车辙产生的原因与预防

车辙的成因与预防车辙是车辆在路面上行驶后留下的车轮永久压痕。 过去，人类广泛应用马车，在泥土路上走，由于土路较软，车过后路面就有压痕，雨后，路面有泥水压痕更深。古人云：“前面有车，后面有辙。”车走多了，路上留下两条平行的很深的车辙。 现代路面车辙是路面周期性评价及路面养护中的一个重要指标。路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。路面车辙深度的检测能为决策者提供重要的信息，使决策者能为路面的维修、养护及翻修等作出优化决策。 沥青路面的永久变形车辙表现为顺着交通车辆轮迹的纵向凹陷。在交通荷载的作用下，沥青混凝土材料被推离荷载作用区域，结果在轮迹内形成凹陷而在轮迹的两侧形成隆起的凸脊。这类永久变形主要产生于重型车辆频繁行驶的高温区域以及在交叉路口坡道之类的车辆慢行区域。通常，车辙出现在路面的表层。沥青路面的车辙分为磨耗磨损型车辙、结构性车辙、失稳型车辙、压密型车辙四种类型车辙分类磨耗型车辙产生原因：在交通车辆轮胎磨耗和环境条件的综合作用下，路面磨损，面层内集料颗粒逐渐脱落；在冬季路面铺撒防滑料(如：砂)时，磨损型车辙会加速发展。 结构型车辙产生原因：这类车辙主要是基层等路面结构层或路基强度不足，在交通荷载反复作用下产生向下的永久变形，作用或反射于路面。 失稳型车辙产生原因：绝大多数车辙是由于在交通荷载产生的剪切应力的作用下，路面层材料失稳，凹陷和横向位移形成的。此类车辙的外观特点是沿车辙两侧可见混合料失稳横向蠕变位移形成的凸缘。一般出现在车辆轮迹的区域内，当经碾压的路面材料的强度不足以抵抗交通荷载作用于它上面的应力、特别是重载车辆高频率通过，路面反复承受高频重载时，极易产生此类车辙。 此外，在高速公路的进、出口，交费站或一般公路的交叉路口等减速或缓行区，这类车辙也较为严重。因为这些地区车速较低，交通荷载对路面的作用时间较长，易于引起路面材料失稳，横向位移和永久变形。 压密型车辙碾压不足，开放交通后被车辆压密而形成车辙。不过这类车辙如果是由于路面施工质量控制不严造成的非正常病害，一般在讨论车辙时，多不考虑。 深度测定第一类为人工检测，即用检测横竿横跨在车辙上部，并用尺量出横竿与车辙底部的间距。采用这种方法其效率是极低的，并只能随机抽样检测路面车辙深度。 第二类为自动检测，既采用路面车辙自动测定车自动检测路面车辙深度。其方法就是利用横向布置的一排激光、超声、红外或其它非接触式位移传感器来快速连续测定路面车辙深度。其原理是在检测车的前端上安装配有非接触式位移传感器的横梁，并把传感器同车内的电脑相连，通过电脑对传感器测得的数据进行自动处理以获得路面车辙深度指标。随着公路建设的发展，路面车辙深度的自动检测将成为主要的检测方法，也将是路面施工、验收、养护、评价和管理部门必备的仪器。 桥面铺装层车辙铺装层车辙是我国钢桥桥面铺装的主要病害类型。在铺装层已产生病害的大桥中，有近80%的大桥其钢桥桥面铺装均产生了不同程度的车辙。 由于钢桥面铺装层在高温季节或长时间承受车辆荷载(包括交通量成倍增长、重载、超载、慢速行驶、渠化交通)作用下，铺装层沥青混合料的抗永久变形能力不足引起的。 桥面铺装层的车辙成因： 铺装热稳定性不足， 尤其在高温季节，在汽车反复荷载作用下，因混合料蠕变形成永久变形积累。 地区温度过高，长年高温季节过长及封闭式箱梁内部温度较高等引起粘结层和铺装层温度过高，特别是粘结层的温度升高会使其强度大幅度下降，抗剪切能力不足，在重载作用下，轮迹下面的铺装层会出现沉陷及其侧向隆起现象， 长期累积形成车辙。 一、 影响沥青路面车辙形成及其深度的主要因素：1、沥青混合料 现行的沥青路面设计的主要依据指标是沥青混合料的强度，其取决于混合料的粘结力和内摩擦角，受集料物理化学性质的影响；粘结力又取决于沥青材料的化学结构、胶体结构、物理化学性质、稠度、沥青膜的厚度、沥青矿料比、沥青与矿粉系的分散结构特征以及沥青与矿料的相互作用，增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混合料的抗剪稳定性。(1)材料性质沥青的粘度和沥青与矿料之间的粘附性是影响沥青混合料高温稳定性的两个因素；沥青粘度越大，沥青与矿料之间的粘附越好，那么混合料的高温稳定性越好，因此要选用粘度大的沥青和非酸性矿料以提高混合料的高温稳定性和强度，以便产生较高的抗车辙能力；沥青改性是一种提高沥青高温稳定性的有效手段，据佐治亚洲的加载车轮检测结果证明，改性沥青混合料同标准混合料相比车辙深度有明显减少。