沥青路面车辙损坏成因分析与防治对策

２０１１年第７期　
（总第２０９期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪＩ　Ｎｏ．７，２０１１　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２０９）　

沥青路面车辙损坏成因分析与防治对策　
乐瑜，江建　
（重庆市市政设计研究院）　

摘要：深入分析了车辙形成的主要影响因素，主要外因是渠化交通和荷载作用次数的增加，内因是沥青混　
凝土的高温稳定性和抗塑性变形能力差。在此基础上提出相应的对策。　
关键词：沥青路面；车辙损坏；影响因素；防治措施　
中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１１）０７一ｏ０２４—０２　

１沥青路面车辙的形成及类型　（１）沥青路面因施工碾压不充分，以及沥青路面在高温　下劲度下降迅速，使路面抗剪能力不足，导致矿料在轮载作　用下产生滑移与位错，混合料进一步被压实，这是压密过程。　（２）在高温下沥青变软，沥青劲度进一步下降，沥青对　网络骨架的约束减小，使得矿质骨架的稳定性下降，从而产　生失稳破坏，导致混合料产生重新组合与分布，引起沥青及　沥青胶（砂）浆的自由流动，在受载处出现压缩和侧向错位　而形成槽辙，这是混合料产生自由流动的过程。　（３）若沥青的软化在矿料间产生滑移作用，细集料相对　集中并产生剪切破坏，矿料将在荷载作用下沿矿料接触面处　产生滑动和挤压，最终导致骨架作用的丧失和部分骨料的破　碎，这是引起矿料的重分布和矿质骨架的破坏过程，这样就　使高温变形得以产生，如推移、拥包、搓板和车辙等。　根据车辙的形成原因和过程特点，将沥青路面的车辙分　为结构性车辙、流动性车辙、磨耗磨损型车辙、压密型车辙四　种类型。在我国，多数沥青路面修筑在半刚性基层上，且施　工中对压实度要求较高，基层强度及板体性好、变形小，除了　某些基层施工不良的路段外，结构型车辙一般很小，而磨损　性车辙在我国几乎是没有的。所以目前所见到的车辙基本　上都属于第二种类型，故目前讨论最多的是失稳型车辙，即　属于沥青混合料的流动性车辙。　２产生车辙的主要因素分析　从车辙的形成过程来看，主要是高温下沥青面层因沥青　软化而进一步密实，以及沥青变软对矿质骨架的约束作用降　低而使得骨架失稳，表明沥青对混合料的高温性能十分重　要。当然骨架的稳定性和细集料的多少也会影响车辙形成　的进程。在道路的交叉口或变坡路段，此类高温变形更易发　生，这主要与较大的水平荷载作用下抗剪强度相对不足有　关。影响沥青路面车辙形成及其深度的主要因素有以下几　个方面。　（１）沥青混合料。　我国现行的沥青路面设计的主要依据指标是沥青混合　料的强度，其取决于混合料的粘结力和内摩擦角，受集料物　理化学性质的影响；粘结力又取决于沥青材料的化学结构、　胶体结构、物理化学性质、稠度、沥青膜的厚度、沥青矿料比、　沥青与矿粉系的分散结构特征以及沥青与矿料的相互作用，　增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混　合料的抗剪稳定性。　①材料性质。沥青的粘度和沥青与矿料之间的粘附性　是影响沥青混合料高温稳定性的两个因素；沥青粘度越大，　沥青与矿料之间的粘附越好，那么混合料的高温稳定性越　好，因此要选用粘度大的沥青和非酸性矿料以提高混合料的　高温稳定性和强度，以便产生较高的抗车辙能力；沥青改性　是一种提高沥青高温稳定性的有效手段，据佐治亚洲的加载　车轮检测结果证明，改性沥青混合料同标准混合料相比车辙　深度有明显减少。　②矿物集料的表面纹理、料颗粒大小、形状、级配、颗粒　相互位置、矿料数量、可以影响混合料的孔隙结构，即孔隙的　大小、形状与连通闭合情况、沥青用量状况以及沥青的用量　
