福建地区干线公路平交路口沥青路面车辙分析及对策探讨

福建地区干线公路平交路口沥青路面车辙分析及对策探讨

孔维川

浙江交工集团股份有限公司 浙江省杭州市 310000

摘要：平交路口路段沥青路面受力特殊，因其特殊的交通组成和环境条件影响，福建地区干线公路平交路口沥青路面早期车辙破坏现象较一般路段尤为严重。本文对平交路口沥青路面车辙形成的影响因素和机理，进行了详细分析，并提出了具有针对性的对策，具有一定的借鉴意义。

关键词：车辙；沥青路面；交叉口

0 引言

近年来，福建干线新建沥青路面或“白改黑”路面建设迅速扩大，根据福建省国道G324、G355、G357等多条二级及以上公路通车情况看，沥青路面在投入运营后不长时间交叉路口就会出现路面车辙现象，主要表现为沥青混合料流动而形成横向位移，该类车辙一般两侧隆起，断面呈 W 形；此类病害集中在交叉路口四周150m范围内的路段，而其他路段路面较少出现此类病害。交叉口路面车辙现象缩短了道路使用寿命，影响路面行车舒适性，威胁行车安全，同时也造成了大量的经济损失。年复一年的养护维修已令管养者心力交瘁，已然成为沥青路面的“癌症”，要防治或减少平交路口沥青路面车辙病害问题，必须因地制宜地进行车辙成因分析，探讨有效解决方法。

1 平交路口沥青路面车辙影响因素分析

沥青路面车辙影响因素分为内因和外因，内因包括路面结构类型、混合料间的内摩擦力及粘聚力等，外因包括气候、交通条件、施工质量等。平交路口是道路交通的咽喉，是道路系统的特殊路段，绿灯情况起一般道路的通行作用，红灯和黄灯情况作为车辆减速制动、临时停车、加速启动的缓冲路段，相交车辆要在这里汇集、转向、通过，与一般路段相比，平交路口有自己特殊的交通组成、行车速度和环境条件。这里重点分析平交路口相对于一般路段车辙病害成因的特殊性。

1.1水平荷载

近年来由于各种客观因素的影响，国内公路运输成本大幅提高，致使货运司机倾向于采用超载运输以保证利润空间，干线公路上出现了大量超载车辆。统计数据表明大、中型货车的超载重量往往能达到标准载重量的120%甚至更高。 由于平交路口信号灯管制，尤其是重载、超载车辆频繁启动、制动，而且其加减速度都很大，产生很大的水平力，在水平力和竖向力共同作用下，路面结构内部各层将产生巨大的剪应力，一旦这些剪应力超过沥青混合料本身的抗剪强度，混合料将发生剪切流动变形，随荷载作用次数的增加这些流动变形不断累积，便会形成车辙、推挤等现象，这是平交路口路段较一般路段车辙病害严重的最重要原因。

1.2环境气候

基于湿热指数提出的气候分区，福建地区属于第五区。湿热多雨环境下沥青混合料路面的车辙病害比北方地区更容易受到车辙病害的坡坏。温度对沥青材料的粘度影响显著，粘度关系到沥青混合料抗蠕变变形的能力，温度升高，则混合料抗变形能力下降，变形速率加快，水平荷载作用下容易引发剪切变形，具体表现为混合料的横向流动。由于沥青路面的吸热作用，夏季沥青路面内的最高温度一般会比气温高出 20℃～30℃，使路面结构内部温度更高，高温条件沥青混合料抵抗变形的能力急剧下降，很容易引发推移、车辙等病害。多雨季节，路表积水渗透使路面结构内含水量增加，沥青和矿料间的粘结力被削弱甚至损坏，车辆荷载作用下，车辙病害进一步扩大。

1.3交叉口路面温度

常温条件下沥青混合料长时间承受荷载作用的效果可以转换为高温条件较短时间的受荷效果，并且其作用时间可以累加。车辆在停车等待时，发动机直接给路面进行加热，同时排出大量的高温气体，导致路面温度比一般路段要更高。沥青混凝土路面更易软化、推移，并产生车辙。特别是重载高温情况下，车辙出现的速度更快，情况更严重。

