浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理

1、浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理【摘要】摘要随着社会经济的发展，客货运量迅速增加，特别是重载车辆的增多和高压轮胎的使用，使得沥青路面的车辙病害越来越引人们的关注，本文简要介绍公路沥青混凝土路面车辙病害形成原因以及车辙病害处理方法。【关键词】沥青路面车辙处理及修复班级：土木08-6班姓名：孟凡帆-2-/23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理一、前言公路建成通车后，随着通车年限的增长，以及通行量的不断增加，沥青路面各种病害接踵而至。其中车辙始终是路面损害的最主要的病害之一。20世纪70年代末美国各州公路局曾做过调查统计，在调查的44条主要公路中有3条公路的破坏是由车辙

2、引起的，占调查总数的29.5%；日本的高速公路路面维修、罩面的原因，80%以上是由于车辙引起的。由于公路交通量日益增大、车辆迅速大型化且严重超载，行驶速度高，使公路路面产生永久变形的积累而导致路面出现车辙，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而诱发其他病害，并最终导致路面的破坏，影响路面的正常使用。所以路面养护工作要在保证施工质量的前提下，及时、快速、安全且不能中断交通。同时，应最大限度实行机械化养护,加强现场施工人员的安全保护；合理地组织施工，尽量避免频繁调动机械设备。本文将对沥青混凝土路面的车辙病的害成因及处理办法进行简要的分析。二、车辙的危害1、车辙底部和上部的边缘位置产生集中应力，致使路

3、面产生纵向裂缝，造成雨水等渗入下面层及基层，造成基层水损坏，使公路服务质量下降，增加维修成本。2、轮迹处沥青层厚度减薄，严重削弱了面层及路面结构的整体强度，从而诱发其它路面的病害，并导致路面丧失服务能力。3、车辙降低了路面平整度，影响行车的舒适性，严重影响路面的使用寿命和服务质量。4、车辙造成路面排水不畅，较深的车辙雨天容易积水，车辆驶过时路表水膜被带起而形成水雾，影响其后续车辆的司机视线并且降低路面的防滑能力，影响行车安全；局部低洼处容易形成积水，给行车带来极大的安全隐患同时也对路面的结构的稳定性造成一定影响。5、车辙同时会影响行车的稳定性，路面辙槽主要由重载车辆引起，当轻型车在有辙槽的路面

4、上行驶时，由于不同类型车辆的轮距不同，导致横向稳定性很差，从而可操纵性差，使方向盘难以控制，降低了超控性，使行车存在交通安全隐患。-3-/23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理车辙的出现，不仅严重的影响了沥青路面的服务质量及行车安全，而且直接影响路面的使用寿命，造成维护成本的增加。因此，对沥青路面车辙产生原因和处理对策进行研究具有重要的现实意义。尽管我国现行规范和美国的沥青混合料设计规范都把抗车辙能力作为设计沥青混合料所要考虑的重要因素之一。但是由于沥青混合料固有的粘弹性力学特性，再加上车辙形成的复杂性和影响因素的多样性，使得沥青混合料的车辙研究尚有许多不完善的地方。如何防治沥青路面的车辙病害也

5、就成为目前所面临的重要研究课题。为浑南大道，从图上可以清楚的看见两条车辙。-3-/23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理三、在路口的位置，车辙病害更为严重。四、车辙的分类车辙主要发生在高温季节，在渠化交通的重要交通道路上。根据车辙的形成原因，可以分为三种类型。（1）失稳型车辙这类车辙是由于沥青路面的结构层在车轮荷教的作用下，内部材料流动，产生横向位移而发生，通常发生在轮迹常发生在轮迹处。这种车辙一般都有剪切变形产生的两侧隆起现象，车辙断面成w型，易发生在车速较慢、横向应力大的上坡路段。失稳性车辙危害最为严重，它是公路车辙病害的主要类型，影响因素多而复杂。（2）结构型车辙这类车辙是由于路面结构在交

6、通荷载作用下产生整体永久变形而形成，主要是由于路基边形传递到面层而产生。此类车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的U字型（凹型）。（3）磨耗型车辙由于沥青路面结构顶层的材料在车轮的磨耗和自然环境因素作用下持续不断地损失而形成，尤其是汽车使用了防滑链和突钉轮胎后，这种车辙更易发生。图1结构性车辙示意图图3失稳性车辙示意图目前，国内的高等级公路绝大多数都采用半刚性基层沥青路面的结构形式，由于半刚性基层的强度高和板体性好，基层及基层以下的变形极小，车辙主要来自于沥青面层在车载作用下产生的永久变形。-5-/23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理四、车辙形成的原因车辙是沥青路面特有的一种损坏现

