浅议沥青混凝土路面车辙原理及解决【摘要】摘要随着社会经济的发展，客货运量迅速增长，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，本文简要简介公路沥青混凝土路面车辙病害形成因素以及车辙病害解决措施。【核心词】沥青路面 车辙 解决及修复 班级： 土木08-6班 姓名： 孟凡帆 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长，沥青路面多种病害接踵而至。 其中车辙始终是路面损害的最重要的病害之一。20世纪70年代末美国各州公路局曾做过调查记录，在调查的44条重要公路中有3条公路的破坏是由车辙引起的，占调查总数的29.5；日本的高速公路路面维修、罩面的因素，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浮现车辙，削弱了面层及路面构造的整体强度，从而诱发其她病害，并最后导致路面的破坏，影响路面的正常使用。因此路面养护工作要在保证施工质量的前提下，及时、迅速、安全且不能中断交通。同步，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解决措施进行简要的分析。二、车辙的危害 1、车辙底部和上部的边沿位置产生集中应力，致使路面产生纵向裂缝，导致雨水等渗入下面层及基层，导致基层水损坏，使公路服务质量下降，增长维修成本。 2、轮迹处沥青层厚度减薄，严重削弱了面层及路面构造的整体强度，从而诱发其他路面的病害，并导致路面丧失服务能力。 3、车辙减少了路面平整度，影响行车的舒服性，严重影响路面的使用寿命和服务质量。4、车辙导致路面排水不畅，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减少路面的防滑能力，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步也对路面的构造的稳定性导致一定影响。5、车辙同步会影响行车的稳定性，路面辙槽重要由重载车辆引起，当轻型车在有辙槽的路面上行驶时，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，减少了超控性，使行车存在交通安全隐患。 车辙的浮现，不仅严重的影响了沥青路面的服务质量及行车安全，并且直接影响路面的使用寿命，导致维护成本的增长。因此，对沥青路面车辙产生因素和解决对策进行研究具有重要的现实意义。尽管国内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就成为目前所面临的重要研究课题。 图为浑南大道，从图上可以清晰的看见两条车辙。在路口的位置，车辙病害更为严重。三、 车辙的分类车辙重要发生在高温季节，在渠化交通的重要交通道路上。根据车辙的形成因素，可以分为三种类型。（1） 失稳型车辙 此类车辙是由于沥青路面的构造层在车轮荷载的作用下，内部材料流动，产生横向位移而发生，一般发生在轮迹常发生在轮迹处。这种车辙一般均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重要类型，影响因素多而复杂。（2） 构造型车辙 此类车辙是由于路面构造在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成，重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构造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，特别是汽车使用了防滑链和突钉轮胎后，这种车辙更易发生。 目前，国内的高级别公路绝大多数都采用半刚性基层沥青路面的构造形式，由于半刚性基层的强度高和板体性好，基层及基层如下的变形极小，车辙重要来自于沥青面层在车载作用下产生的永久变形。 四、车辙形成的因素车辙是沥青路面特有的一种损坏现象，常常产生在车轮常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，内因涉及路面构造层次及材料构成，外因涉及设计、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，通过综合分析觉得浮现严重车辙的因素可归纳为如下几种方面。 1、路面构造及材料构成沥青材料在路面构造中厚度越大，在行车作用下发生永久变形的变形量越大。故路面构造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，就也许产生塑性变形，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，也会导致车辙的产生，在生产沥青混凝土时，应当严格控制通过室内实验拟定的沥青用量和不不小于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构成等设计，都也许影响车辙的产生。施工时路基的压实度、排水性能、基层压实度、路面热稳定性等与否达到规范规定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。 同步车轮在不断地磨损路面，特别是在车辆行驶较多的主车道上，也是产生车辙的因素。学校内大部分车走减速杠边沿，导致车辙并产生积水。 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，吸取热量能力强，因此在气温较高时，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入侵蚀了基层材料，使其强度减少，从而使车辙扩大。 高温更易形成车辙 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、超载交通的影响 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”对此进行了众多的实验，其中HXL沥青AC-16 I型沥青混合料在60时的动稳定度和荷载关系式为 IqDS=3459 30574 6p 式中：P接地压强，MPa。 计算不同荷载下动稳定度见表1与图5所示。 对于汽车荷载，如果轮压不不小于原则轮压(07 MPa)，动稳定度将急剧增大，对产生车辙的影响就小得多。而现状是超限超载车辆的比例很大，随着荷载的增长，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07 MPa增大至12 MPa，动稳定度从1 140次mm减少到589次mm，动稳定度将下降到原13。同步研究表白，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070MPa增长50至105 MPa，产生的路表车辙则为原则轴载下产生车辙的1 859(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，超载下道路的合计轴次仅为原则轴载作用下合计轴次的54左右。 长安大学对比了在满载、超载30、超载60、超载100状况下的合计原则轴次与路面构造的使用寿命的关系(表2、图7)。 可以看出，随着超载率的增长，车辆换算系数明显增长；使用初期计算原则轴次与设计寿命年限内合计原则轴次均明显增长；使用寿命明显减少，超载60时，使用寿命为340年，超载100时，使用寿命仅为140年，可见超载对路面使用寿命的影响极大。 超载对沥青路面构造应力的影响当沥青路面构造所承受的车辆轴载增长时，路面构造内部的应力分布必然发生变化，构造的压应力、拉应力和剪应力均随之增长。 图8是陕西省铜黄发布的高速公路半刚性基层沥青路面不同轴载应力分析数据，压应力随深度的增长逐渐减小，面层上部05 cm范畴内的压应力最大，5 cm如下压应力减小得较快；轴载从10 t增长到18 t，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长值几乎相等。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)将明显加快压密形变的产生，并且使产生较大压密形变的深度增长。 随着深度的增长，半刚性基层沥青路面构造内剪应力迅速增长(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10 t轴载作用下剪应力在深4 cm处达到峰值0233 MPa，在18 l轴载下峰值028 MPa的位置为深5 cm处。阐明随着轴载的增大和轮胎接触压力的增长，剪应力随之增大，且剪应力峰值会向下扩展。在面层表面下4 cm深度范畴内的剪应力值较小：在表面下410 cm范畴内的剪应力值最大，也是最易产生辙槽的区域，在重载作用下影响更加明显，10 t轴载作用下的平均剪应力约为021 MPa，18 t轴载作用下的平均剪应力值为025 MPa；面层表面10cm如下剪应力值较小，在10 t轴载作用下的平均剪应力值约为016 MPa，在18t轴载作用下的平均剪应力约为022MPa。因此，随着轴载增长，沥青层产主失稳性车辙的也许性就会增长，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，因而亥层位沥青混凝土的高温强度或抗辙槽囊力也应提高。 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，稳定期速度越小。上坡路段载重汽车行车缓慢，行驶速度的减少延长了轴载对路面的作用时间，对路面构造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。如果汽车荷载相似，通过一辆20 kmh的慢速车，与通过5辆100kmh的迅速车的作用时间是相似的。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07 MPa增长到12 MPa，HXL沥青混合料动稳定度从1 140次mm减少到589次mm，同样产生1 mm的车辙，荷载次数将减少一半。如果速度再从100 kmh减少到20kmh，荷载作用次数增大5倍，产生同样大小的车辙的车辆数减少了10倍。因此，车速减少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状况大得多，加上综合超载车在爬坡时跳跃式迈进的水平；中击力的影响，面层将承受更大的剪应力。表3为原则轴载下纵坡与汽车自重引起的剪应力分量的关系。