車轍產(chǎn)生的原因與預(yù)防

車轍的成因與預(yù)防車轍是車輛在路面上行駛后留下的車輪永久壓痕。 過去，人類廣泛應(yīng)用馬車，在泥土路上走，由于土路較軟，車過后路面就有壓痕，雨后，路面有泥水壓痕更深。古人云：“前面有車，后面有轍?！避囎叨嗔耍飞狭粝聝蓷l平行的很深的車轍。 現(xiàn)代路面車轍是路面周期性評價及路面養(yǎng)護(hù)中的一個重要指標(biāo)。路面車轍深度直接反映了車輛行駛的舒適度及路面的安全性和使用期限。路面車轍深度的檢測能為決策者提供重要的信息，使決策者能為路面的維修、養(yǎng)護(hù)及翻修等作出優(yōu)化決策。 瀝青路面的永久變形車轍表現(xiàn)為順著交通車輛輪跡的縱向凹陷。在交通荷載的作用下，瀝青混凝土材料被推離荷載作用區(qū)域，結(jié)果在輪跡內(nèi)形成凹陷而在輪跡的兩側(cè)形成隆起的凸脊。這類永久變形主要產(chǎn)生于重型車輛頻繁行駛的高溫區(qū)域以及在交叉路口坡道之類的車輛慢行區(qū)域。通常，車轍出現(xiàn)在路面的表層。瀝青路面的車轍分為磨耗磨損型車轍、結(jié)構(gòu)性車轍、失穩(wěn)型車轍、壓密型車轍四種類型車轍分類磨耗型車轍產(chǎn)生原因：在交通車輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落；在冬季路面鋪撒防滑料(如：砂)時，磨損型車轍會加速發(fā)展。 結(jié)構(gòu)型車轍產(chǎn)生原因：這類車轍主要是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強(qiáng)度不足，在交通荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生向下的永久變形，作用或反射于路面。 失穩(wěn)型車轍產(chǎn)生原因：絕大多數(shù)車轍是由于在交通荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的作用下，路面層材料失穩(wěn)，凹陷和橫向位移形成的。此類車轍的外觀特點是沿車轍兩側(cè)可見混合料失穩(wěn)橫向蠕變位移形成的凸緣。一般出現(xiàn)在車輛輪跡的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)經(jīng)碾壓的路面材料的強(qiáng)度不足以抵抗交通荷載作用于它上面的應(yīng)力、特別是重載車輛高頻率通過，路面反復(fù)承受高頻重載時，極易產(chǎn)生此類車轍。 此外，在高速公路的進(jìn)、出口，交費站或一般公路的交叉路口等減速或緩行區(qū)，這類車轍也較為嚴(yán)重。因為這些地區(qū)車速較低，交通荷載對路面的作用時間較長，易于引起路面材料失穩(wěn)，橫向位移和永久變形。 壓密型車轍碾壓不足，開放交通后被車輛壓密而形成車轍。不過這類車轍如果是由于路面施工質(zhì)量控制不嚴(yán)造成的非正常病害，一般在討論車轍時，多不考慮。 深度測定第一類為人工檢測，即用檢測橫竿橫跨在車轍上部，并用尺量出橫竿與車轍底部的間距。采用這種方法其效率是極低的，并只能隨機(jī)抽樣檢測路面車轍深度。 第二類為自動檢測，既采用路面車轍自動測定車自動檢測路面車轍深度。其方法就是利用橫向布置的一排激光、超聲、紅外或其它非接觸式位移傳感器來快速連續(xù)測定路面車轍深度。其原理是在檢測車的前端上安裝配有非接觸式位移傳感器的橫梁，并把傳感器同車內(nèi)的電腦相連，通過電腦對傳感器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理以獲得路面車轍深度指標(biāo)。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，路面車轍深度的自動檢測將成為主要的檢測方法，也將是路面施工、驗收、養(yǎng)護(hù)、評價和管理部門必備的儀器。 橋面鋪裝層車轍鋪裝層車轍是我國鋼橋橋面鋪裝的主要病害類型。在鋪裝層已產(chǎn)生病害的大橋中，有近80%的大橋其鋼橋橋面鋪裝均產(chǎn)生了不同程度的車轍。 