，究其原因是因为南方的雨水较多，对路面起到了降温的作用。

（2）超载和车流量对车辙的影响：

同轴载作用下沥青层内剪应力理论研究表明；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，采用有限元力学计算分析方法分析了不同轴载对沥青路面车辙的影响。

　　从上面的分析不难发现随着车辙试验的轮压增大时，车辙次数降低，但是轮压与车辙次数并不是简单的线形关系，只是随着轮压的增加，车辙次数下降速度加快，当轮压小于设计压强时，车辙次数大幅提升。

　　（3）渠化交通的影响：

高速公路渠化交通是产生车辙并进一步加剧的一个重要因素。

车辙形成因素的几个外因中，按照分析及实际观测，温度与荷载影响最大，车速与交通渠化对车辙的影响位于其次。

当然形成车辙的外部影响因素并不能完全解释车辙形成原因，还必须通过内部因素分析。

3.2内部因素影响

（1）结构方面：

通过对路面厚度与剪应力关系进行了理论分析；根据高速公路沥青面层厚度的调查，通过有限元计算方法分析，选取了8cm，12cm，15cm和18cm四种面层厚度，得到不同厚度时沥青面层的剪应力计算结果表明：

①面层厚度变化对沥青面层剪应力的影响很小。

②最大剪应力值位于2-9cm范围，即中面层是承受剪应力主要层次，从现场切割的断面也可以验证这一点。

③当沥青层厚度超过18cm时，沥青面层与基层间所受的剪应力趋于零。

④沥青面层厚度越小，沥青面层与基层的层间剪应力越大。

（2）原材料性质及材料设计方面的影响：

①沥青材料性质的影响：

优质沥青的使用提高了路面的使用性能。

课题组对70号沥青、SBS改性沥青和TLA改性沥青（30：

70）混合料进行了车辙的室内试验对比，采用级配类型为AC-20，设计方法采用GTM设计，从试验结果可以看出，改性沥青的粘度大于普通沥青粘度，并且改性沥青混合料的抗车辙能力明显高于普通沥青混合料。

　　②沥青混合料级配的影响：

级配是沥青混合料中矿料的最重要特性，几乎影响到沥青混合料的所有重要特性。

我们对从现场取回的芯样进行了室内的抽提筛分试验，结果发现车辙较轻的宣大高速公路4.75mm筛孔以上较设计级配普遍偏细，2.36mm筛孔以下较设计级配普遍偏粗，符合优化级配的走向原则，优化级配为S型的紧密嵌挤型矿料级配，S型级配由于减少了最粗部分和最细部分的集料，中间档次的粗集料4.75mm、9.5mm以上部分用量增加，使级配的嵌挤能力大大提高，明显改善了沥青混合料的高温稳定性。

而车辙较严重的保津高速公路较设计级配4.75mm筛孔以上偏细，级配已形不成嵌挤结构，是形成车辙主要原因。

从试验可以得出，为了提高沥青混合料的高温性能，应该采用粗型级配，并应使矿料级配接近骨架密实结构。

　　从已进行的车辙试验分析：

针片状含量增加到30％时，对连续级配沥青混合料的高温抗车辙能力影响不大，车辙基本上在同一水平，但是对骨架结构级配的高温稳定性影响比较大，当针片状含量大于10％时，动稳定度次数急剧下降。

　（3）施工质量控制及路面均匀性的原因：

目前施工质量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：

①混合料离析比较严重，造成级配偏差，产生软弱的混合料；②注重平整度，降低了对压实度的要求；③现场施工组织差，碾压不及时，漏压；④油石比控制不准确等因素；⑤施工过程中层间结合差，造成沥青路面层间滑动。

　　通过以上总体分析，预防形成车辙的措施，首先要从设计、用油质量和比例及施工质量控制抓起，严格控制超限车辆的通行，才能从根本上控制路面车辙的产生。

（考试大公路监理师编辑整理

四、预防车辙的技术措施

从陕西省高速公路沥青路面形成车辙的类型看，85％以上车辙属于面层失稳型，即由沥青面层引起的。

因此，目前陕西省预防车辙主要针对沥青面层主要的技术措施如下。

4.1加强矿料质量管理

   沥青面层所用集料由项目建设执行机构制订准入条件，将符合要求的石料场提供给承包商，由承包商负责采购。

目前，陕西省交通厅还明确要求：

（1）中、上面层所用集料必须水洗（图5），并且针片状和软石含量不能超过10％。

（2）矿粉必须在沥青拌和厂集中用1-2cm石灰岩碎石加工而成，且亲水系数小于0．8。

4.2采用沥青稳定碎石基层+半刚性基层组成的混合式基层

   正在建设的永威高速公路、凤永高速公路、蓝商高速公路、柞小高速公路等均采用了沥青稳定碎石基层+半刚性基层组成的混合式基层，沥青层厚度由原来的15cm增加至18-22cm，有效地降低了半刚性基层的疲劳应力水平和其层间的剪切应力，从而提高了沥青路面整体抗车辙能力。

