抗车辙沥青路面设计与技术应用

抗车辙沥青路面设计与技术应用
作者：梁建钟
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第25期
摘要：提高抗车辙沥青路面的性能，延长其使用寿命对公路事业的发展有着积极的意义。

本文阐述了沥青路面车辙病害及成因，给出了长上坡路段抗车辙沥青路面的设计思路，并结合某高速公路长大纵坡的工程应用为例进行说明了通过加厚沥青层和提高沥青混合料性能，可以使路面的抗车辙性能和使用性能得到大大的提高。

关键词：沥青路面；抗车辙；结构设计；混合料设计；应用
在公路事业快速发展的今天，在沥青铺设的高速公路上路面普遍受车辙问题的危害影响，特别是在长大纵坡路段上车辙危害更为严重，不仅阻碍了交通的畅通，还降低了行车的安全性，而我国在这方面没有专门的对应设计，这使得公路路面出现了较大的车辙问题，如何解决这些问题刻不容缓。

下面就此进行讨论分析。

1 沥青路面车辙病害及成因
通常长大纵坡纵向车辙在坡底及坡顶段附近最为严重，其分布情况与坡度、坡长密切相关，呈现先增长后平缓再增长的趋势。

长大纵坡路段的坡度越大，车辙变形越大，当坡度值不大而坡长较大时，坡顶会出现较大的车辙变形。

从车道断面来看，每个车道的车辙在轮迹带凹陷，两边伴有隆起，车辙断面呈W形，而且其横向变化与车辆爬坡速度有关，超车道由于行驶速度快，车辙变形较行车道小，同一车道两侧轮胎下车辙变形同样是靠近超车道一侧变形小。

从大量沥青路面心样来看，在深度方向上3个面层均有车辙产生，中面层车辙最大，下面层次之，上面层车辙最小；各层永久变形平均比例为上面层占37%，中面层占51%，下面层占12%。

沥青路面的车辙主要是压应力与剪应力综合作用的结果，对于不同的沥青路面结构或同一沥青路面结构的不同层位，其内部的应力分布是不同的。

沥青路面结构研究的目的是结合沥青混合料的性能，将性能优异的材料放置在最佳的位置，并使沥青路面的结构性能达到最优。

2 长上坡路段抗车辙沥青路面的设计思路
2.1 长上坡路段沥青路面结构设计
与普通平坡路段相比，长上坡路段沥青层承受更大的剪应力，在进行沥青路面结构设计时，除了满足规范的要求外，还需要充分考虑沥青路面结构的受力特点进行抗车辙设计。

为此，许多学者提出采用加大沥青面层厚度的方法来降低传统的沥青层底开裂和避免结构性车辙，使路面的损坏仅限于顶部（25～100mm），通过定期的表面铣刨、罩面修复，从而确保沥青路面在使用年限内不需要进行结构性重建。

2.2 长上坡路段沥青混合料设计
路面沥青混合料表现出的性能与其所处的路面层次位置和荷载的大小有着重要的关系。

根据大量沥青路面车辙变形监测结果分析可知，车辙一般产生在表面以下10cm范围内，低于路面以下18cm的沥青混合料，车辙变形影响不再是一个重要问题。

就混合料性能而言，沥青混合料的变形主要是由于材料的侧向移动所引起的，而不是密度增加的原因，即当基层具有足够的承载力时，路面沥青混合料的剪切力不足造成的横向蠕动变形对车辙的影响远大于纵向压缩变形的影响。

因此，为提高沥青混合料的高温稳定性，必须首先保证粗细集料具有较好的棱角性，而且要使沥青混合料中粗集料形成嵌挤的结构状态，并采用优良的改性沥青和抗剥落剂，确保沥青路面压实后具有适当的孔隙率，从而形成一个具有良好抵抗车辙性能的沥青混合料。

3 抗车辙沥青路面技术的工程应用
3.1 抗车辙沥青混合料的配合比设计及性能
沥青混合料结合料的类型对沥青混合料的抗车辙能力具有一定的影响，为此对90号普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和掺加RA抗车辙剂的90号普通沥青混合料的路用性能进行试验测试和分析，测试结果见表1。

表1 3种不同类型沥青混合料的路用性能指标测试结果
由表1可见，RA抗车辙剂沥青混合料的各项性能指标均能满足规范的要求，其动稳定度远大于其他2种混合料，达到SBS改性沥青混合料的3倍，表明RA抗车辙剂对改善90号普通沥青混合料的高温稳定性能具有显著效果。

从马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度和残留稳定度3个指标来看，3种沥青混合料均能符合规范规定要求，RA抗车辙剂沥青混合料的水稳定性与SBS改性沥青混合料基本持平，明显优于普通沥青混合料。

冻融劈裂强度试验结果反映出RA抗车辙剂沥青混合料的抗水损坏能力较其他2种混合料都差，可能是由于RA抗车辙剂颗粒的温度敏感性比矿料大，当混合料经过高低温循环作用后，RA抗车辙剂颗粒会由于热胀冷缩作用而降低混合料的强度，而且RA抗车辙剂颗粒的比表面积大，可能会导致石料表面沥青膜减薄，致使RA抗车辙剂改性沥青混合料冻融劈裂强度降低。

从弯曲试验可以看出，SBS 改性沥青混合料的低温性能最好，RA抗车辙剂沥青混合料次之，但能满足规范的要求，而90号沥青混合料的弯曲试验破坏应变则不符合规范要求，这表明RA抗车辙剂沥青混合料在大幅地提高高温性能的同时，也能兼顾改善沥青混合料的低温抗变形能力，是一种较为优良的抗车辙混合料。

3.2 抗车辙沥青路面施工及经济性分析
RA抗车辙剂试验路的施工主要包括RA抗车辙剂的储存及工作面准备、拌制、运输、摊铺、压实、接风处理等工序，其中最重要的是对RA抗车辙剂添加和沥青混合料拌和、施工、摊铺及碾压温度的控制。

由于RA抗车辙剂主要采用“干法”拌和施工，“干拌”时间控制在8～
10s，“干拌”达到规定时间后放入沥青进行“湿拌”45s，从而充分发挥高温集料对RA改性剂的搓揉和剪切作用，使改性剂迅速熔化，其改性作用得到较好发挥。

为保证RA抗车辙剂试验路的施工质量，在工程施工中必须对混合料拌和、施工、摊铺及碾压温度进行严格控制，按照表2的要求进行施工。

表2 RA沥青混合料拌和、施工、摊铺及碾压温度汇总
试验段施工完毕后，采用压实度、渗水系数、平整度和摩擦系数等指标对试验段的路面使用性能进行检验和质量评价，检测结果表明，RA抗车辙沥青路面的强度、水稳定性各项指标均有大幅提高，而且具有较好的抗滑性能，能够保证路面的正常使用。

4 结语
总而言之，沥青路面的性能与路面的材料和结构息息相关，车辙问题表面是路面的变形，其根本原因是公路的负荷和应力水平。

我们在进行设计时应从沥青混合料和路面结构组合开始思考，通过详细的分析，加大沥青层厚度，提高路面的高温稳定性，从而使沥青路面具有较好的抗车辙能力，减少车辙问题的出现。

参考文献
[1] 李海青，霍永成.呼和浩特市绕城高速公路重交通路段抗车辙路面结构及材料设计方法研究[J].公路交通科技：应用技术版，2012（6）.
[2] 黄开宇，吴超凡，彭红卫，等.抗车辙骨架密实性沥青混合料配合比设计方法研究[J].公路工程，2010，35（1）.。