论文部分内容阅读
摘 要：为了提高沥青路面建设水平，首先总结了沥青路面车辙病害影响因素，随后分析了结构性车辙、压密性车辙、失稳性车辙等产生机理面，最后从原材料选择、路面结构组合、施工水平等提出了沥青路面抗车辙性能的强化方法。
关键词：沥青路面;车辙;机理分析;强化技术
1 沥青路面车辙病害影响因素
车辙是评价沥青混合料路面使用性能的关键指标之一，常见检测方法有路基横断面仪、激光车辙仪、横断面尺（人工检测）等。道路沥青路面车出现辙病害是多种因素共同作用的结果，其影响因素主要有内因和外因两个方面，具体因素如表1所示[1-2]：
同时，相关研究表明，路面车辙还与沥青混合料强度密切相关，可以用摩尔-库伦理论解释这一现象：
式中：—沥青混合料抗剪强度，kPa;—沥青混合料所受正应力，kPa;—沥青与填料的粘结力，kPa;—沥青混合料摩擦角。
2 沥青路面车辙类型及产生机理
2.1 沥青路面车辙常见类型
（1）结构性车辙。沥青路面结构性车辙宽度较大，车辆轮迹两侧不会凸起，而中间位置下凹，呈“U”形分布。这是沥青路面在反复车辆荷载作用下，路面各结构层（面层、基层、土基等）出现永久性变形所导致。
（2）压密性车辙。沥青路面压密性车辙是由于路面通行的重载车辆所占交通流比例过大或带钉轮胎车辆数量过多，这些车辆对沥青路面的压实作用较大，使得沥青混合料孔隙体积不断减少，孔隙率降低，车辆轴载作用范围内沥青路面沉降低于两侧，车辙也是呈“U”形分布。
（3）失稳性车辙。失稳性车辙分布在车辆轮迹两侧，在公路或城市道路的上坡路段发生概率较高，是对沥青路面行车安全影响最大的车辙病害。失稳性车辙产生的原因在于：沥青路面内部会在反复车辆荷载的作用下产生剪应力，此时沥青混合料如果处于温度高的环境中，其抗变形能力会降低，导致路面产生剪切破坏，轮迹处下凹，轮迹两侧向上隆起，整体呈“W”形破坏。
2.2 沥青路面车辙产生机理
相关研究表明，沥青路面车辙形成主要包括压密阶段、压密稳定阶段、剪切阶段，各阶段的车辙深度变化如图1所示：
由图1可知，在压密阶段，沥青路面车辙深度变形为凸曲线，变形速率先快后慢;在压密稳定阶段，车辙深度基本随着荷载作用次数的增加而线形增加，变形速率比较稳定。在剪切阶段，当荷载作用次数超过某一临界值，车辙深度迅速增加。
3 沥青路面抗车辙性能改善措施
3.1 原材料选择
（1）沥青选择。为了强化沥青路面的抗车辙性能，首先应选择合适的沥青标号（70#沥青及以上），以确保沥青混合料具有良好的稳定度;其次，应该根据路面所处区域的自然条件选择合理的针入度、软化点，从而提高沥青混合料的抗车辙能力。同时，如果沥青路面在爬坡路段较多的丘陵或山地，尽量采用改性沥青，这是因为改性沥青动稳定度约等于普通沥青的2倍，抗车辙能力更佳。
（2）集料选择。集料间嵌挤作用及集料与沥青的粘结作用是影响沥青混合料抗车辙能力的关键因素，因此应当选择优质集料。集料性能应满足以下要求[3-4]：第一，粗集料应具棱角，并保持干净，与沥青有良好粘附作用;第二，细集料尽量采用稳定性好的机制砂，如果条件不允许，也可采用天然砂，但用量不得超过10%;第三，集料加工期间针片状含量不得过多，否则在车辆荷载作用下容易破坏，影响沥青路面抗车辙性能。
（3）外加剂选择。沥青混合料中可添加适当的抗车辙剂来改善路面的抗车辙性能。
3.2 路面结构设计
（1）路面结构材料要求。目前沥青路面车辆超载现象越来越普遍，会加剧路面车辙发生的可能性，尤其是长大纵坡路段，车辆对沥青路面的危害更严重。在开展路线设计时应当在保证道路使用功能和运营寿命的前提下，尽可能地优化道坡长、坡度等，以确保不出现长大纵坡路段。如果长上坡路段不可避免，路面结构可采用水泥混凝土，以降低高温条件下车辆对路面的危害，减少车辙病害。对于普通路段，沥青路面的面层和基层应具有较高的模量、抗疲劳性能等。
