沥青路面车辙研究

车辙定义及现象 车辙损坏情况调查 沥青路面车辙危害 车辙分类
1.1车辙定义及现象
在高温和渠化交通的作用下，沥青路面结构层出现的 永久变形。这种变形主要发生在高温季节。半刚性基层 沥青路面在重载交通条件下，车辙主要发生在沥青面层。
车辙产生的背景和现象
上世纪70年代美国的调查表明：在州际和主 要公路上车辙所致的路面损害约占30%；80年代日 本的调查表明：由于车辙所引起的路面损害高达 80%。 国内随着高速公路的建设，不同省份的沥青路 面都出现了车辙。
2.2.2 汉堡试验机
汉堡试验机由德国汉堡的Helmut-Wind公司开 发研制。在德国，汉堡试验机被用于评价交通量很 大的沥青路面抵抗车辙和剥落的能力。
试验时试件浸没在25～70℃的恒温水浴中，其 中50℃是比较常用的试验温度。通过对一个可以在 试件表面前后运动的宽度为47mm的钢轮施加大小为 705N的垂向作用力作为荷载。当试件加载达到20000 个加载循环或试件表面的车辙深度达到20mm时结束 试验。试验过程中钢轮的运行速度为340m/s。
汉堡车辙试验图
汉堡车辙试验曲线
WesTrack试验路与汉堡试验车辙深度关系
西部环道研究项目在西部环道试验路上对粗级配 沥青混合料的抗车辙性能进行了研究。沥青混合料的 实际路面车辙深度和实验室汉堡试验车辙深度，两者 的相关系数为0.756,相关性很好。汉堡试验也很有希 望被采纳作为评价沥青混合料抗车辙性能的标准试验 方法。
-0.5
设计 用量
0.5
1.0
1.5
沥青含量
沥青在车辙的形成过程中起着至关重要 的作用，沥青用量过大会使路面极易出现 车辙，因此要严格控制混合料沥青用量。 如上图所示，沥青用量不得超过最佳设计 用量的0.5%,但对于SMA或聚酯纤维沥青混 合料这类掺加纤维的混合料，则应适当提 高混合料的沥青用量。
（2）基层失稳型
基层承载力不够或水稳性差，导致基层 材料流动变形，路面下陷。这类车辙的主 要特征是车辙内常伴有唧浆现象。
（3）路基失稳型
路基压实度不足或填料选择不当，导成 不均匀沉降。这类车辙的主要特征是车辙 内有纵向裂缝。
2 沥青路面车辙检测评价
2.1 沥青路面车辙评价指标 2.2 国外车辙性能试验方法 2.3 沥青路面车辙现场检验方法
2.3 沥青路面车辙现场检验方法
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4