由于鋼橋面鋪裝層在高溫季節(jié)或長時間承受車輛荷載(包括交通量成倍增長、重載、超載、慢速行駛、渠化交通)作用下，鋪裝層瀝青混合料的抗永久變形能力不足引起的。 橋面鋪裝層的車轍成因： 鋪裝熱穩(wěn)定性不足， 尤其在高溫季節(jié)，在汽車反復(fù)荷載作用下，因混合料蠕變形成永久變形積累。 地區(qū)溫度過高，長年高溫季節(jié)過長及封閉式箱梁內(nèi)部溫度較高等引起粘結(jié)層和鋪裝層溫度過高，特別是粘結(jié)層的溫度升高會使其強(qiáng)度大幅度下降，抗剪切能力不足，在重載作用下，輪跡下面的鋪裝層會出現(xiàn)沉陷及其側(cè)向隆起現(xiàn)象， 長期累積形成車轍。 一、 影響瀝青路面車轍形成及其深度的主要因素：1、瀝青混合料 現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計的主要依據(jù)指標(biāo)是瀝青混合料的強(qiáng)度，其取決于混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，受集料物理化學(xué)性質(zhì)的影響；粘結(jié)力又取決于瀝青材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、膠體結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、稠度、瀝青膜的厚度、瀝青礦料比、瀝青與礦粉系的分散結(jié)構(gòu)特征以及瀝青與礦料的相互作用，增加內(nèi)摩擦角和礦料等顆粒間的嵌擠作用可以提高瀝青混合料的抗剪穩(wěn)定性。(1)材料性質(zhì)瀝青的粘度和瀝青與礦料之間的粘附性是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的兩個因素；瀝青粘度越大，瀝青與礦料之間的粘附越好，那么混合料的高溫穩(wěn)定性越好，因此要選用粘度大的瀝青和非酸性礦料以提高混合料的高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以便產(chǎn)生較高的抗車轍能力；瀝青改性是一種提高瀝青高溫穩(wěn)定性的有效手段，據(jù)佐治亞洲的加載車輪檢測結(jié)果證明，改性瀝青混合料同標(biāo)準(zhǔn)混合料相比車轍深度有明顯減少。(2)礦物集料礦物集料的表面紋理、料顆粒大小、形狀、級配、顆粒相互位置、礦料數(shù)量、可以影響混合料的孔隙結(jié)構(gòu)，即孔隙的大小、形狀與連通閉合情況、瀝青用量狀況以及瀝青的用量和瀝青同集料的互相作用情況，因而可以對車轍的大小表現(xiàn)出不同的影響。采用潔凈堅硬的碎石，硬度大、棱角尖銳的砂以及高質(zhì)量的礦粉對于抵抗永久性變形十分有利。在整個礦料混合料中對瀝青溫度穩(wěn)定性影響最大的是礦粉，用石灰?guī)r和冶金礦渣制成的礦粉摻拌的瀝青混合料有較高的高溫穩(wěn)定性能。（3）礦料級配為探討集料級配對車轍大小的影響，有關(guān)研究人員將集料分為過細(xì)級配組、細(xì)級配組和粗級配組三種，環(huán)道試驗結(jié)果表明:熱拌瀝青混合料在最佳瀝青含量、8%空隙率時粗級配有較大的車轍深度，過細(xì)級配次之，細(xì)級配組車轍深度最小。另有單軸荷載試驗資料:在最佳瀝青含量時中粒式瀝青混合料車轍最小，細(xì)粒式次之，粗粒式大于細(xì)粒式，瀝青碎石車轍最大?？梢姡瑔渭冊龃蟮V料粒徑并不能提高路面抗車轍能力，而良好的級配和最大的密實度因增加了礦料之間的嵌擠力，而提高了混合料的高溫抗車轍能力。(4)空隙率在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計時，對空隙率的選擇一般都是根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧虾徒?jīng)驗進(jìn)行的，當(dāng)取值過高時，提高密實度可增加骨料間的接觸壓力，從而提高路面的抗車轍能力，相應(yīng)地瀝青和礦粉用量也要增加，從而又削弱其抗車轍能力。當(dāng)空隙率小于某一臨界值后，繼續(xù)減小空隙率，使得混合料內(nèi)部沒有足夠的空隙來吸收材料的流動部分，造成混合料外部的整體變形，由此而形成車轍。