和沥青同集料的互相作用情况，因而可以对车辙的大小表现　
出不同的影响。采用洁净坚硬的碎石，硬度大、棱角尖锐的　
砂以及高质量的矿粉对于抵抗永久性变形十分有利。在整　
个矿料混合料中对沥青温度稳定性影响最大的是矿粉，用石　
灰岩和冶金矿渣制成的矿粉掺拌的沥青混合料有较高的高　
温稳定性能。　
沥青用量的多少直接影响着混合料中矿粉的骨架、嵌挤　
作用，对沥青混合料的抗车辙能力有着至关重要的作用。沥　
青用量过大，游离沥青较多，便削弱了矿料之间对高温稳定　
性起决定性作用的嵌挤力，从而使混合料易于产生流动变形　
而形成车辙，沥青用量过低混合料坚硬松散难以压实，也影　
响沥青路面的抗车辙能力。有关环道试验表明：对于热拌沥　
青混合料，最大的车辙是与高沥青含量相联系的，并且低沥　
青含量的混合料抗车辙能力比最佳沥青含量的混合料差。　
③矿料级配。为探讨集料级配对车辙大小的影响，有关研　
究人员将集料分为过细级配组、细级配组和粗级配组三种，环道　
试验结果表明：热拌沥青混合料在最佳沥青含量、８％空隙率时　
粗级配有较大的车辙深度，过细级配次之，细级配组车辙深度最　
小。另有单轴荷载试验资料：在最佳沥青含量时中粒式沥青混　
合料车辙最小，细粒式次之，粗粒式大于细粒式，沥青碎石车辙　
最大。可见，单纯增大矿料粒径并不能提高路面抗车辙能力，而　
良好的级配和最大的密实度因增加了矿料之间的嵌挤力，而提　
高了混合料的高温抗车辙能力。　
④空隙率。在进行沥青混合料配合比设计时，对空隙率　
的选择一般都是根据当地材料和经验进行的，当取值过高　
时，提高密实度可增加骨料间的接触压力，从而提高路面的　
抗车辙能力，相应地沥青和矿粉用量也要增加，从而又削弱　
其抗车辙能力。当空隙率小于某一临界值后，继续减小空隙　
率，使得混合料内部没有足够的空隙来吸收材料的流动部　
分，造成混合料外部的整体变形，由此而形成车辙。大量试　
验表明：各种级配的混合料在最佳沥青含量时，随空隙率的　
增大车辙有所增加。　
（２）路面结构组成。　
沥青路面的抗车辙能力除了受所用材料及其性能影响　
外，还与路基类型和路面厚度有关。沥青路面厚度与车辙的　
关系较为复杂，同样的材料在不同的路面结构中会表现出不　
同的性能，有关室内环道试验表明：当其路基为砂土材料时，　
面层厚度对车辙影响很大，面层沥青混合料较薄时车辙较　
深，而且较大部分来自路基的形变；而当面层较厚时，路基基　
本上不产生车辙。在当路基为刚性或半刚性材料时，车辙的　
深度随沥青混合料面层厚度的增大而增加，这时的车辙总量　
９０％来自于沥青混合料面层本身，由此认为，当路基和基层　
强度较高时，采用薄沥青混合料面层可以有效地控制车辙深　
度，而当路基基层强度较弱时应适当增加面层厚度，但这样　
构筑的道路，往往由于路面回弹模量与路基回弹模量之间的　
比值过大，带来不尽合理的结构组合，而且也不够经济。　
（３）交通荷载及环境条件。　
①渠化交通。由于城市道路交通组织的渠化，导致沥青路　