超声波检测技术 激光检测技术 数字成像检测技术 车辙检测技术的发展趋势
2.3.1 超声波检测技术
利用横断面方向安装的一定数量的超声波传 感器完成车辙的检测，路面检测的宽度小于传感 器检测梁的宽度。因超声波传感器集发射与接受 于一体，传感器的安装要求严格，且传感器易受 环境影响。
1.4.2 结构型车辙 荷载作用超过路面层的强度，车辙主 要发生在包括面层、基层及路基在内的各 结构层的永久变形。
结构型车辙的产生主要与路面的整体结 构变形有关： （1）路基施工过程中压实度不足，道路运营 期内产生进一步压实； （2）粒料类基层嵌挤效果差； （3）面层施工时低温碾压，造成压实度不足。
伸缩结构车辙检测系统
车辙检测车
多功能检测车
2.3.3 数字成像检测技术
数字成像检测技术是近几年国内外发展较快的 一种车辙自动检测技术，结构简单，数据存储量大， 受车辆振动影响较小。
数字成像检测技术原理图
2.3.4 车辙检测技术的发展趋势
高速公路的发展，对路面检测手段提出了更高 的要求，而计算机技术的发展为沥青路面车辙的 自动检测提供了重要的手段。沥青路面车辙自动 检测技术和设备的发展趋势趋于明朗，其未来发 展必将呈现以下特点： （1）快速、实时化； （2）高精度、高稳定性； （3）经济性、人性化； （4）多功能、集成化； （5）智能化、标准化
路面平整度下降
辙槽积水
路面结构层减薄
车辆操作失控
1.4 车辙分类
磨耗型 结构型 失稳型
上面层在车 轮磨耗和自 然环境因素作 用下持续不断 的损失而形成
路面结构在
交通荷载作用 下产生整体永 久变形
在车轮荷载作 用下，沥青层 内部材料横向 流动，产生侧 向位移
1.4.1 磨耗型车辙
当路面结构稳定，车辆行驶时，轮胎磨耗路表 而产生此类车辙，车辙深度一般在5mm以内。
计算公式如下：
t N DS C1C 2 d
式中： DS—沥青混合料动稳定度（次/min） △t—荷载作用时间，一般为试验开始45min～60min之间的 15min； △d —试件在荷载作用时间内产生的变形（mm）； C1 —试验机类型修正系数；C2 —试件系数； N —试验轮往返碾压速度，一般为42次/min 。
（2）沥青膜厚度
为保证沥青混合料粒料之间的粘结， 集料颗粒表面必须要存在一定厚度的沥青 膜，但是沥青用量过大时，集料之间无发 有效嵌挤，形成稳定的骨架结构，因此沥 青膜厚度必须满足规定。
2.1.4 车辙率指标
美国SHRP计划中提出了车辙率指标，沥青混 合料的高温性能，这种评价指标在变形率指标的 基础上，增加了荷载轮与试块间的接触应力参数， 考虑了压力的影响。
不足之处：
它将沥青混合料的高温抗车辙性能与压力的 关系看成线性关系，大量的室内试验和工程实践 都已经证明，这与实际情况是不符的。
1.4.3 失稳型车辙
对于半刚性基层主要是由于沥青混合料 结构失稳而致；含有柔性基层的沥青路面也 与基层和土基的不稳定有关。因此，失稳型 车辙又可分为面层失稳型、基层失稳型和路 基失稳型。（车辙槽宽）
（1）面层失稳型
路面在高温重载条件下沥青以及沥青 与矿粉形成的胶浆流动，促使混合料发生 侧向流动，路面受载处被压缩，厚度变薄。
2.2.3 法国车辙试验机(LCPC试验机)
FRT试验的加载通过对一个可以在试件表面来 回运动的宽90mm、气压为600kPa的轮胎施加大小为 5000N的垂向荷载来实现。 试验过程中轮胎每秒钟在试件中心位置来回碾 压两次。FRT试验的车辙深度定义为试件变形量占 试件起始厚度的百分比。 在法国,可以接受的沥青混合料的车辙深度通 常是经过FRT试验机30000个加载循环碾压之后车辙 深度小于或等于试件原始厚度10%的沥青混合料。
1.2 路面结构车辙损坏情况调查
1.3 沥青路面车辙的危害
(1) 路面整体变形严重，平整度下降； (2) 雨天路表排水不畅，造成辙槽积水，影响高 速行车的安全； (3) 路面结构层减薄，削弱面层及路面结构的整 体强度，诱发其他病害；
(4) 车辆在超车或更换车道时方向失控，影响车 辆行驶的安全性。
不足之处： ①计算动稳定度利用车辙试验最后15min内的 微小形变，一些改性沥青混合料动稳定度很高， 有的接近10000次/mm，15min内产生0.06 mm左右 的车辙，这样微小的变形，对位移测量仪器的精 度要求很高，试验结果受传感器精度的影响较大； ②没有考虑初始变形，有时用动稳定度指标与 60min时的车辙变形量指标比较不同沥青混合料的 高温性能时，会得出相反的结论，而初始变形本 身就是一种车辙形式，且在车辙试验的总变形量 中占有较大比例，不将车辙试验中的初始变形考 虑在内是不全面的。
2.1.2 变形量指标(RD)
在规定的试验时间内(一般为60min)产生的变 形总量，单位为mm。 特点：直观简单，考虑了试验时间内的所有 累积变形，但没有反应出车辙发展趋势。 不足之处： 60min车辙试验的时间较短，荷载作用次数较 少，此时的变形量并不能为沥青混合料的高温稳 定性给出正确评价，预测车辙发展趋势才是最重 要的。
超声波检测原理图
2.3.2 激光检测技术
利用横断面方向按一定间距安装的激光传感 器完成车辙的检测，是目前国内外应用较多的 一种自动车辙检测技术。
激光传感器检测位移原理图
激光检测技术的主要特点是非接触、检测速度 快、精度高。国外发达国家对车辙的检测与评价， 主要采用了在横断面方向布设多个激光探头的检测 技术和最新研制开发的激光转镜扫描技术，但通常 设备的引进费用较高。对国内研究机构而言，研究 开发适合国内行情的路面车辙检测设备迫在眉睫。 近年来，国内的科研机构和高等院校相继开展 了路面横断面车辙快速检测的研究开发工作，取得 了一些研究成果。长安大学自主开发了集装传感器 组成的多探头路面车辙检测系统。
APA试验加载循环次数与车辙深度关系
APA车辙深度与WesTrack试验路车辙深度关系
APA试验仪器图
2.2.1 沥青路面分析仪(APA)
西部环道研究项目测试了一些西部环道试验路 沥青混合料的性能。对比路面实际发生的车辙深 度和相应的APA试验预测的沥青混合料车辙试验结 果，试验结果的相关性令人满意。 综合来看APA试验方法很有希望在近期被采纳 为评价沥青混合料抗车辙性能的标准试验方法。