2平交路口沥青路面车辙机理分析

2.1空隙率改变引起压密变形

空隙率大小与路面初期损坏情况有重要关系，因多种原因，实际路面的空隙率普遍大于设计要求。路面空隙率达不到要求，那么透水性偏大，路面强度降低，耐久性降低，雨水渗透到地面并滞留的可能性增大，沥青迁移的可能性增大。大于 2.36mm 的骨料在交通荷载的作用下出现随空隙滑移嵌挤压密行为，逐渐形成大变形车辙。随着车辙深度的增大，较大颗粒的集料空间位置持续发生变化，混合料受力结构不断衰变直至破坏，沥青混合料发生永久变形。

2.2沥青混合料的剪切流动变形

当温度较高时，渐青混合料会从固态转变为具有一定流动性的半固态。由于车辆荷载的作用，骨料将产生位移从而导致结构失稳，紧接着骨料位移继续增大，沥青路面出现较大变形。平交路口沥青路面结构各层在刹车、启动荷载作用下产生的剪应力超过材料的抗剪强度时，混合料将发生流动变形，随着轮载的反复作用，变形将不断累积，最终形成车辙，具体表现为平交路口路段路面向前推挤，弯道处则向外推挤。

通过以上分析可得出，在初期使用阶段，沥青路面的变形主要为压密变形，到了后期高温情况下，剪切变形成为主导。路面永久变形原因是多方面的，任何一个单独的因素都很难成为主要因素，彼此间相互联系、相互制约，各个机理在不同阶段对变形的贡献不同。高温条件，平交路口沥青路面结构各层随车辆加减速产生巨大的水平力，沥青层间发生纵向或横向剪切流动变形，该变形已不再是宏观层次上的材料流动，而是细观层次上混合料内部结构的不断调整，因此，车辆刹车、启动产生的水平荷载只是沥青路面内部结构发生细观流动的外界因素，其内在因素是材料自身的应力变形力学特性。

3 交叉口沥青路面车辙对策

受重载车、高温湿热环境影响，从实践看，福建地区新建或改造的高等级沥青路面典型结构为：4cmcm厚SBS改性AC-13C上面层+6cm厚SBS改性AC-20C下面层+8cmATB-25粗粒式沥青碎石层++30cm厚5%水泥稳定碎石+15cm厚级配碎石。此结构层在非交叉口路段的路面整体寿命能达到10年以上，而交叉口路段在通车后3-6个月就出现早期车辙病害。以往的应对思路是采用沥青改性（添加抗车辙剂、高模量剂、高粘剂改性剂）与优化混合料级配（采用骨架结构）的手段来改善沥青路面的抗变形性能，这种方式对中等交通及以下一般路段车辙的治理有一定的效果，对于重载及以上交通的交叉口路段收效甚微。因此交叉口路段四周150-200m必须采用更高抵抗水平剪切力的路面结构，才能有效根治早期车辙病害的发生。现将几种有效交叉口路面结构探讨如下：

3.1配筋水泥混凝土路面

在交叉口范围采用配筋水泥混凝土路面，可根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG_D40-2011)进行设计。采用配筋水泥混凝土路面优点是强度高、稳定性好、耐久性好，力学强度不受自然气候温度和湿度的影响，通行各种重载车辆，经济效益高。但缺点也较为明显，施工养护期长，通车后的舒适性比较差、噪声大，与前后相接沥青路面也不协调，如果配筋设置不合理或者施工控制不严格，极其容易产生板块断板、网裂，错台等病害，影响行车安全。在交叉口范围特殊路段，新建或路面改造工程可考虑刚性路面方案。

