公路半刚性基层沥青路面车辙防治措施

高等级公路半刚性基层沥青路面由于渠化交通等因素的影响，路面过早出现的车辙问题已成为了最严重的早期病害。根据国际上的统计，在沥青路面的维修养护中，有大约80%是因为车辙变形，与其他病害相比，车辙的危害性最大，直接威胁交通安全，而且车辙的维修也最为困难，那么车辙的成因在哪里?又如何对车辙进行有效的预防?结合国内外的一些文献资料和新修订的《公路沥青路面施工技术规范》谈一些看法和想法仅供参考。

1. 0车辙的形成机理和分类

车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下，产生竖直方向性永久变形的积累。这种变形是在与时间有关的荷载因素和气候因素作用下形成的。车辙按形成原因的不同，可以大体上分为三类。1是磨耗型车辙，是由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨损和自然环境作用下，持续不断损失形成的;2是结构型车辙，由于路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形形成的;3是失稳型车辙，是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材料的流动产生横向位移形成的，通常发生在轮迹处。当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下发生的车辙主要是失稳型车辙，也叫流变型车辙。在半刚性基层质量好的情况下，路面车辙由高温时沥青混凝土的强度和面层厚度决定。本文讨论的防治技术措施主要是针对(失稳型)流变型车辙。

2. 0预防车辙的技术措施和建议

影响沥青路面流变型车辙的原因很多，包括沥青混合料本身高温稳定性不足，动稳定度不够等原因，也包括温度和交通荷载等外部因素，涉及到原材料本身质量，沥青混合料的矿料级配、沥青品质与用量、施工质量管理以及治理交通环境等诸多方面，本文综合分析了上述几个方面的影响因素，提出了10项预防流变型车辙的技术措施。

2.1严格控制集料填料质量

一般认为沥青混合料的高温抗车辙能力有60%依赖于矿料级配的嵌挤能力，沥青结合料的粘聚力则只提供40%的抗车辙能力。提高嵌挤能力首先要把严材料关。我们目前的材料(主要指集料)供应市场比较小而且很混乱，以次充好现象严重，大多数是当地个人组织开采生产，加工设备相对落后，产量低，规格不全，质量不稳定。针对这样的石料供应现状，建议工程施工时在每个路面标段料场，专门增加1套筛分设备，对不同来源的集料进行重新统一筛分，不合格的材料要清除出场，或者要求承包商自购大块片石，由监理控制，在标段料场自行加工碎石。以保证集料的质量。

沥青混合料要使用质地坚硬、粗糙、形状接近立方体的集料，要求有棱角。我国集料规范要求与superpave规范相比，缺少棱角性要求，导致碎石形状不好而造成动稳定度达不到指标要求。为了保证材料的洁净度，减少含泥量，一方面要求生产碎石时要增设抽风装置，另一方面要求必须硬化碎石存放场地。对作为细集料的石屑和天然砂，建议改变过去迷信石屑的错误做法，大力推广应用机制砂，与含有大量不耐冲击的薄片和棱角的石屑相比，机制砂棱角性好，形状大部分接近立方体，高温稳定性最好，再加上天然砂开采的受限，应该有理由大力发展机制砂。由于天然砂没有棱角，几乎成圆形，还可能由于本身SiO2含量高，而呈酸性，粘附沥青的能力差，建议重载交通及上坡路段天然砂用量尽量减少，一般不宜超过10%，但完全不用天然砂也是不对的，因为它会影响施工性能，使混合料不易压实。作为填料的矿粉，必须使用磨细的石灰岩矿粉，鉴于回收矿粉含泥量大，并且经过了高温煅烧发脆的原因，建议不再利用回收矿粉。虽然我们修订的规范还允许使用不超过25%的回收矿粉，为了质量考虑，舍去25%的回收矿粉改用新矿粉是值得的。同时为了提高集料与沥青的粘附性，建议推广掺加磨细的干燥消石灰分代替部分矿粉使用。另外，随着石料开采量的增加及环境保护的呼声越来越高，破碎砾石的使用量将会逐渐增加，为了提高沥青混合料的抗车辙能力，破碎砾石一定要较大的且洁净的砾石加工破碎，是集料的破碎面符合规范要求，在目前缺少施工经验的情况下，高等级公路一定要慎重用破碎砾石。