7、象，经常产生在车轮经常碾压的两条轮迹带上，是在与时间有关的荷载因素和气候因素共同反复作用下，路面上沿行车轮迹产生的纵向带状凹槽。车辙的产生受内因和外因的综合影响，内因包括路面结构层次及材料组成，外因包括设计、施工、交通条件和气象条件等。针对目前公路路线纵重车、超载车多且车速较高，夏季高温等特点，通过综合分析认为出现严重车辙的原因可归纳为以下几个方面。1、路面结构及材料组成沥青材料在路面结构中厚度越大，在行车作用下发生永久变形的变形量越大。故路面结构厚度既要有足够的承载能力，又要有较好的抗车辙能力。采用刚性或半刚性基层，可以大大减少基层和路基的变形，从而减小路面的整体车辙。沥青混合料具有一定的蠕

8、变和应力松弛现象，在行车载荷作用下，当沥青混合料的受力超过其弹性极限和屈服点，就可能产生塑性变形，不断积累形成车辙。沥青混合料沥青含量过多及混合料中过多的细集料，也会造成车辙的产生，在生产沥青混凝土时，应该严格控制通过室内试验确定的沥青用量和小于0.075mm的粉料用量。2、设计与施工沥青混合料配合比、基层材料配合比以及路基土壤组成等设计，都可能影响车辙的产生。施工时路基的压实度、排水性能、基层压实度、路面热稳定性等是否达到规范要求也都会影响车辙的产生。3、道路交通条件大量重型或超载车辆在路面上行驶，由于其单轴载荷增大，从而更容易产生车辙。同时车轮在不断地磨损路面，特别是在车辆行驶较多的主车道

9、上，也是产生车辙的原因。学校内大部分车走减速杠边缘，造成车辙并产生积水。4、气象条件由于沥青混合料是弹塑性材料，沥青路面是黑色路面，吸收热量能力强，所以在气温较高时，路面在行车载荷反复作用下极易产生车辙。在下雨或下雪时，由于雨水通过路面表面裂缝渗透侵蚀了基层材料，使其强度降低，从而使车辙扩大高温更易形成车辙23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理此外，随着车辆制造技术的发展，车辆的轴载越来越大，许多外在因素越来越不可以被忽视：重载、超教交通的影响中国“八五”科技攻关课题“道路沥青及沥青混合料使用性能的研究”对此进行了众多的试验，其中HXL沥青AC-16I型沥青混合料在60c时的动稳定度和荷载关系式

10、为IqDS=3.45930.5746p式中：P接地压强，MPao计算不同荷载下动稳定度见表1与图5所示。错误!未指定书签。-9-/23对于汽车荷载，如果轮压小于标准轮压（0.7MPa）,动稳定度将急剧增大，对产生车辙的影响就小得多。而现实情况是超限超载车辆的比例很大，随着荷载的增加，动稳定度将按对数的比例下降。以HXL沥青混合料为例,轮压从0.7MP&增大至1.2MPa,动稳定度从1140次/mm降低到589次/mm,动稳定度将下降到原1/3。同时研究表明，路面沉降的增量几乎与超载同步增长。保持基层弹性模量不变，将轮载从0.70MPa增加50%至1.05MPa,产生的路表车辙则为标准轴

11、载下产生车辙的185.9%（图6）。如任意一轮载作用下均有上述规律，则达到路面塑性变形的极限状态时，超载下道路的累计轴次仅为标准轴载作用下累计轴次的54%左右。O O 。 。 Q.O.O 1 2 3 4 5 一 二 1 一 口官之盟正祖景图6正常荷载及超裁下路表竖向理性变形长安大学对比了在满载、超载30%、超载60%、超载100%情况下的累计标准轴次与路面结构的使用寿命的关系（表2、图7）。表2某高速公路沥青路面结构使用寿命对比.*累计轴次累计轴次（X1。4）一定时轴载WJX104）；的使用寿命/年满载7559I15X）0超载30%1878.87.10超载60%4303.13.40超载100%