3.2 灌入式复合抗车辙沥青路面

灌入式复合抗车辙沥青路面是在柔性的大孔隙沥青混合料（孔隙率在25%～30%以上）中灌注刚性较强的复合浆体，形成刚柔并济复合路面，具有沥青路面美观舒适的优点，同时兼备混凝土路面的强度稳定性。典型结构层为：8-12cm灌注式半柔性路面+粘层油+铣刨后下承层。灌入式复合路面的设计要求和设计方法与常规沥青路面不同，并且涉及到中间大孔隙浆体灌注填充，因此施工方法也与常规沥青路面施工相差较大。

施工工艺为：路面清理-粘层油喷洒-沥青混凝土路面施工-封边-灌注浆体-路面养生-开放交通。大空隙沥青路面可选用OGFC-13，根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2017）进行设计、试验，确定最佳级配和最佳沥青用量。浆体要选用高性能复合浆液，不收缩、后期不开裂。浆体灌注施工要在铺设的沥青混合料冷却至50℃以下方可进行。灌浆前，采用封边条和相应的封堵材料将大空隙基体沥青混合料四周进行围挡封堵，防止浆体流出造成灌注不饱满污染旁边路面或路缘石。采用拌和机现场拌合浆体，灌注时让浆液自行流淌灌注，以之后的表面不出气泡为灌满判断标准。灌满后用小型抹面设备进行表面处理，将沥青混合料表面多余的浆体刮除干净即可。施工完成仅需仅需养生2～3h即可开放交通的优点。成型后和一般路段的沥青路面衔接协调，在交叉口特殊路段选用具有很高的适用性。

3.3 纤维沥青碎石封层预防性养护技术

纤维沥青碎石封层技术是我国引入的一种集诸多预防性技术的优点于一身的道路养护技术。施工时借助纤维沥青碎石封层设备撒布一层沥青+一层纤维+一层沥青，然后再撒布碎石，碾压后形成初期强度，作为磨耗层使用。采用的沥青结合料是改性乳化沥青，节省能源，减少环境污染；由于加入了纤维的作用，纤维具备良好的拉伸能力，并且具有高弹性模量，纤维沥青碎石封层由于加入的纤维相互交织成网状缠绕结构，能够充分提高封层整体的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度，使其具备良好的稳定性能；网状的纤维结构能够将应力重新分散和分布，有效缓解应力集中现象，使其具有良好的应力吸收和分散能力，极大地提高了道路的使用寿命；网状结构的纤维能够吸附沥青形成致密的薄膜，同时其施工具备一定的连续性能，能有效封住原路面的裂缝，提高路面的防水性能；此外网状的纤维沥青薄膜结构能够有效的锁住碎石，形成了一个复合的力学嵌锁体系，提高了封层的耐磨性能；由于使用的沥青结合料为改性乳化沥青，极大缩短了养护时间，具有良好的施工快捷性。

施工工艺为原沥青路面修补-路面清洁-撒布沥青和纤维-撒布碎石-胶轮碾压-初期养护开放交通。大量试验表明，使用纤维封层的沥青混凝土试件相对于未使用纤维封层的沥青混凝土试件抗拉强度提高30%以上，抗疲劳性能增强30%以上，抗车辙能力增加300%以上。因此，在平交路口这一特殊路段采用纤维沥青碎石封层技术对沥青路面进行预防性养护，可提高路面结构强度和整体性，使沥青混合料抗疲劳性能得到改善，抗车辙能力增强，路面服务寿命随之延长。

4 结束语

（1）平交路口有自己特殊的交通组成、行车速度和环境条件。重载、超载车辆频繁启动、制动，产生了巨大的水平荷载。在高温条件下，沥青路面发生剪切流动变形产生车辙病害。

（2）水平荷载只是沥青路面内部结构发生细观流动的外界因素，其内在因素是材料自身的应力变形力学特性。采用沥青改性与优化混合料级配的手段来改善沥青路面的抗变形性能，对于重载及以上交通的交叉口路段收效甚微。交叉口路段四周150-200m必须采用更高抵抗水平剪切力的路面结构。

（3）在交叉口范围采用配筋水泥混凝土路面、灌入式复合抗车辙沥青路面、纤维沥青碎石封层技术，可有效解决沥青路面车辙病害，可根据实际情况择优选择。

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