赵 刚

(山西省交通科学研究院，山西太原030006)

由于在建造过程中未特别考虑到车辙病害的发生与应对，我国沥青高速公路在之后的使用和维护过程中经常花费大量的资源处理车辙现象，而此现象在长大纵坡路段发生得更为频繁，这不仅影响道路的运输效率，给人们的经济和生活带来不便，还给道路安全带来隐患，危害人们的健康和生命［1］.为此，本文从沥青道路的车辙病害及其成因出发，为长上坡路段抗车辙道路的设计提供一定的思路，并对此技术的实际工程应用进行研究分析.

1 沥青路面车辙病害及成因

通过观察与研究长大纵坡的车道可知，车辙的纵向散布与坡度以及坡长具有一定的关系，坡度愈高，或坡度不高而坡长愈长，车辙形变愈大，因此车辙一般于坡底和坡顶处分布得最为广泛［2，3］.车辙的横截面为W形，于轮迹带处下凹，两侧呈现凸起状，其横向形变和机动车的上坡速度有直接关系，上坡速度越慢，车辙形变越大，因此行车道的车辙形变程度比超车道大，而同一车道也是距离行车道较近的轮胎产生的车辙形变更大.此外，车辙同时分布于沥青道路的三个面层，但在各层的大小不一、从大到小依次为中面层、下面层和上面层，而上面层、中面层和下面层的永久形变平均比例分别为37%、51%和12%.沥青混合料包括矿料、沥青和空气空隙，在面对外界压力的情况下将形成较大的剪应力和压应力，若沥青混合料的硬度不足以承担这些压力，沥青道路表面就会发生车辙病害.特别是在高温条件下，沥青或沥青胶浆将逐渐熔化且填满混合料的间隙，同时往混合料自由面运动，因此混合料通过剪应力的影响发生剪切流动形变［4］.由此可知，沥青道路的车辙实质上为混合料在压应力和剪应力双重影响下的残余累积变形，道路构造不同，或者构造相同但层次位置不同，其内在的应力散布也不同.研究沥青道路结构，就是为了根据沥青混合料的受力特点合理安排原材料的分布，从而使沥青道路的设计实现最佳的效果.

2 长上坡路段沥青路面的抗车辙设计研究

2.1 长上坡路段沥青路面的抗车辙结构研究

在考虑长上坡路段沥青道路的构造时，不仅要达到一定的行业标准，而且要特别关注其抗车辙功能的实现，这主要是因为长上坡路段的沥青层将会比平坡路段的沥青层承担更多的剪应力.传统的沥青层底部容易断裂，表面也经常出现结构性车辙［5］.为此，一些研究人员建议提高沥青层的厚度，确保道路只会在表层25～100mm处出现毁损，之后只要向道路展开周期性的表层铣刨与罩面修补即可.

2.1.1 沥青层的组合研究

由于要承担长上坡路段沥青道路的大部分载重，沥青层在垂直施压与水平推动的双重影响下会出现较强的剪应力，致使沥青道路表面易发生车辙病害.然而许多专家探索发现，若沥青层的厚度达到一定程度，仅沥青道路的表层会发生车辙、断裂等损害，而只要按期修补表层的损害，就无需对道路进行重建.根据这项发现，为了防止传统工艺建造的沥青道路出现裂缝与车辙等病害，西方国家的专家建议在具有规范载荷、车胎气压、轴载作用次数的基础上，开发易于维护、稳定持久的长寿命沥青道路.长寿命沥青道路的构造通常包括厚度为40～50mm的面层、厚度为100～175mm的中间层以及厚度为75～100mm的HmA基层.高品质的沥青混凝土面层使机动车的通行更加顺畅，而地表下100～150mm为强受压范围，更是车辙等病害经常发生的地方，故具有良好硬度性能和抗车辙能力的沥青混凝土中间层不仅可以连结面层和基层，而且能够缓冲路面承受的压力，同时由于最大拉应变发生于HmA基层的底端，挠性强且抗完全断裂的沥青混凝土基层能够减轻完全断裂损坏.综合以上探索以及黑龙江区域道路建造的现实案例，建议面层使用SBS改性沥青的SmA13型混合料，中间层使用RA抗车辙改性沥青的AC－20C型混合料，基层使用90号普通沥青的AC－25型混合料.

2.1.2 沥青层的厚度研究

在规划沥青层的厚度时，需要确保每层的最低厚度至少达到集料可能全部通过的最小标准筛筛孔尺寸的2.5至3倍.综合有关我国高速公路各种道路损毁的探究结果和黑龙江地区的大气情况与地质因素等参数，提出道路长上坡路段表面的沥青层厚度总和至少为18cm.

2.2 长上坡路段沥青路面的抗车辙混合料研究

通过对一定数量的沥青道路车辙病害展开研究，可以发现车辙病害通常发生于地表以下10cm的区域中，而地表以下大于18cm的区域一般不可能出现车辙问题.此外，沥青混合料产生形变的原因，不是因为密度的增大，而是因为集料的侧向偏移，即若沥青路面的基层拥有一定的负重能力，混合料剪切力过低导致的横向移动形变将比纵向压缩形变更有力地作用于车辙的形成过程.由此可知，沥青混合料的性质取决于其在道路中的具体层次位置以及承重的高低，故为了增大其高温稳定性，提高其抗车辙性能，不仅要使用保持良好棱角性的粗细集料，确保粗集料之间的相互嵌挤，而且要使用质量上乘的改性沥青与抗剥落剂，使夯实过后的道路能够维持一定的空隙率.

