沥青路面产生车辙的原因(高速公路沥青路面车辙问题综合研究)

引言

行车噪声低、视线好、舒适度高、轮胎与路面接触摩擦力大、路面柔性高是沥青路面的主要特点。沥青路面的这些优点使得其在世界各国得以广泛应用。在高速公路工程建设中主要采用的是沥青路面材料。近年来，我国高速公路的建设逐步加速，交通量逐年增加，同时物流行业的蓬勃发展使得道路交通量中的大型货车占比上升，因此，沥青路面在相当长的一段时期内成为我国各级公路路面建设中主要采用的材料形式。

沥青混合料作为一种典型的黏弹性材料，有的公路甚至刚刚通车2—3年就已出现破损病害，并随着时间的推移逐渐扩大。车辙是沥青路面病害中最主要的类型现行沥青路面设计规范在防治车辙方面尚存在一定的欠缺，加之各地情况不尽相同，使得车辙损害成为道路损坏的一个主要现象。

高速公路路面材料性能与交通荷载分析

本文依托项目情况如下：密涿支线是山西煤矿外运的重要通道，货运车辆超载现象严重，调査表明，此段道路的车辙、拥包等现象严重。这种现象在河北省和其他省市山区高速公路建设中均广泛存在。由此看来，结合当下我国道路建设的实际情况和交通量增长趋势，对高速公路路面结构设计及其材料在抗车辙性能方面进行深人研究，为以后的高速公路建设提供数据支撑和理论参考，用来更好地完善施工图设计与实地施工质量，是非常必要和迫切的。

路面材料性能的气候影响因素分析

阳光直射、外界温度、雨雪天气即本文中定义的气候条件，是路面结构所处的外界环境因素。外界环境因素中各个因素都会对沥青混合料的高温稳定性产生或多或少的影响。

影响沥青混合料高温性能的主要因素是温度。由于浙青混合料自身热量难以散发的特性，路面聚集的热量难以短时间挥发，当热量聚集时，沥青混合料的流变性增强，在车辆荷载的不断重复作用下，路面形成累积变形，即拥包和车辙损坏。

车载重量

车辆的荷载越大，车辆对于路面造成的损坏就越大。尤其是当路面温度高，沥青混合料高温稳定性下降时，路面结构受到外力荷载作用，内部结构改变，变形极易形成，最后导致路面整体破坏，最终影响道路的整体使用性能。世界各国公路研究工作者经过研究发现，车辆对于路面的破坏程度与车辆总重量的N次方成正比。

行驶速度

相同荷载作用下，沥青路面的损坏程度与车辆荷载的持续作用时间成正比。当下货运市场中的大型车占比较多，行驶速度慢是造成大货车路面损坏严重的关键因素之一。因此相同载重量的货车，行驶慢的车相当于行驶速度快的货车多次碾压路面。

渠化交通

渠化交通是指采用交通导流的方法将车辆行驶轨迹规范化，进而实现快速通过，安全行车。交通量越大、重型车占比越大、车辆行驶越慢，交通渠化现象就会愈加严重，交通渠化程度越高，车辙出现的几率就会成倍增加。

车辙形成过程分析

车辙的形成过程主要分为三个阶段。

(1)最初的压密阶段：成型前沥青混合料是松散混合物，碾压后沥青与胶浆被压人石料间隙，即形成一定骨架的结构。(2)混合料的压密稳定阶段：外力作用下混合料的组合结构失去稳定性，这部分半流动状态的物质随沥青混合料自由流动，使得路面产生变形。(3)剪切破坏阶段：随着半固态物质的流动，外力荷载主要作用在集料上，这使得沥青及胶浆材料流向自由面。

如果从宏观变形的角度来看沥青面层的变形过程，沥青面层的变形层可以分为两个不同的区域，即：密实流动和流动松胀。这两个区域以轮迹边缘的圆柱面为界面，密实区域的混合料经过这个断面向流动松胀区域移动，最终形成浙青路面的整体变形。