2.1 沥青路面车辙评价指标
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4

动稳定度指标（DS） 变形量指标(RD) 相对变形率指标(δ) 车辙率指标
2.1.1 动稳定度（DS）指标
动稳定度指标采用45 min的变形和60min的 变形来计算，此时车辙发展曲线已基本进入稳定 发展的直线阶段，清楚地反映了沥青混合料高温 条件下流动变形的发展趋势。
2.1.3 相对变形率指标(δ)
相对变形率指标是指在规定作用次数、时间 内所产生的变形与试件总厚度的比值，其试验次 数根据实际交通荷载和沥青混合料使用要求不同 而不同。 适用于加速加载、大型环道、汉堡车辙等试 验的评价指标。
不足之处：
用于评价室内1 h的车辙试验并不合适，车辙 试验的目的是用较简单的试验方法和较短的试验时 间，观察沥青混合料高温条件下车辙的发展趋势， 相对变形率指标无法反映出这一趋势。
初始压密
侧向流动
集料重排 骨架破坏
车辙的形成机理，可从以下几个方面分析。
3.1 材料组成 3.2 荷载条件 3.3 温度因素

3.1 材料组成
3.1.1 混合料组成 3.1.2 混合料类型

3.1.1混合料组成
（1）沥青用量
30 车 辙 20 深 度 （ 10 ） mm
百度文库
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沥青路面车辙研究
长安大学 公路学院
（教授 博士生导师）
王选仓
wxc2005@163.com
2010.12
主要内容
1 2 3 4 5
沥青路面车辙现象及分类 沥青路面车辙检测技术 沥青路面车辙形成机理 沥青路面车辙影响因素 沥青路面车辙综合防治措施
1.沥青路面车辙现象及分类


1.1 1.2 1.3 1.4
2.2 国外车辙性能试验方法
2.2.1 沥青路面分析仪(APA) 2.2.2 汉堡试验机 2.2.3 法国车辙试验机(LCPC试验机)

2.2.1 沥青路面分析仪(APA)
试验的加载方式为将445 N的荷载作用在气压 为690kPa的压力胶管上，压力胶管压在试件表面。 施加在压力胶管上的铝制轮轴，试验时在胶管上 前后循环作用8000次。




1998年通车的沈阳–山海关高速公路2年后 就出现了较严重车辙； 1999年10月通车的北京–秦皇岛高速公路， 2000年7月份就出现了断断续续的车辙； 2000年通车的机荷高速公路，在2003年7月 出现了严重车辙，车辙最大深度达8cm，远 超过设计要求的1.5cm； 2003年通车的郑少高速公路，在通车不到 半年就相继出现了车辙，在上坡路段最大 车辙深度达10cm。
法国LCPC 轮辙仪
有多种试验方法用于预测沥青路面出现车辙 的可能,现有的试验方法中APA、HWTD以及FRT共3 种轮碾试验方法最有可能被广泛采用作为评价沥 青混合料抗车辙性能的标准试验方法。 选择这3种试验方法主要是基于以下几点考虑： (1)设备的可操作性； (2)试验成本； (3)试验周期； (4)QC/QA标准的适用性； (5)历史经验数据以及试验评价标准的可靠性。 但是在使用这些试验方法之前还需要先确定 一些适合当地沥青路面材料特性的经验控制标准。
3 沥青路面车辙的形成机理
沥青路面的车辙起因于沥青混合料的粘 滞流动、土基与基层的变形，并包括一定 程度的压实作用和材料磨耗。在压实良好 的半刚性基层沥青路面中车辙主要来源于 沥青面层材料的磨损和粘性流动变形。
面层材料磨损 混合料流动变形
沥青混凝土路面在行车反复作用下的车辙发展
车辙的形成过程动态演示