2.2改善混合料的矿料级配

旧的《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)提出了“矿料级配及沥青用量范围”，按“范围”的中值设计沥青混合料组成，按“范围”办事成为了工程施工的法则。但是经验和实践都证明，级配中值并不一定是混合料最佳级配组成。选择更加合理的矿料级配，是提高集料嵌挤能力，防止混合料结构性离析的基础性工作。现行密实型连续密级配沥青混合料，事实上是悬浮密实结构，而不是嵌挤密实型结构，就是该集料的嵌挤作用比较差，抗高温车辙能力不足。建议对原有沥青混合料的级配进行优化调整，减少公称最大粒径附近粗集料用量，并减少0.6mm以下部分细料的用量，使中等粒径集料较多，形成“S”型级配曲线。工程实践表明：这种矿料级配不仅抗车辙性能好，空隙小，而且构造深度也较大，能满足表面抗滑的要求。改善矿料级配不应只注重表面层，对中面层必须同样引起重视，因为中表层必须具有足够的抗车辙能力。

2.3选择合适的设计空隙率和矿料间隙率

有关试验和文献表明，空隙率对车辙的影响非常大，空隙率较大的沥青混合料，路面抗剪强度主要取决于矿料嵌挤形成的内摩阻力，而内摩阻力基本上不随温度和加荷速度而变化，而空隙率小的沥青混合料路面，则相对来说沥青含量较大，当温度升高时，沥青膨胀，由于空隙率小，膨胀沥青无处可去，沥青混合料易被沥青挤开，同时温度升高，沥青粘度降低而发软，又起到了润滑作用，因此不仅粘聚力降低，而且内摩阻力也在降低，使沥青混合料的抗流变能力明显下降。一般要求现场空隙率应大于3%。Superpave统一采用设计空隙率4%，并不完全适用于我国的国情。集料间隙率对混合料强度耐久性和高温稳定性的影响是很大的，矿料间隙率过小，主要是由于沥青用量过小和现场空隙率过小造成的，这样的沥青混合料耐久性差，使用寿命短;而矿料间隙率过大主要是由于沥青用量过大，细集料用量偏多等原因造成的，这样沥青混合料抗疲劳性能较好，但高温稳定性比较差，容易形成车辙病害。在进行沥青混合料优化设计时，首先要确定集料间隙率VMA，进而确定其他参数。

不管矿料集配VMA是否合理，仅仅通过调整沥青用量来补上设计空隙率显然是不合理。因此我们新修订的《公路沥青路面施工技术规范》规定一般情况下设计空隙率是3%~5%。而在预计有可能发生车辙变形的路段，空隙率以适当提高到4%~6%范围内，以减少沥青用量，然后在施工时加强碾压，将增大的1%空隙率压回去。

2.4减少沥青用量

对沥青混合了得抗车辙能力来说，沥青用量是影响高温稳定性的最重要因素之一。沥青与矿份一起组成胶结料，起到集料之间粘聚作用，这与沥青膜的厚度有直接关系，沥青膜太厚，会存在较多的自由沥青，将严重影响及料之间的嵌挤作用，会降低混合料的抗剪强度，易诱发车辙。为此为减小沥青膜的厚度，一方面适当增加矿粉用量，增大粉胶比，通常粉胶比控制在1.0~1.2之间，另一方面就是减少沥青用量。

在最佳沥青用量OAC的基础上减少0.3%~0.5%作为施工时控制的沥青用量，设计空隙率和现场空隙率都会变大一些，但这是预防车辙最重要的技术措施。

2.5推广使用改性沥青

沥青混合料的品质(粘度、针入度、软化点等)是影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素之一，它直接涉及混合了得粘聚力，经验表明，使用针入度小，粘度大的沥青，对抗车辙很有利。改性沥青近几年各省的高速公路都在使用，主要在表面层使用，建议中面层，在特殊的上坡路段下面层也要使用改性沥青，使用改性沥青的混合料动稳定度大幅度提高，达到3000次以上，建议如果使用改性沥青，应参照superpave对改性沥青进行PG等级评价内容。

同时积极推广物理改性沥青技术，国内外实践表明，纤维改性沥青有其他改性沥青难以比拟的耐磨、泌水、耐久性和抗车辙性能。

2.6减少离析，加强压实工艺控制

高速公路行车道车辙损坏比超车道严重，使不争的事实，可行车道左轮车辙比右轮车辙严重，似乎不好理解，从理论上来讲，由于路面横坡关系，右轮处经受的路面压力应该比左轮大，右轮车辙深才对。但实际与理论是不相符的。分析原因主要是混合料离析，中部混合料偏细导致了路面热稳定性严重下降引起的。为此施工中，就是加大成本也不能再宽幅一次性摊铺沥青路面，应该使用两台或多台摊铺机联合梯队作业，并控制每台的宽度不超过6米。也就是说窄幅摊铺是解决混合料骨料离析最有效的途径。