12、10982.8J1.4012 00010 000R W 6 000 4 000 2 0000设计使用年限，年图7超载与累计当量标准轴次与设计使用年限的关系可以看出，随着超载率的增加，车辆换算系数明显增加；使用初期计算标准轴次与设计寿命年限内累计标准轴次均明显增加；使用寿命明显降低，超载60%时，使用寿命为3.40年，超载100%时，使用寿命仅为1.40年，可见超载对路面使用寿命的影响极大。超载对沥青路面结构应力的影响当沥青路面结构所承受的车辆轴载增加时，路面结构内部的应力分布必然发生变化，结构的压应力、拉应力和剪应力均随之增加。图8是陕西省铜黄公布的高速公路半刚性基层沥青路面不同轴载应力分析数

13、据，压应力随深度的增加逐渐减小，面层上部05cm范围内的压应力最大，5cm以下压应力减小得较快；轴载从10t增加到18t,压应力在面层中的分布曲线基本平行，面层中不同深度的压应力增加值几乎相等。因此，表面层承受的压应力最大，最容易产生压密形变，超载车辆（特别是严重超载的车辆）将显著加快压密形变的产生，而且使产生较大压密形变的深度增加。浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理随着深度的增加，半刚性基层沥青路面结构内剪应力迅速增加（图9）,到某一深度处达到峰值，然后剪应力值开始逐渐减小。峰值的深度位置随轴载增大而加深，在lot轴载作用下剪应力在深4cm处达到峰值0.233MPa,在181轴载下峰值0.28

14、MPa的位置为深5cm处。说明随着轴载的增大和轮胎接触压力的增加，剪应力随之增大，且剪应力峰值会向下扩展。在面层表面下4cm深度范围内的剪应力值较小：在表面下410cm范围内的剪应力值最大，也是最易产生辙槽的区域，在重载作用下影响更加明显，10t轴载作用下的平均剪应力约为0.21MPa,18t轴载作用下的平均剪应力值为0.25MPa；面层表面10cm以下剪应力值较小，在10t轴载作用下的平均剪应力值约为0.16MPa,在18t轴载作用下的平均剪应力约为0.22MPa。因此，随着轴载增加，沥青层产主失稳性车辙的可能性就会增加，在中面层更容易产生失稳性车辙，且轴重愈大，同一层位内的剪应力也愈大，因

15、而亥层位沥青混凝土的高温强度或抗辙槽囊力也应提高。510深度km15图8半刚性基层沥青路面正应力分布51015深度，cm151005 o o o o o O §7着飘0 5 03 2 2-10 - / 23图9半刚性基层沥青路面剪应力分布浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理行车速度根据汽车行驶理论，载重汽车在长陡坡路段爬坡行驶时一般先做加速度减小的减速运动，后做匀速运动的过程。因此，车辆载重越大，坡道越陡，汽车行驶速度减小的越快，稳定时速度越小。上坡路段载重汽车行车缓慢，行驶速度的降低延长了轴载对路面的作用时间，对路面结构层内的应力和应变等产主影响。沥青混合料作为一种粘弹性材料，遵从流变

16、学的一般规律，按照流变学的波兹曼(Boltzmann)叠加原理，每次汽车荷载通过的作用可以按荷载作用时间叠加，每一辆车的荷载不同也是司样叠加的。如果汽车荷载相同，通过一辆20km/h的慢速车，与通过5辆100km/h的快速车的作用时间是相同的。因此，轴载越大的载重车，在爬坡时的速度越慢，车速越低，换算的重载车辆数也越多，轴载和车速的叠加影响就更大。从表1可看出，如轴载从0.7MP&增加到1.2MPa,HXL沥青混合料动稳定度从1140次/皿降低到589次/mm,同样产生1mm的车辙，荷载次数将降低一半。如果速度再从100km/h降低到20km/h,荷载作用次数增大5倍，产生同样大小的车

17、辙的车辆数减少了10倍。因此，车速降低对车辙的影响比荷载的影响大得多。附加水平力的影响由力学分析可知，车辆荷载分为行车水平力和垂直力。在纵坡路段，水平力由车辆荷载水平分力、车辆惯性力、变速力等通过车轮传递给路面。在陡坡路段，车辆荷载水平分力较正常情况大得多，加上综合超载车在爬坡时跳跃式前进的水平；中击力的影响，面层将承受更大的剪应力。表3为标准轴载下纵坡与汽车自重引起的剪应力分量的关系。表3纵坡与汽车自重引起的前应力分量之间的关系纵坡坡度/%1.02.03.0：4.05.06.0剪应力分量/MPa0.010.020.030.040.050.06五、六、车辙的防治及处理1、随着车辙问题的逐渐被重