收稿日期：２０１１—０４—１４　
作者简介：乐瑜（１９７７一），女，浙江宁波市镇海区人，工程师，从事道路桥梁的勘察设计工作。　

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第７期　乐瑜，江建：沥青路面车辙损坏成因分析与防治对策　总第２０９期　
面车辙破坏的情况日渐突出，在同一结构、同一条道路上，划分　
出不同交通形式的两段道路进行试验，结果证明：渠化交通路段　
的车辙显著增长，混合交通路段车辙增加较慢，其原因是混合交　通时荷载作用范围较宽，变形面较大，同一位置的车辙累积较　小，而渠化交通同—位置处的车辙累积量大。　②荷载。日本研究人员的试验结果证明：车辆超载加快　路面的损坏。在不同的轴载作用下，重轴载作用产生的车辙　较轻轴载大得多；道路交叉Ｉ＝Ｉ和停车点的车辙通常为正常行　驶路段的２—５倍。　（４）环境气候条件。　当气温较高时，沥青路面表现为强度降低容易产生车　辙，各种试验均表明：路表温度升高车辙增长加快，这是因为　沥青粘度的大小反映了沥青抵抗蠕变的能力，当温度升高时　沥青粘度变小，其抵抗蠕变的能力下降，在受到外力时很容　易产生永久剪切变形导致沥青材料横向流动而产生车辙。　当路面积水或路面结构含水量增加时，沥青和矿料之间　的粘结力在潮湿条件下会被削弱或破坏，在行车荷载和水分　的联合作用下，这种损坏会明显加剧，从而导致沥青路面产　生较大的车辙。　３解决措施　（１）合理的结构组合设计。面层直接承受车轮荷载反　复作用和自然因素影响，因此要有足够的承载力，以承担设　计期内累计轴载次数，限定车辙发展深度。合理选用技术参　数，各结构层模量不宜相差太大，特别是中间层的级配要合　理，表面层最佳油石比可以弥补第二层抗车辙能力。同时，　考虑到集料粒径对试件厚度的影响，应根据集料粒径大小选　择适宜的沥青层厚度，并预留一定空隙率，开放交通后沥青　进一步压密填充。　（２）材料的合理选用。集料强度、形状、表面性状、清洁　状态、沥青性能与集料相容性，特别是借鉴Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混合料　设计的先进理念，注重材料的协同性和料源特性，保证所用　材料的高品质。改善矿料级配同时适当增加粗集料用量和　控制剩余空隙率，使粗细集料形成骨架密实结构。可适当采　用高粘度的沥青。　（３）最优配合比设计。重视级配范围对抗车辙能力的　
影响，关键是确定适宜的筛孔通过率、孔隙率、油石比。选用　
温度敏感性低、稠度较高的沥青或改性沥青，同时严格控制　
沥青的用量。严格准确地控制混合料配合比，设法加足矿　
粉，严格控制运输车辆为便于卸料，涂抹油料；采用透层油与　
粘层时也要严格控制用油量。　
（４）使用改性添加剂。积极引进并采用新的改性剂如　
橡胶、树脂、塑料、无机物改性剂、抗车辙剂、纤维等改性混合　
料添加剂，适当提高粉胶比，提高胶结料粘附性，降低温度敏　
感性。　
（５）严格控制施工质量。从拌料、运输、摊铺、碾压、养　
护全程监控，对拌和、摊铺、压实温度和混合料密度、孔隙率、　
均匀性、结构层厚度、平整度等重点把关。充分压实保证压　
实质量。　
特别对于压密型车辙，如果明确是由于压实不足产生，　
可以在其上加铺罩面进行维修。由于我国采用了评优评分　
的质量评定制度，工程报告不存在压实度不合格的记录，致　
使事后检查困难。为减少车辙，首先是施工过程中要加强碾　
压，使空隙率控制在要求范围内，这是非常重要的。　
参考文献：　
［１］孙德栋，彭波．沥青路面设计与施工技术［Ｍ］．郑州：黄河水利　
出版社。２００３．　
［２］　沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［ｋ１］．北京：　
人民交通出版社。２００１．　
［３］　张登良．沥青路面工程手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社。　
１９９７．　
［４］沈金安．沥青及沥青混合料路用性能［Ｍ］．北京：人民交通出　
版社，２００１．　
［５］黄晓明，吴少鹏．沥青与沥青混合料［Ｍ］．南京：东南大学出版　