不同车辙类型的成因分析

(1)失稳型车辙。路面面层材料在外力形成的剪切应力作用下，形成失稳、凹陷和横向位移是失稳型车辙形成的主要原因。(2)结构型车辙。结构型车辙形成的主要因素是路面结构层或路基强度不足。结构型车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面呈浅盆状的凹形。(3)压密型车辙。压密型车辙形成的主要原因是路面施工时碾压不充分。这种车辙两侧没有隆起，只有下凹，主要形成在车道线附近。

车辙防治技术研究

车辙是目前高速公路沥青路面的主要损坏类型，车辙的防治已逐渐成为沥青路面寿命设计中一项重要的独立设计指标，对高等级沥青路面进行抗车辙探索，提高高等级沥青路面的使用性能，是当下道路工程学界亟待研究的重点。为了有效地预防高等级沥青路面车辙的产生，常采用的车辙防治技术有以下几种：(1)混合料的级配设计方法；(2)改性沥青方法；(3)外掺剂方法。

混合料的级配设计方法

本项目利用3种不同的ＳＭＡ间断级配进行车辙试验，通过观察实验结果得到如下结论：当沥青混合料中的粗集料含量较多时，可以有效提升沥青混合料的抗车辙能力，如果适当提高中粗集料用量有利于提高混合料的高温稳定性，同时采用骨架密实型集料，有利于抗车辙性能的提高。因此，合适级配的选择至关重要。

改性沥青法

改性沥青的发现为提高沥青混合料的路用性能提供了一个新的研究方向。将改性剂添加到沥青混合料中，即改性沥青，这样可以有效改善沥青混合料的路用性能。经过试验得到以下结论：在相同的试验条件下，SBS改性沥青混合料的形变明显小于AH．70基质沥青混合料，说明采用SBS改性沥青对混合料的路用性能起到了改善作用，特别是高温稳定性。

虽然SBS改性沥青改善了混合料性能，但是SBS改性沥青本身还存在一些问题：(1)制作改性沥青需要专门的设备；(2)制作温度较高，容易加速沥青老化；(3)运输和储存过程要求技术高；(4)改性沥青造价高。

结论

半刚性基层沥青路面是我国目前广泛采用的高等级路面设计形式，因此，为提升我国道路设计水平和道路使用性能，积极探索防治路面车徹的方法，采用理论创新和实地调研的方法得到防治车辙的新思路就显得十分必要。探索一种施工方法简单、强度＿、经济、性能稳定及环保的抗车徹浙青路面，将有广阔的应用即景。

本文研究成果不仅可完善道路设计理论，而且在高速公路建设中能从根本上改善道路及人类生存环境状况，提高道路的使用寿命。因此，结合公路交通的实际情况，对高速公路路面结构设计及材料进行深入研究，具有重要的理论意义和应用价值，也可为今后公路建设的设计与施工提供参考。

本文的主要研究成果如下：

(1)通过对某地区的实地调查和现场数据采集整理，分析出路面产生的车辙类型，结合当地路用材料和交通荷载的特性，分析了影响车辙的内部因素和外部因素，得到了车辙的形成机理。(2)通过对沥青混合料内部结构在外力作用下的变形分析得到沥青混合料形成车辙的具体过程并用计算机仿真模拟其形成过程，给出了变形效果阶段示意图。(3)通过改善混合料的级配设计技术，采用改性沥青的车辙防治技术，结合密涿高速大流量、重交通、不变更设计的特点，提出了外掺抗车辙剂防治技术；提高了沥青道路的舒适性，延长了道路的使用寿命。(4)添加抗车辙剂的沥青路面具有施工方法简单、成本低、强度高、抗车辙效果好等特点，减少了道路的维护费用，提高了道路舒适性和经济性。所以抗车辙沥青路面技术是可行的，增强路面抗车辙能力，减少了大量建设投资和养护费用，经济效益非常显著。