18、视，各种处理及防治办法层出不穷，下面我就简单介绍几种比较流行的防治及处理方法。.飞治工艺.车辙防治阶段沥青轩维同步封层”橡股改性沥害”微表处“同步砰石封层Q钱创后热摊铺、粘结层适用y适用F.适用，-面层傩铺P适用。/"车辙出现后一1一.一.适用适用n适用33、传统的铳刨车辙路面后重新热摊铺传统的处理车辙的方法是将路面出现车辙部分及周围路面进行铳刨，然后进行热摊铺重新罩面，罩面后路面的路用性能往往可以得到很好的恢复，但是由于热摊铺成本比较高，同时也不利于环保。但是当路面车辙比较严重的时候，热摊铺还是很有效的一个方法。施工工艺流程(1)铳刨前路面测量。通过测点高程的比较和车辙严重程度来确

19、定铳刨的面积和铳刨深度。(2)铳刨机铳刨。依据工程技术人员提供的铳刨面积和铳刨深度沿着行车方向逐刀地进行铳刨。铳刨后的工作面如下图所示。CL/.w、一铳刨前原路面7T铳刨深度h、铳额后工作面，/一般来说铳刨的深度应根显现场妥际情况确定，直至彻肩露时藤底层且无夹层为止；分层铳刨时，应注意预留纵横向台阶，以便于施工和避免纵横接缝在同一断面上。(3)废料运输。铳刨机铳刨时，通过传输皮带将废旧混合料装上运输车辆,运到固定地点进行存放。(4)铳刨边角处理。用风镐将铳刨机提刀的斜边与切割机切缝间的少部分残留路面清除掉，然后人工将坑槽内残留杂物清扫干净。(5)工作面清扫。用人工配合清扫车将工作面中的杂物及铳

20、刨粉尘清除，然后用鼓风机吹干净，直至符合要求为止。(6)喷洒乳化沥青。用沥青洒布车将乳化沥青喷洒于槽内及槽边接口，破乳后，即可进行摊铺作业。乳化沥青喷洒过后，应保持工作面的清洁。沥青混合料摊铺摊铺作业是整个修补过程中保证施工质量的关键一环。(1)在摊铺作业之前，应根据原路面设计数据结合现场实际情况对施工路段进行测量放样，以确定整个摊铺面。(2)摊铺作业时应检查混合料的温度是否符合规范要求。(3)根据原路面设计要求，当槽深超过10cm时，应分层进行摊铺。(4)摊铺厚度应考虑松铺系数，确保碾压完成后的路面应与原路面保持接缝平整。(5)对于摊铺不到的边角，要人工即时进行填补，对于新旧路面的接口要筛分

21、一些细料，然后人工进行整平。(6)摊铺开始后，应尽量避免停机，同时摊铺机应匀速行驶，速度控制在35m/min为佳，若为改性沥青混合料则摊铺速度控制在13m/min为佳。沥青混合料碾压碾压采用双钢轮振动压路机、胶轮压路机，分初压、复压、终压三道工序完成(SMA除外)。(1)碾压要及时，应尽量在较高的温度和较短的时间内完成碾压。(2)碾压要遵循“从低向高，由外向内”的原则，碾压应呈阶梯状逐步向前推进。(3)初压采用双钢轮振动压路机碾压2-3遍，复压采用胶轮压路机碾压4-6遍，终压用双钢轮压路机静压1一2遍收光。(4)对于新旧路面横向接缝，首先用双钢轮压路机(DD-110)进行横向碾压，然后实行45

22、度斜压，斜压从中间向两侧依次分开。横接缝碾压温度一般比正常温度低5-10度，温度太高容易产生混合料推移，温度太低，横接缝不能压实，易造成路面早期破坏。(5)压路机启动、停止应缓慢，碾压过程中不得随意调头、刹车。沥青混合料拌合和运输由于摊铺的不连续性，所以拌和厂要有足够大的热料储存罐。(1)对于沥青混合料的级配，由于原材料、施工环境和拌和条件都与路面最初施工时存在差异，所以标准级配可以适当进行调整(当然要经过试验论证确定)。(2)每天路面工程技术人员都要将次日所需混合料的类型、数量和时间书面通知拌和厂，然后拌合厂根据试验室开出的通知单一次性集中拌制。由于摊铺是逐段(块)进行的，所以所报混合料数量