（2）增加抗车辙指标。目前国内规范对沥青路面抗车辙性能评价主要是根据弯沉值，但是单一的弯沉指标并不能指标反映沥青路面结构组合的复杂性和车辙的多样性。特别是当沥青路面长期处在温度较高的环境时，沥青混合料流动性提高，在车辆荷载作用下被挤密、压实等出现永久变形，导致路面产生车辙，但此时弯沉值并没有明显的变化。因此，沥青路面结构在设计时可适当增加国外规范中相关指标，以提高路面建设水平，减少车辙的出现。
3.3 施工质量控制
良好的施工质量控制方案时改善沥青路面建设水平的关键因素。同时，沥青路面出现车辙主要原因之一就是路面摊铺和碾压过程操作不规范。为了避免因施工质量问题导致沥青路面出现车辙病害，可从以下几方面进行质量控制：第一，严格控制沥青混合料施工配合比，并对每组混合料性能进行试验验证;第二，沥青混合料在运输、摊铺期间，不得出现离析现象;第三，沥青路面碾压时应坚持先轻后重、先慢后快的原则，对路面充分压实;第四，严格控制沥青路面的施工温度（大于10℃）。
4 结语
在分析沥青路面车辙影响因素的基础上，探讨了沥青路面车辙的产生机理和抗车辙性能强化措施，主要得到了以下几个方面的结论：（1）沥青路面车辙影响因素主要有沥青混合料性能、路面結构类型、气候变化、交通条件、施工质量等。（2）沥青路面车辙常见类型包括结构性车辙、压密性车辙、失稳性车辙等，基本呈U形或W形分布。（3）沥青路面抗车辙性能改善不能只针对某一项因素，而是应该从原材料、配合比、路面结构组合、施工水平等方面对其抗车辙性能进行强化。
参考文献：
[1]陈振富，吴旦，全锋，等.沥青路面车辙主要影响因素综述[J].中外公路，2016，36（4）：68-72.
[2]蔡旭.沥青路面抗车辙性能评价及结构优化[D].华南理工大学，2013.
[3]莫银芝.抗车辙剂在高速公路沥青路面工程中的应用研究[J].福建交通科技，2020（5）：9-11+42.
[4]徐利梅.沥青路面抗车辙性能强化技术研究[D].长安大学，2009.
关键词：沥青路面;车辙;机理分析;强化技术
1 沥青路面车辙病害影响因素
车辙是评价沥青混合料路面使用性能的关键指标之一，常见检测方法有路基横断面仪、激光车辙仪、横断面尺（人工检测）等。道路沥青路面车出现辙病害是多种因素共同作用的结果，其影响因素主要有内因和外因两个方面，具体因素如表1所示[1-2]：
同时，相关研究表明，路面车辙还与沥青混合料强度密切相关，可以用摩尔-库伦理论解释这一现象：
式中：—沥青混合料抗剪强度，kPa;—沥青混合料所受正应力，kPa;—沥青与填料的粘结力，kPa;—沥青混合料摩擦角。
2 沥青路面车辙类型及产生机理
2.1 沥青路面车辙常见类型
（1）结构性车辙。沥青路面结构性车辙宽度较大，车辆轮迹两侧不会凸起，而中间位置下凹，呈“U”形分布。这是沥青路面在反复车辆荷载作用下，路面各结构层（面层、基层、土基等）出现永久性变形所导致。
（2）压密性车辙。沥青路面压密性车辙是由于路面通行的重载车辆所占交通流比例过大或带钉轮胎车辆数量过多，这些车辆对沥青路面的压实作用较大，使得沥青混合料孔隙体积不断减少，孔隙率降低，车辆轴载作用范围内沥青路面沉降低于两侧，车辙也是呈“U”形分布。
（3）失稳性车辙。失稳性车辙分布在车辆轮迹两侧，在公路或城市道路的上坡路段发生概率较高，是对沥青路面行车安全影响最大的车辙病害。失稳性车辙产生的原因在于：沥青路面内部会在反复车辆荷载的作用下产生剪应力，此时沥青混合料如果处于温度高的环境中，其抗变形能力会降低，导致路面产生剪切破坏，轮迹处下凹，轮迹两侧向上隆起，整体呈“W”形破坏。
2.2 沥青路面车辙产生机理
相关研究表明，沥青路面车辙形成主要包括压密阶段、压密稳定阶段、剪切阶段，各阶段的车辙深度变化如图1所示：