（上接第２３页）　
最佳含水量低１％（集料用量为８５％时）至６％（集料用量为　
零时），再结合当地实际情况，确定适宜的施工碾压含水量。　根据二灰碎石混合料的特性，施工温度宜掌握在１０—２５℃　之间，避免冬季和夏季炎热季节施工，从而避免温缩裂缝、干缩　裂缝的出现，有关资料也证实低于该温控区温缩变形逐渐增大，　高于该温控区干缩变形逐渐增大。另外，新近施工的二灰碎石　基层不宜越冬，应有一定的养生期（建议以半月为期）和面层的　保护。沥青路面温度随路面深度变化，其感温性有逐渐变小的　趋势，且温度变化随深度方向会有滞后现象，就是说路面在某一　深度温度可能常年保持基本不变。　另外，资料显示，多年通车的路面其基层稳定的含水量　都大于新建路面的最佳含水量。因此，只要控制好施工初期　的含水量，就完全可以控制、避免以后干缩裂缝的出现。该　项技术控制措施的宗旨，就是在满足混合料反应水的前提　下，尽量减少自由水、空隙水的出现，形成密实的结构。　２．３施工工艺及方法的控制研究　（１）摊铺时为避免离析现象的发生及使基层平整度得　到保证，摊铺机应保证料斗内始终有料，不允许打空，料车应　确保供料，尽量不使摊铺机停顿。　（２）现场碾压程序，先使用胶轮压路机压２遍，紧跟２５　ｔ　振动压路机静压１遍，再高幅低频振２遍，然后上三轮压路　机压２遍，接着再用振动压路机低幅高频振动Ｉ遍，最后用　胶轮碾１遍消除轮迹，最终以压实后的路面表面能形成一层　半裸露的粗集料组成的粗糙面为最好。　采用上述碾压工艺的目的就是首先利用胶轮压路机在　碾压初期时的搓揉作用，使混合料中骨料重新排列形成一个　骨架式结构，再用振动和三轮压路机提高压实度；最后再用　胶轮进一步使其密实，消除裂缝。同时，由于使用胶轮碾压　在压实后的基层上能形成一层由半裸露的石子组成的粗糙　面，有利于以后的乳化沥青封层以及与沥青下面层的粘结。　２．４合理的封层　二灰碎石基层施工完成后，其上的封层对防止裂缝的出　现同样非常重要，大量的试验已经证明，半刚性基层材料的　裂缝主要是由温缩裂缝、干缩裂缝和荷载裂缝引起的，封层　可有效防止半刚性材料由于温度变化所引起的温缩裂缝和　由于混合料迅速失水而引起的干缩裂缝的产生。许多路面　的损坏分析证明，半刚性基层的沥青路面在损坏初期，其基　层往往是完好的，其弯沉也不大，只是路面损坏后，基层结构　
可能已经松散。这说明大部分基层发生结构性损坏是在沥　
青面层损坏之后，其中一个主要原因是面层发生损坏后，水　
会进入基层，而由于半刚性基层属致密结构不透水，致使水　
不能迅速排出，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚，从而　
导致沥青层和基层界面条件的变化，进一步发展出现唧浆、　
坑槽，破坏了基层的整体性，加速路面的破坏，可见防水对二　
灰碎石基层同样非常重要。而沥青下封层是防止路面发生　
水损坏非常重要的措施，但就封层本身技术性能来讲，致密　
的封层效果既要保证合理的厚度又要保证封层料合理的粒　
径，二者缺一不可，粒径是关键，厚度是保障，这样才可能达　
到使封层粒料与二灰碎石半刚性基层粒料的相互嵌入，结合　
更加牢固、封层更加紧密，真正做到了使上下两层粘结，提高　
层间摩阻力，并有效防止新建成的沥青层路面与基层出现层　
间滑移、防止上层来水进入基层，保证了路面的防水效果，提　
高了路面的水稳定性。　
通过大量试验表明二灰碎石基层施工后表面平均粗糙　
度为３～５　ｍｌｌｌ左右，为此在封层时采用３～８　ｍｍ的石屑，这　
样可保证封层石屑部分嵌人基层中，又留部分嵌入上部沥青　
层中，使基层与沥青下面层形成紧密的层间结合，不会使表　
面来水在两层之间滞留或渗入基层。另外，对透层油用量等　
技术标准也应做出规定，包括沥青用量、渗入速度、渗入深度　
等。通过规定沥青封层的总厚度来保证封层石屑的用量，并　
使石屑充分嵌入基层表面，与基层形成牢固的结合。沥青下　
封层技术标准的确定从技术上保证了致密封层的形成，即可　
阻止来自上面层水分的侵入，又可保证施工前期因养护不及　
时或封层不严密，而造成的二灰碎石基层迅速失水所出现的　
干缩裂缝，还能保证基层、面层联结的整体性。　
参考文献：　
［１］　孙建民．水泥粉煤灰碎石基层集料的级配研究［Ｊ］．公路交通　
技术，２００４，１０（５）．　
［２］郝培文等．应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术［Ｊ］．长　
安大学学报，２００４，（６）．　
［３］沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［Ｍ］．人民交　
通出版社，２００５．　

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