23、应尽量准确，以避免浪费和完不成作业面的施工而增加施工成本。(3)充分发挥试验室的作用，做到用数据指导生产。试验室人员要对每批进场的原材料进行各项指标检验，确保原材料合格；要对出厂的混合料进行马歇尔和抽提筛分试验，保证出厂的混合料合格；同时要实地钻芯取样，做密实度试验，指导摊铺碾压作业。(4)结合实际情况，对路面车辙特别严重的地方，大胆采用新材料、新技术(如合徐公路南段采用沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13上面层及Supersave-20中面层)进行修补，提高路面抗车辙能力、低温抗裂能力、耐疲劳能力和水稳性能等。(5)不论运距长短，沥青混合料在运输过程中均应采取保温措施。保证到现场的沥青混合料温度

24、满足要求。加强料温控制在拌合、运输、摊铺、碾压等各个环节中，由于施工程序繁杂，所以一定要确保沥青混合料的温度，密切协调配合，尽量减少混合料运输汽车的停置时间。恢复标线沥青混合料碾压、冷却后，应对路面施工路段进行验收，合格后用划线车恢复标线。充分提高摊铺效率由于乳化沥青喷洒后2-3h才破乳，因此同时同地施工时，就会因为破乳时间长而影响摊铺进度。应尽量让铳刨作业提前一天进行，这样既可把前一天铳刨量作为第二天的计划摊铺量，又可使摊铺作业连续进行，不受铳刨机的影响，保证摊铺效率。2、.沥青纤维同步封层工艺的应用沥青纤维同步封层工艺，主要应用于道路面层或粘结层施工，由于破碎后的纤维细丝形成不规则网状结构

25、与沥青结合同时洒布在路面上，极大的增加了沥青粘结层的强度，这种工艺能有效的解决路面的裂缝反射问题，有效的吸收应力和分散应力，防止车辙的产生。-16-/23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理玻璃纤维本身具有刚性和韧性，其受力特点是应力分散，应力分散作用的直接效果是加筋路面，从而实现抗车辙、抗裂缝作用。同时由于采用沥青纤维同步封层工艺，玻璃纤维与沥青结合料的粘结性，具有很好的防水性。SECMAIR公司最新研制的新型沥青纤维同步封层机法国赛格玛3、橡胶改性沥青材料的应用国外用胶粉改性沥青铺设公路已有30年以上历史，美国至今已有1.1万公里的高等级公路采用了胶粉改性沥青。此外日本、俄罗斯、加拿大、瑞典、

26、韩国、芬兰等亦已成功地将胶粉改性沥青用于修建高速或高等级公路。、用胶粉改性沥青铺设的路面具有优良的抗高温性和耐久性。据了解，用胶粉改性沥青铺设的路面，与普通路面相比，可延长使用寿命13倍,提高路面的耐热（80C高温不软），有效的避免和减少由于普通沥青材料的高温稳定性及耐久性等较差而造成的车辙。、橡胶改性沥青具有良好的弹性和分散应力的作用。目前世界上生产的橡胶改性沥青最新型工艺是采用连续式高剪切降解工艺，美国道维施DALWORTH公司是该技术的领导者，使用该技术生产的橡胶改性沥青胶粉分散更均匀，产品的稳定性及改性效果均显著提高。23浅议沥青混凝土路面车辙原理及处理* (SBS)横股改性沥青设g之二 生产单元一美国DALWORTH横股改性新肓设备美国道维施DALWORTH连续式高剪切降解橡胶沥青生产工艺4、微表处技术的应用微表处修复车辙施工技术是以聚合物改性乳化沥青为粘结料、借助专用的摊铺设备进行施工的一种冷拌沥青混合料不等厚薄层摊铺技术，具有施工进度快、成本低、效果好等特点，可以迅速恢复和改善原沥青路面的平整度提高防水性和抗滑性。车辙横断面一般为下凹型曲线，其填补厚度为变量，这就需要混合料中骨料粒径按照辙槽的断面正态分布。用于微表处的摊铺机配置一个“V”形摊铺槽，在摊铺过程中混合浆体中各种粒径的骨料