(2)矿物集料矿物集料的表面纹理、料颗粒大小、形状、级配、颗粒相互位置、矿料数量、可以影响混合料的孔隙结构，即孔隙的大小、形状与连通闭合情况、沥青用量状况以及沥青的用量和沥青同集料的互相作用情况，因而可以对车辙的大小表现出不同的影响。采用洁净坚硬的碎石，硬度大、棱角尖锐的砂以及高质量的矿粉对于抵抗永久性变形十分有利。在整个矿料混合料中对沥青温度稳定性影响最大的是矿粉，用石灰岩和冶金矿渣制成的矿粉掺拌的沥青混合料有较高的高温稳定性能。（3）矿料级配为探讨集料级配对车辙大小的影响，有关研究人员将集料分为过细级配组、细级配组和粗级配组三种，环道试验结果表明:热拌沥青混合料在最佳沥青含量、8%空隙率时粗级配有较大的车辙深度，过细级配次之，细级配组车辙深度最小。另有单轴荷载试验资料:在最佳沥青含量时中粒式沥青混合料车辙最小，细粒式次之，粗粒式大于细粒式，沥青碎石车辙最大。可见，单纯增大矿料粒径并不能提高路面抗车辙能力，而良好的级配和最大的密实度因增加了矿料之间的嵌挤力，而提高了混合料的高温抗车辙能力。(4)空隙率在进行沥青混合料配合比设计时，对空隙率的选择一般都是根据当地材料和经验进行的，当取值过高时，提高密实度可增加骨料间的接触压力，从而提高路面的抗车辙能力，相应地沥青和矿粉用量也要增加，从而又削弱其抗车辙能力。当空隙率小于某一临界值后，继续减小空隙率，使得混合料内部没有足够的空隙来吸收材料的流动部分，造成混合料外部的整体变形，由此而形成车辙。大量试验表明:各种级配的混合料在最佳沥青含量时，随空隙率的增大车辙有所增加。2、路面结构组成 沥青路面的抗车辙能力除了受所用材料及其性能影响外，还与路基类型和路面厚度有关。沥青路面厚度与车辙的关系较为复杂，同样的材料在不同的路面结构中会表现出不同的性能，有关室内环道试验表明:当其路基为砂土材料时，面层厚度对车辙影响很大，面层沥青混合料较薄时车辙较深，而且较大部分来自路基的形变；而当面层较厚时，路基基本上不产生车辙。在当路基为刚性或半刚性材料时，车辙的深度随沥青混合料面层厚度的增大而增加，这时的车辙总量90%来自于沥青混合料面层本身，由此认为，当路基和基层强度较高时，采用薄沥青混合料面层可以有效地控制车辙深度，而当路基基层强度较弱时应适当增加面层厚度，但这样构筑的道路，往往由于路面回弹模量与路基回弹模量之间的比值过大，带来不尽合理的结构组合，而且也不够经济。3、交通荷载及环境条件(1)渠化交通由于城市道路交通组织的渠化，导致沥青路_面车辙破坏的情况日渐突出，在同一结构、同一条道路上，划分出不同交通形式的两段道路进行试验，结果证明:渠化交通路段的车辙显著增长，混合交通路段车辙增加较慢，其原因是混合交通时荷载作用范围较宽，变形面较大，同一位置的车辙累积较小，而渠化交通同一位置处的车辙累积量大。(2)荷载日本研究人员的试验结果证明:车辆超载加快路面的病害。在不同的轴载作用下，重轴载作用产生的车辙较轻轴载大得多；道路交叉口和停车点的车辙通常为正常行驶路段的25倍。4、环境气候条件 当气温较高时，沥青路面表现为强度降低容易产生车辙，各种试验均表明:路表温度升高车辙增长加快，这是因为沥青粘度的大小反映了沥青抵抗蠕变的能力，当温度升高时沥青粘度变小，其抵抗蠕变的能力下降，在受到外力时很容易产生永久剪切变形导致沥青材料横向流动而产生车辙。当路面积水或路面结构含水量增加时，沥青和矿料之间的粘结力在潮湿条件下会被削弱或破坏，在行车荷载和水分的联合作用下，这种病害会明显加剧，从而导致沥青路面产生较大的车辙二、 如何预防车辙的出现1、合理的结构组合设计。面层直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响，因此要有足够的承载力，以承担设计期内累计轴载次数，限定车辙发展深度。合理选用技术参数，各结构层模量不宜相差太大，特别是中间层的级配要合理，表面层最佳油石比可以弥补第二层抗车辙能力。同时，考虑到集料粒径对试件厚度的影响，应根据集料粒径大小选择适宜的沥青层厚度，并预留一定空隙率，开放交通后沥青进一步压密填充。2、材料的合理选用。集料强度、形状、表面性状、清洁状态、沥青性能与集料相容性，特别是借鉴superpave混合料设计的先进理念，注重材料的协同性和料源特性，保证所用材料的高品质。改善矿料级配同时适当增加粗集料用量和控制剩余空隙率，使粗细集料形成骨架密实结构。可适当采用高粘度的沥青。3、最优配合比设计。重视级配范围对抗车辙能力的影响，关键是确定适宜的筛孔通过率、孔隙率、油石比。选用温度敏感性低、稠度较高的沥青或改性沥青，同时严格控制沥青的用量。严格准确地控制混合料配合比，设法加足矿粉，严格控制