车辙形成的因素与评价

车辙形成的因素与评价

沥青路面的车辙危害日益严重，文章总结了车辙形成的原因包括环境因素、荷载以及路面纵坡、沥青混合料的材料、设计、等。总结了马歇尔试验、轮辙试验、主驱动轮式路面材料加速加载系统、环道或直道试验等评价抗车辙性能的方法的特点。

一、路面车辙问题日趋严重

沥青路面因其良好的行车舒适性和优良的使用性能，且维修方便，是我国高速公路最主要的路面类型。然而，由于交通量的迅猛增长和重载、超载情况的加剧，沥青路面的损坏现象也日趋严重。国外认为当车行道车辙深度达到15mm～20mm时，路面就己经损坏，若按此标准，我国很多通车不久的高速公路都需要维修或改建[1]。可见，我国沥青路面车辙的问题日趋严重。

二、车辙的诱因

车辙是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层财料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙按成因不同分四类：结构性车辙、由混失稳性车辙、压密性车辙和磨损性车辙[2]。

（一）环境因素

夏季连续高温下重载慢速交通是造成沥青路面车辙最直接的原因。随着我国经济建设的发展，温室气体排放量猛增，全球气候暖化已经是全人类所关注的焦点。我国夏季高温的情况似乎有所加剧，例如1997年华北地区的高温，2001年山东省的高温，2006年、2010年南方大面积的持续高温天气。研究表明[11]，车辙的产生多发生于持续的炎热天气下，当气温连续多天超过40 ℃时，沥青路面几天内就会发生严重的车辙损坏，车辙深度将以厘米级的速度发展。

（二）汽车荷载

汽车荷载尤其是重载车辆的作用是路面产生车辙的主要因素，重载产生的车辙比轻型荷载大得多，轴载增加1倍，其车辙要达到10～15倍。近年来由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，高速公路上出现了大量超限超载车辆，车辙过早产生的与之有着直接关系。

我国“八五”科技攻关课题对交通荷载与动稳定度关系的研究结果表明，动稳定度与轮胎的接地压强成对数关系。根据国外的研究成果，轮胎压力从214 kPa 增加到620kPa，沥青混凝土层底的横向应变增加近20～45%，表面横向应变增加5～420%左右。但在实际上国内超限超载车辆的轮胎压力远大于620 kPa，对路面所造成的损害将呈对数比例增加。

（三）路面纵坡

大纵坡路段沥青路面所受的水平分力较平坡路段大，且车辆行驶速度更慢，更加容易发生车辙病害。同一坡度情况下，车辙深度由坡底至坡顶逐渐增大；车辙的横向分布与车辆爬坡速度有关，超车道由于行驶速度快，车辙变形较行车道小，同一车道两侧轮胎下车辙变形同样是靠近超车道一侧变形小；面层各层位变形所占的比例也不同，中面层占的比例最大，其次是下面层，上面层最小。

（四）路面结构形式

路面结构的组合形式是否符合客观条件的需求是沥青路抗车辙能力的主要因素之一。由于客观条件的影响与限制，我国普遍采用半刚性基层沥青路面的结构形式，厚半刚性材料层（大于50 cm）下的土基的压应力一般小于0. 02 Mpa，在这样小的应力作用下，土基基本处于弹性工作状态，同时半刚性基层也一般不会产生压缩永久形变，因此对于半刚性路面而言，其车辙主要发生在路面的面层。

（五）原材料与混合料特性

混合料的高温抗车辙能力约有80%是依靠集料间的嵌挤能力，骨架密实结构通过嵌挤形成内摩擦力，因此沥青混合料级配的类型是是影响混合料内摩擦力的重要因素，并提出沥青混合料设计空隙率8.0%为优化变量。但孔隙率的增大会导致路面老化速度的加快。

高速公路沥青路面车辙的防治，首先需要对混合料自身特性入手，采用各类方法提高沥青混合料的模量、疲劳性能以及高温稳定性等。或者采用模量更高的半柔性材料，改进路面结构形式提高沥青路面整体的抗车辙性能。

三、抗车辙性能评价方法

（一）马歇尔试验

70年代我国引入了马歇尔法来评价沥青混合料的高温性能，利用稳定度（DS 和流值（F）來表征沥青混合料高温稳定性。在实际工程运用中发现，虽然马歇尔稳定度与混合料的高温性能是相关的，但是大量路况调查表明马歇尔稳定度与路面的车辙深度没有良好的相关关系。国内外学者多年的研究表明，马氏试验用于确定沥青混合料的高温性能存在一定的局限性、片面性与孤立性。目前，马歇尔试验不用于检验沥青混合料的高温稳定性，而是主要用于配合比设计与施工质量检验。

（二）轮辙试验

我国在“七五”期间开发了自己的第一代轮辙试验机，“八五”期间又按照口本的原型研制了新型的车辙试验机。该室内小型车辙试验由于试验本身简单、易于

推广，室内车辙试件制作容易，试验费用低且与实际路面的车辙有较好的相关性，目前已经成为我国检测沥青混合料抗车辙性能的主要方法。但也有研究认为：我国常规的车辙试验仅可以区分出刚度较小的沥青混合料抗车辙性能，无法对高模量混合料抗车辙性能的评价。

（三）主驱动轮式路面材料加速加载系统

上述各类车辙试验机有一个共同的特点，即均采用拖曳式的试验轮，无法模拟路面受到的水平剪切力，导致车辙试验结果不能可靠地预测实际路面发生的车辙。鉴于实际路面受力的复杂性，华南理工大学独立设计开发出“主驱动轮式路面材料加速加载系统（Driving Wheel PavementAnalyzer （DWPA））。

该系统的加载轮由调速电机驱动，轮胎压力）0.7 MPa。加载轮通过摩擦力驱动试件轮（大轮）转动，来实现轮胎与路面间相互作用的真实模拟，进而评价路表面功能性加铺材料的性能。试件轮可以同时加载8个试件（平面尺寸为300 mm×300 mm），为工艺和材料的优化设计奠定了良好的基础。

（四）环道或直道试验

环道或直道试验是一种大型的足尺路面结构在实际车轮和交通荷载下的试验，其试验结果与实际路面结构的关系密切，是一种实际路面结构的加速加载试验方法。此类型实验通过可设定轴重的轴载在短时间内对足尺路面结构进行加速破坏，从而模拟较长时间内交通荷载对路面结构的破坏，可以得到比室内试验更真实、更接近自然条件的试验结果。目前应用较广的移动式大型试验设备主要包括了澳大利亚的加速加载设备、南非的重型车辆模拟器等。

参考文献：

[1]. 赵志刚.高速公路发展现状及前景分析[J]。交通标准化，2009（16）：71-73.

[2]. 苏凯，孙立军.高等级公路沥青路面车辙预估方法研究综述[J].公路，2006}7}：18-19。.