关于车辙病害的一点分析沥青路面车辙的病害分析

时间：2020-07-13 07:20:53　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要沥青路面柔性铺装的车辙由车辆荷载反复碾压形成，它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。半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定程度的压实作用。
　　关键词车辙；成因；材料；沥青；病害
　　
　　1. 沥青路面的车辙
　　目前，国内外根据车辙产生的原因将沥青路面的车辙普遍分为四种：结构性车辙；动性车辙；磨损性车辙；压实性车辙。
　　（1）结构性车辙。结构性车辙是由于道路行车荷载作用超过路面各层的强度，沥青面层以下包括路基在内的各结构层产生的永久变形。这种车辙的宽度比较大，两侧没有隆起现象，横断面呈浅盆状的凹形。
　　（2）流动性车辙。流动性车辙也叫失稳性车辙，即路面在高温条件下，车轮荷载反复碾压产生的剪应力超过沥青混合料的抗剪强度，使流动变形不断积累形成。这种车辙在车轮荷载的中心位置下产生下凹变形，而且路面材料从荷载挤压下“流向”车辙两侧，并向上隆起，使车辙断面呈W形。
　　（3）磨损性车辙。磨损性车辙是路面面层在带钉轮胎或者带链轮胎的磨耗下形成的车辙。这种车辙只发生在路面表面，具体表现为路面面层材料的剥落或者磨损。
　　（4）压实性车辙。压实性车辙是路面在铺筑过程中由于压实不足，致使道路开放交通后，在车辆荷载的反复碾压下，空隙率不断减小，产生压密变形而形成的车辙。这种车辙两侧没有隆起，只有下凹，而且它的车辙深度在路面达到极限残余空隙率后趋于稳定。
　　2. 形成车辙的原因
　　2.1 内在成因
　　2.1.1 结构问题通过分析车辙损坏后的路面横断面形状，可以推测路面的变形主要是由哪一结构层引起的。利用横断面形状来判定车辙的来源的基本假设是：路面的压密变形存在于路面结构的每一层，表现为各层在竖直方向上的凹陷。该理论根据路面表面车辙的形状尺寸来判别车辙损坏可能是由于路面哪一结构层引起的。我国多采用半刚性基层，半刚性基层厚度一般在10cm～20cm。从力学计算上可以得知，质量达到要求的半刚性基层和半刚性底基层是不会产生压缩永久形变的。基层下面的土基顶面的压应力很小，通常为0.01MPa，在如此小应力下的土基实际上工作在弹性变形阶段，是不会产生永久变形的，因此可以认为，在我国，沥青路面的永久变形是由沥青面层产生的。
　　2.1.2 材料问题
　　2.1.2.1 集料集料对混合料车辙性能影响最大的要素之一是级配。密实级配有利于减轻混合料车辙损坏，在充分压实的情况下，相比开级配或断级配混合料，密实连续级配混合料拥有较小的空隙率且粒料间的接触点也更多；在高温条件下，混合料中石料间的嵌挤情况对车辙发展有一定的影响，间断级配沥青混合料更易于发生车辙损坏。集料的表面纹理也会影响到混合料的抗车辙性能，尤其对于较厚的沥青层和高温气候区，需要使用表面粗糙的石料。提高集料最大粒径（大约为层厚的2/3左右）对降低混合料车辙损坏有较好的效果。
　　2.1.2.2 沥青路沥青混合料的劲度主要受沥青劲度的影响。而沥青作为一种力学特性严重依赖温度及荷载大小、频率的粘弹性材料，其性能又受到外在的环境因素如荷载及气候因素的影响。许多学者都认为粘度低的沥青使得混合料劲度下降而易于发生永久变形损坏；并建议在炎热地区或厚的沥青混凝土路面使用粘度较大的沥青。
　　2.1.2.3 混合料总体上来说，压实后的混合料的流变性质与温度的关系大致可以用下图反映：
　　一般地，设计者趋向于根据道路所在地气候条件来设计沥青混合料。在国内，混合料类型和原材料的选用经常会依据当地的工程经验来确定。将混合料的力学响应特性与使用地的气候条件参数建立量化关系是道路沥青混合料设计（尤其沥青等级选择）的发展趋势。强调现场压实的重要性，混合料的现场压实度是控制施工质量的主要参数之一，正确的压实操作将进一步提高沥青混合料的路用性能。
　　2.2 外在成因
　　2.2.1 交通荷载交通荷载引起的路面结构的应力应变状态的变化是影响车辙产生和发展的重要因素。当压实混合料所承受的剪切力超过本身的抗剪强度时，混合料开始发生剪切破坏，而路面材料一旦确定，路面内部的应力状态则很大程度上受交通荷载的控制。此外，高等级公路的交通渠化进一步加速了路面车辙的发展。通过轮辙试验结果，总结出下面的关系式：
　　
　　
　　2.2.2 自然环境因素自然环境因素影响主要是高温影响，高温是引发路面车辙产生的另一个重要外因，这是由沥青混合料的力学性质依赖温度的本质――沥青混合料从低温到高温依次表现出固体到液体的性质所决定的。国外有研究者通过大量的室内车辙试验数据建立了温度、荷载等效模型，认为温度的升高和荷载作用的增加对车辙的贡献在数量上存在等效的转换关系。沥青混合料其本质上是一种温度敏感性的粘弹性体，在低温瞬时荷载的作用下，表现为弹性体，其应力-应变关系近似呈线性；在高温长期荷载作用下，表现出明显的粘性性质，其具体力学行为就是高温蠕变和应力松弛现象。
　　3.结语
　　从长寿命路面结构出发，改善沥青路面车辙病害影响可从以下几个方面考虑：1）对沥青面层设计时应采用高性能的沥青混凝土，应具有足够的抗车辙性能、抗表面开裂性能、抗滑性能、缓解水雾的影响并能减小噪声，可以选择骨架型密实结构的沥青混合料，并采用优质沥青或改性沥青；2）对于基层，因基层主要起承受荷载的作用，必须同时具有耐久性和稳定性。此层是承受车轮荷载作用的高应力区，极易产生剪切损坏，因此，结构层须采用粗骨料的骨架结构，如水泥稳定基层，沥青碎石灌入基层等；3）严禁超限超载车辆上路，因车辆荷载是引起车辙病害的主要因素，超限超载还会加剧车辙病害影响程度，造成更大的破坏，所以必须禁止上路。

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