3 沥青路面抗车辙技术的应用研究

3.1 沥青路面抗车辙混合料的配合比及性能

在《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40－2004中，建议抗车辙沥青混合料的配合比采取骨架密实型级配方法，而大量关于道路沥青混合料抗车辙特性的探索同时也证明，骨架密实型级配的抗车辙特性确实处于较高水平［6］.本文选取太佳高速公路K104+000～K107+000路段进行试验，使用多级嵌挤密级配设计方法处理其中间层的抗车辙沥青混合料，同时根据粗集料嵌挤、细集料填补的准则，笔者构建骨架密实型级配，具体方案如图1所示.

图1 AC－20目标配合比级配曲线

沥青混合料的结合料类型与其抗车辙特性之间有密切的联系，故对三种不同种类沥青混合料的路用特性进行实验检测与讨论，分别为90号普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料与添加RA抗车辙剂的90号普通沥青混合料，具体结果见表1.

表1 三种不同种类沥青混合料的路用特性参数实验结果

观察表1可知，关于动稳定度，RA抗车辙剂沥青混合料的动稳定度为SBS改性沥青混合料的三倍，且远远超过90号沥青混合料，这证明了RA抗车辙剂可以在一定程度上增强基础沥青混合料的高温稳定性;关于马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度和残留稳定度，SBS改性沥青混合料和RA抗车辙剂沥青混合料的水稳定性大体一致，但两者却优于90号沥青混合料;关于冻融劈裂强度，RA抗车辙剂沥青混合料的抗水损害特性远远劣于另外两种材料，这是因为RA抗车辙剂材料对冷热变化的感知更加快速准确，由于混合料持续交替进行升温与减温工作，RA抗车辙剂材料将在热胀冷缩原理的影响下减小集料的硬度，同时RA抗车辙剂材料较大的总表面积减小了石材表层沥青膜的厚度，进而改变了集料的冻融劈裂强度;关于弯曲试验破坏应变，三种混合料根据低温特性由高至低排列，依次为SBS改性沥青混合料、RA抗车辙剂沥青混合料和90号沥青混合料，其中只有前两者达到技术标准，这证实了RA抗车辙剂沥青混合料同时保持良好的高温稳定性与低温抗形变特性.综合以上测试结论可知，RA抗车辙剂沥青混合料的各项实验规格都达到技术标准，能够作为优质的抗车辙混合料投入使用.

3.2 沥青路面抗车辙技术的施工及经济性

RA抗车辙剂沥青混合料实验路段的建造具体需要完成以下工艺:RA抗车辙剂的保存和工作面安排、拌合、输送、摊铺、夯实、接风处理.此外，为了确保道路的质量合格，建造过程中也需密切关注RA抗车辙剂的掺加量以及监控沥青集料拌合、制作、摊铺与碾压的温度.建造之初首先采取“干法”对RA抗车辙剂展开拌和，持续搅拌8～10秒，随后加入沥青基质并继续搅拌45秒，使RA抗车辙剂在高温材料的影响下快速熔解，彻底发挥其改性作用［7］.具体施工标准如表2所示.

路面施工结束后，对试验路段的夯实度、渗水系数、摩擦系数与平滑度等性能规格展开实验测试，测试证明了RA抗车辙沥青道路的硬度、水稳定性和抗滑能力都处于较高水平.此外，通过检测实验路段的抗车辙性能可以发现，RA抗车辙沥青混合料的动稳定度一般均大于10000次/mm，远超过改性沥青混合料约4000次/mm的动稳定度，具备较高的抗车辙特性.此试验中使用的SBS改性剂和RA抗车辙剂分别为沥青混合料质量的5% 和0.3% ～0.5%，根据材料的市场售价，经过计算能够得到每吨SBS改性沥青混合料及RA抗车辙沥青混合料的总花费各自较每吨基本沥青混合料的总花费多出100元及90元左右，这说明在RA抗车辙沥青混合料的高温稳定性优于SBS改性沥青混合料的同时，其花费也小于SBS改性沥青混合料.从经济性的角度来看，RA抗车辙沥青混合料的性价比较优，比其他建筑原材料拥有更为长远而广阔的发展前景.

表2 RA抗车辙剂沥青混合料拌合、制作、摊铺以及碾压温度汇总

4 结语

高速公路沥青道路的车辙实质上为沥青道路在荷载及应力水平作用下的形变，道路的构造以及原料会影响车辙的产生，因此，可以从道路的结构安排以及混合料的配比两个方向入手规划道路长上坡路段的抗车辙技术.根据对道路构造的研究，确定沥青层的组合，提高沥青层的厚度，从而满足长寿命沥青道路的设计标准;同时合理设计沥青混合料的配合比，完善胶结料的性质与功能，以此增强道路的高温稳定性与低温抗形变特性，减少车辙病害的发生.此外，具体的工作也包括掺加抗车辙剂，以及监控沥青混合料拌和、制作、摊铺与碾压的温度，以此提高道路对车辙的抵御能力，确保道路的使用品质.

［1］韩萍，张晓燕，段丹军.祁临高速公路长大纵坡路段车辙处治技术研究［J］.中外公路，2011，(5):51－54.

［2］俞文生，李昶.陡坡路段沥青路面车辙特性分析［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2009，(6):1028－1032.

［3］杨红锁.抗车辙剂改性沥青混合料的试验研究［J］.山西交通科技，2014，(1):5－7.

［4］周禹，咸红伟，桂岚.改性沥青混合料抗车辙性能研究［J］.科学技术与工程，2011，(12):2863－2866.

［5］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):94－97.

［6］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，(1):88－93.

［7］张业茂，胡光伟，赵锡娟，等.掺加抗车辙剂改性沥青混合料高温性能研究［J］.公路，2012，(9):178－183.