加强压实工艺控制，确保路面的现场空隙率，这主要是要求施工时采用更加合理的碾压工艺以提高压实度。碾压工艺主要包括：压路机数量、型号、吨位、排列方式、碾压顺序、碾压温度等等，施工时不要再一味强调压实遍数。新规范规定：双车道沥青路面压路机不应少于5台，其中用于复压的胶轮压路机重量不小于25吨。为了做到高温压实的一致性，防止并解决混合料温度离析至关重要，为此新规范也建议在有条件时，可使用第二次搅拌功能的转运车，该条建议并没有强制性要求。建议在施工时，各业主要以保证质量为大前提，强制执行。这样做从另一方面也可以把国产沥青混合料转运车的制造水平带到一个新的水平，对沥青路面机械化施工整体水平提高是有益处的。

2.7确保结构层的连续受力

据计算：半刚性沥青路面的沥青层内剪力与层间界面条件有密切关系，当路面确实为设计时规定的连续界面条件，层间剪应力是不大的，如常用的15cm厚半刚性基层路面，在标准荷载100KN作用下，界面连续时的最大剪应力为0.22Mpa，峰值位于中面层4~8cm左右，如果界面条件由于水的存在而变为滑动界面，最大剪应力会发生在沥青层底部，达到0.32Mpa。

为保证沥青层之间以与沥青层预基层的连续，确保设计时受力条件，对抗车辙能力的提高非常重要。按新规范规定，沥青层之间必须洒粘层油，同时强调了在铺筑半刚性基层后尽快喷洒透层油，并保证渗透深度达到5mm以上。这些看似简单的问题往往被忽视。施工中一定要加强管理。

2.8适当增加沥青层的厚度

关于沥青层厚度越大车辙越严重的看法是不全面的。车辙与厚度的关系，在其他条件不变时，并在小于某一临界厚度时，随着沥青层厚度增大，车辙也增大。超过此临界厚度时，沥青层的增加不会使车辙无限的增大，此临界厚度与路面结构、材料组成有关，一般在15~25cm之间，英国的研究报告中指出，良好的沥青路面，当沥青超过18cm时，车辙发生机率明显降低。由于我国车辆超限超载严重，这一临界厚度可能要大一些。我国先前修建的京津塘高速和广深珠高速是两条国内沥青层最厚的路面，其车辙情况并不严重，其中京津塘高速沥青层有20~25cm，广深珠高速沥青层有30cm。也可以这样说，仅仅采用了半刚性基层路面，如果不注重提高沥青混合料抗车辙能力，不下决心解决超限超载问题，即使是薄层也会产生很大的车辙变形。因此，考虑到我们已修建的众多高速公路半刚性沥青路面影响，建议三层式沥青路面最小厚度为4cm(面层)+6cm(中面层)+8cm(底面层)。

2.9减少过长纵坡设置

大量的车辙调查发现，高速公路沥青路面长大纵坡路段，车辙发生要比其他路段量大而且车辙深度也大。尤其是重载车辆通行的长大纵坡路段。调查发现，一般情况重车上坡路段的车速只有20km/h，应用流变学的一般规律温度与时间的换算法则，长时间的承受荷载与高温条件是等效的，而且时间时积累的，假如汽车荷载相同，通过1辆10km/h的慢车起时间为0.1s，与通过10辆100km/h快车的作用时间是相同的。也可以说，车速降低对车辙的影响比荷载影响还要大，比温度影响更大。所以说，在夏季高温地区对大长纵坡应该尽量减少设置，这些纵坡可以用桥梁和隧道来代替。如果实在要设置，对此沥青路面结构要进行特殊处理，正如suparpave提出的：在长大纵坡等通行慢速车辆的路段，沥青混合料的PG级需提高1级或2级，以提高劲度模量，抵抗车辙。

2.10加强交通综合治理

交通的综合治理包括对车辆的管制和治超工作。在高温季节连续高温通行重载交通是造成车辙最直接的原因。建议采取高温时段封闭重在交通或收取不同的过路费，鼓励夜间货车通行等措施，减少高温时段渠化通行的影响。对“治超”工作要从源头抓起，并寻求建立长效机制，同时必须强化高速公路的低速限制与管理力度，重车车速不得低于50km/h。

参考文献：

1. 中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面施工技术规范，JTGF40-2004

2. 沈金安等. 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策. 北京人民交通出版社.2004