由图1可知，在压密阶段，沥青路面车辙深度变形为凸曲线，变形速率先快后慢;在压密稳定阶段，车辙深度基本随着荷载作用次数的增加而线形增加，变形速率比较稳定。在剪切阶段，当荷载作用次数超过某一临界值，车辙深度迅速增加。
3 沥青路面抗车辙性能改善措施
3.1 原材料选择
（1）沥青选择。为了强化沥青路面的抗车辙性能，首先应选择合适的沥青标号（70#沥青及以上），以确保沥青混合料具有良好的稳定度;其次，应该根据路面所处区域的自然条件选择合理的针入度、软化点，从而提高沥青混合料的抗车辙能力。同时，如果沥青路面在爬坡路段较多的丘陵或山地，尽量采用改性沥青，这是因为改性沥青动稳定度约等于普通沥青的2倍，抗车辙能力更佳。
（2）集料选择。集料间嵌挤作用及集料与沥青的粘结作用是影响沥青混合料抗车辙能力的关键因素，因此应当选择优质集料。集料性能应满足以下要求[3-4]：第一，粗集料应具棱角，并保持干净，与沥青有良好粘附作用;第二，细集料尽量采用稳定性好的机制砂，如果条件不允许，也可采用天然砂，但用量不得超过10%;第三，集料加工期间针片状含量不得过多，否则在车辆荷载作用下容易破坏，影响沥青路面抗车辙性能。
（3）外加剂选择。沥青混合料中可添加适当的抗车辙剂来改善路面的抗车辙性能。
3.2 路面结构设计
（1）路面结构材料要求。目前沥青路面车辆超载现象越来越普遍，会加剧路面车辙发生的可能性，尤其是长大纵坡路段，车辆对沥青路面的危害更严重。在开展路线设计时应当在保证道路使用功能和运营寿命的前提下，尽可能地优化道坡长、坡度等，以确保不出现长大纵坡路段。如果长上坡路段不可避免，路面结构可采用水泥混凝土，以降低高温条件下车辆对路面的危害，减少车辙病害。对于普通路段，沥青路面的面层和基层应具有较高的模量、抗疲劳性能等。
（2）增加抗车辙指标。目前国内规范对沥青路面抗车辙性能评价主要是根据弯沉值，但是单一的弯沉指标并不能指标反映沥青路面结构组合的复杂性和车辙的多样性。特别是当沥青路面长期处在温度较高的环境时，沥青混合料流动性提高，在车辆荷载作用下被挤密、压实等出现永久变形，导致路面产生车辙，但此时弯沉值并没有明显的变化。因此，沥青路面结构在设计时可适当增加国外规范中相关指标，以提高路面建设水平，减少车辙的出现。
3.3 施工质量控制
良好的施工质量控制方案时改善沥青路面建设水平的关键因素。同时，沥青路面出现车辙主要原因之一就是路面摊铺和碾压过程操作不规范。为了避免因施工质量问题导致沥青路面出现车辙病害，可从以下几方面进行质量控制：第一，严格控制沥青混合料施工配合比，并对每组混合料性能进行试验验证;第二，沥青混合料在运输、摊铺期间，不得出现离析现象;第三，沥青路面碾压时应坚持先轻后重、先慢后快的原则，对路面充分压实;第四，严格控制沥青路面的施工温度（大于10℃）。
4 结语
在分析沥青路面车辙影响因素的基础上，探讨了沥青路面车辙的产生机理和抗车辙性能强化措施，主要得到了以下几个方面的结论：（1）沥青路面车辙影响因素主要有沥青混合料性能、路面結构类型、气候变化、交通条件、施工质量等。（2）沥青路面车辙常见类型包括结构性车辙、压密性车辙、失稳性车辙等，基本呈U形或W形分布。（3）沥青路面抗车辙性能改善不能只针对某一项因素，而是应该从原材料、配合比、路面结构组合、施工水平等方面对其抗车辙性能进行强化。
参考文献：
[1]陈振富，吴旦，全锋，等.沥青路面车辙主要影响因素综述[J].中外公路，2016，36（4）：68-72.
[2]蔡旭.沥青路面抗车辙性能评价及结构优化[D].华南理工大学，2013.
[3]莫银芝.抗车辙剂在高速公路沥青路面工程中的应用研究[J].福建交通科技，2020（5）：9-11+42.
[4]徐利梅.沥青路面抗车辙性能强化技术研究[D].长安大学，2009.