大量試驗表明:各種級配的混合料在最佳瀝青含量時，隨空隙率的增大車轍有所增加。2、路面結(jié)構(gòu)組成 瀝青路面的抗車轍能力除了受所用材料及其性能影響外，還與路基類型和路面厚度有關(guān)。瀝青路面厚度與車轍的關(guān)系較為復(fù)雜，同樣的材料在不同的路面結(jié)構(gòu)中會表現(xiàn)出不同的性能，有關(guān)室內(nèi)環(huán)道試驗表明:當(dāng)其路基為砂土材料時，面層厚度對車轍影響很大，面層瀝青混合料較薄時車轍較深，而且較大部分來自路基的形變；而當(dāng)面層較厚時，路基基本上不產(chǎn)生車轍。在當(dāng)路基為剛性或半剛性材料時，車轍的深度隨瀝青混合料面層厚度的增大而增加，這時的車轍總量90%來自于瀝青混合料面層本身，由此認(rèn)為，當(dāng)路基和基層強(qiáng)度較高時，采用薄瀝青混合料面層可以有效地控制車轍深度，而當(dāng)路基基層強(qiáng)度較弱時應(yīng)適當(dāng)增加面層厚度，但這樣構(gòu)筑的道路，往往由于路面回彈模量與路基回彈模量之間的比值過大，帶來不盡合理的結(jié)構(gòu)組合，而且也不夠經(jīng)濟(jì)。3、交通荷載及環(huán)境條件(1)渠化交通由于城市道路交通組織的渠化，導(dǎo)致瀝青路_面車轍破壞的情況日漸突出，在同一結(jié)構(gòu)、同一條道路上，劃分出不同交通形式的兩段道路進(jìn)行試驗，結(jié)果證明:渠化交通路段的車轍顯著增長，混合交通路段車轍增加較慢，其原因是混合交通時荷載作用范圍較寬，變形面較大，同一位置的車轍累積較小，而渠化交通同一位置處的車轍累積量大。(2)荷載日本研究人員的試驗結(jié)果證明:車輛超載加快路面的病害。在不同的軸載作用下，重軸載作用產(chǎn)生的車轍較輕軸載大得多；道路交叉口和停車點的車轍通常為正常行駛路段的25倍。4、環(huán)境氣候條件 當(dāng)氣溫較高時，瀝青路面表現(xiàn)為強(qiáng)度降低容易產(chǎn)生車轍，各種試驗均表明:路表溫度升高車轍增長加快，這是因為瀝青粘度的大小反映了瀝青抵抗蠕變的能力，當(dāng)溫度升高時瀝青粘度變小，其抵抗蠕變的能力下降，在受到外力時很容易產(chǎn)生永久剪切變形導(dǎo)致瀝青材料橫向流動而產(chǎn)生車轍。當(dāng)路面積水或路面結(jié)構(gòu)含水量增加時，瀝青和礦料之間的粘結(jié)力在潮濕條件下會被削弱或破壞，在行車荷載和水分的聯(lián)合作用下，這種病害會明顯加劇，從而導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生較大的車轍二、 如何預(yù)防車轍的出現(xiàn)1、合理的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計。面層直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響，因此要有足夠的承載力，以承擔(dān)設(shè)計期內(nèi)累計軸載次數(shù)，限定車轍發(fā)展深度。合理選用技術(shù)參數(shù)，各結(jié)構(gòu)層模量不宜相差太大，特別是中間層的級配要合理，表面層最佳油石比可以彌補(bǔ)第二層抗車轍能力。同時，考慮到集料粒徑對試件厚度的影響，應(yīng)根據(jù)集料粒徑大小選擇適宜的瀝青層厚度，并預(yù)留一定空隙率，開放交通后瀝青進(jìn)一步壓密填充。2、材料的合理選用。集料強(qiáng)度、形狀、表面性狀、清潔狀態(tài)、瀝青性能與集料相容性，特別是借鑒superpave混合料設(shè)計的先進(jìn)理念，注重材料的協(xié)同性和料源特性，保證所用材料的高品質(zhì)。改善礦料級配同時適當(dāng)增加粗集料用量和控制剩余空隙率，使粗細(xì)集料形成骨架密實結(jié)構(gòu)。可適當(dāng)采用高粘度的瀝青。3、最優(yōu)配合比設(shè)計。重視級配范圍對抗車轍能力的影響，關(guān)鍵是確定適宜的篩孔通過率、孔隙率、油石比。選用溫度敏感性低、稠度較高的瀝青或改性瀝青，同時嚴(yán)格控制瀝青的用量。嚴(yán)格準(zhǔn)確地控制混合料配合比，設(shè)法加足礦粉，嚴(yán)格控制