4.3在半刚性基层上采用热沥青同步碎石作下封层

   为了增强半刚性基层与沥青层之间的联结，采用SBS改性热沥青同步碎石作下封层（图6）。

碎石一般采用1-2cm石灰岩碎石。

沥青洒布量一般在1.5~2．0kg／m2左右，碎石撒布量以沥青不粘轮为准。

由于沥青洒布量大，因此，该层还起到封水和防止反射裂缝的作用。

4.4优化沥青混合料级配

  各层沥青混合料均采用骨架密实结构，且中、上面层不允许采用天然砂，而采用机制砂，同时控制机制砂的粉尘含量不超过10％。

对下面层可采用天然砂，但其含量不应超过混合料总重量的10％。

4.5严格控制沥青混合料中的沥青用量

  通过室内马歇尔试验和GTM（或SGC）试验共同确定沥青混合料中的沥青用量，尽可能采用较低的油石比。

4.6对长大陡坡路段的路面进行特殊设计

  对纵坡大于2．5％、坡长大于500m的路段，其路面结构必须进行特殊设计。

对西汉高速公路长大陡坡路段的路面结构为：

上面层是4cmAC-13C聚酯纤维SBS改性沥青混凝土，中面层为6cmAC-20高模量沥青混凝土，下面层为8cmATB-30（A_70~沥青）。

4.7在沥青混合料中添加抗车辙剂

   为了提高沥青混合料本身的抗车辙性能，常在中面层的沥青混合料中添加抗车辙剂（图7），其混合料的动稳定度均能达到6000次／mm以上。

常用的抗车辙剂有法国PR公司生产的PRPlasts，其用量一般为沥青混合料总重量的0．3％。

4.8采用沥青混合料转运车

   在永咸高速公路上，为减轻沥青混合料的温度离析和集料离析，在沥青混合料的摊铺过程中采用了自加热式沥青混合料转运车（图8）。

从铺筑的效果来看，能显著缓解集料离析现象，从而提高沥青混合料的抗车辙能力

五、高速路车辙治理

研究针对路面车辙不同的成因和严重程度提出了不同的处治方案：

1对于压密和磨损型车辙，采用微表处治直接填补修复技术

这类车辙一般都不太严重。

假如没有其它的严重病害，其深度为1．Ocm时，可直接采用单层微表处填补修复。

假如深度在1．Ocm到2．Ocm的范围内，则可直接采用复式双层微表处修复，摊铺宽度均为1．4m。

假如车辙路面磨光或水损坏严重，则可采用单层微表处直接填补车辙，以后再用微表处对车道加铺lcm厚的罩面，以提高路面抗滑及防水能力和改善路况。

2对于车辙深度在2cm以上的严重失稳型车辙，采用铣刨后加铺沥青混凝土面层修复技术

这一类车辙多由于上面层或上、中面层或上、中、下面层，高温稳定性不足而产生。

处治时，先铣刨掉其产生车辙的各面层。

铣刨宽度视车辙范围而定，一般单车道4m，双车道8m。

铣刨后，认真检查产生车辙的面层铣刨后露出的

下卧层状况，若有病害应酌情处治。

面层车辙和下卧层病害处治后，车道整体铺筑改性沥青结构层，新铺结构的上面层4cm细粒沥青混凝土AC-13C+中面层6cm中粒沥青混凝土AC-20C+下面层6—8cmAC-25C。

3、虽长坡、陡坡、弯坡桥桥面及匝道等非凡路段的车辙采用水泥沥3青混凝土新技术

水泥沥青混凝土路面亦称灌注式半刚性路面，是目前车辙防治的一项新技术。

这项技术是首先铺筑沥青混凝土面层，空隙率控制在15—20％，然后使用稀浆封层摊铺机将水泥乳浆“灌入”沥青混凝土层中，养生后形成半刚半柔性路面。

2004年～2005年运用上述研究成果对合安高速公路进行了车辙综合处治施工。

合安高速公路于2002年9月建成通车，不到两年，由于高暖和重型车辆严重超限运输等原因，其沥青路面出现早期破坏和不同程度的车辙。

运用上述技术分别对其重车辙进行了有效处治，非凡是合肥至安庆方向K116+700-K116+900坡道进行的水泥沥青混凝土路面试验段铺筑。

经过两年高温重载行车检验，路况良好，基本未出现车辙

总结：

车辙是高速公路沥青路面早期破损最经典的一个病害，尽管国内外许多学者对其进行了较深人的研究，取得了一定的研究成果和实践经验，但是由于理论上没有完全跳出半刚性基层沥青路面这一框框的约束，也没有解决车辆超载问题，使得这一病害还在各条高速公路上不同程度的存在。

我们一方面要进一步加深对其研究，另一方面要采取新思路，新的研究方法，以解决这个问题。