车辙病害调查及成因分析：沥青路面施工作业与养护决策的成果

在选择路面大修方案时，特别是在旧路面车辙病害严重的路段，应对车辙成因进行深入调查和分析，包括车辙病害程度调查、交通量调查、路面结构与材料调查等。在此基础上，结合室内试验，分析车辙病害成因，为新铺路面的材料和结构设计提供必要的依据。

1.车辙病害调查内容和方式

（1）一般全线车辙调查。

在病害处治以前，对高速公路全段进行全面系统的车辙病害调查，分析车辙病害的程度和分布状况。

①采用人工断面量测或激光车辙检测车连续测定路面上的车辙深度，并建立车辙深度与里程之间的关系。采用人工断面量测方法计算路面代表车辙深度时，在检测路段上量测按一定间距（通常为50 m或者20 m）分布的测试断面上每个车道上的车辙深度，计算路面代表车辙深度（Dτ），计算公式见式（3.1）。

式中：——评定路段内车辙检测值的平均值；

S——评定路段内车辙检测值的标准差；

N——评定路段内车辙检测的断面总数；

α——置信水平（保证率），一般取95%或90%；

tα——分布表中随自由度（N-1）和置信水平α（保证率）而变化的参数。

②根据所测量的车辙深度，将车辙按病害程度划分为4个等级（严重、中等、一般、无），作为制订不同路段车辙处治方案的依据。

③根据车辙在所调查路段上的分布情况，首先分析不同路段车辙病害程度存在差别的原因，即车辙是由交通量差别造成的还是由材料或结构差异造成的；然后通过对车辙病害程度不同的路段的材料和结构设计方法进行对比，吸取教训，总结成功经验，在后续设计中特别加以考虑。

（2）典型路段断面测量。

车辙比较严重的典型路段，应进行开挖，通过对断面观察和测量，进一步了解车辙的成因。

①在车辙断面的隆起处、谷底处分别钻芯取样，并在同一断面、未受行车荷载作用的路肩位置钻芯取样，分别量测各芯样的总厚度和各层厚度。

②依据以上量测的数据，分别计算总的车辙变形量、各层的车辙变形量，分析发生车辙变形最大的层位，并对其进行室内沥青含量抽提试验和分析，确定材料对车辙成因的影响。

③观察层间结合紧密还是分离。理论分析和试验均表明，路面各层层间结合不佳会加剧车辙病害。因此，对芯样结合状况的观察主要为了了解层间黏结不佳的原因，如层间污染或黏层油未起效果。

2.室内试验分析

除了现场调查获得车辙分布状况，对钻取的路面芯样进行测量外，还应对芯样进行室内试验分析，进一步了解车辙形成机理，为沥青路面翻修过程中混合料及结构设计提供依据。(https://www.xing528.com)

（1）空隙率测试分析。

对车辙处同一断面不同位置的芯样进行空隙率测量，可以了解到各结构层空隙率的变化，在一定程度上反映出车辙发生的原因。调查表明，车辙处路面各层的密度一般要大于隆起处和停车道处对应层位的密度，因此开放交通后行车荷载对沥青路面的进一步压实是产生车辙的原因之一，同时也说明了车辙产生的第一阶段（压密过程）是很难避免的。

（2）级配调查分析。

对钻取的芯样进行室内抽提试验，可以得到每个芯样的集料级配。在分析集料级配时需要注意，由于在钻取芯样的过程中会有一部分粗集料破坏，级配肯定会与实际有一定差别，即芯样级配与原设计级配相比肯定是变细了，所以在分析车辙成因时，不要被这个现象所误导而完全将车辙归因于级配偏细，忽略了对其真实原因的探究。

一般情况下，可假设在取芯过程中各路段芯样的粗集料受到破坏的程度基本相同，通过对不同车辙的路段芯样的级配进行比较，可以由级配差异分析来自级配方面的原因。芯样级配偏细的可能原因（除取样破坏原因外）有以下几个方面。①混合料设计时就偏细。有些工程项目为了设计和施工方便，多依照以往的经验，设计为AC型沥青混凝土，有的也为了防止路面渗水，采用细的混合料级配。②施工过程中，由于料源或者设备参数发生变化，导致级配偏细，偏离设计级配。这是很多车辙路段出现车辙的原因。

（3）沥青含量测试分析。

从现场路面钻取芯样后，需要测定芯样的沥青含量。沥青含量可采用溶剂抽提法、燃烧法等方法测定。其中，燃烧法是一种新型测试方法，具有产生沥青烟气少、测试时间短和可连续测试的优点，得到了越来越广泛的应用。

沥青用量是影响沥青路面车辙的一个重要因素。沥青用量大，沥青膜变厚，自由沥青将影响集料之间的嵌挤，成为集料之间互相滑动的润滑剂，从而降低沥青混合料的抗剪强度，在交通荷载作用下，很容易产生车辙变形。研究表明，最佳沥青用量减少0.3%～0.5%，动稳定度将成倍增加；相应地，如果沥青用量增加，即使在施工允许的0.3%范围内，也会造成动稳定度的大幅度减小。如果抽提试验结果为沥青用量偏大，需要具体分析原因。根据我国目前沥青混合料设计和施工情况，造成沥青用量偏大的原因如下。①混合料设计时沥青用量本身就偏大。目前，我国沥青混合料的设计方法是马歇尔法。该法设计的最佳沥青用量比Superpave设计法和美国GTM设计法设计出的沥青用量要略大一些。②料源发生变化。例如矿料性质和级配发生变化，设计的沥青用量与矿料不相适应，使得沥青膜较厚。③由于拌和楼沥青添加系统控制的问题，导致沥青用量偏大。

沥青路面经过行车荷载的作用，不同层位的沥青用量会发生变化，这个情况在分析沥青含量时也应加以考虑。往往车辙比较严重的路段，车辙处上面层的沥青含量要大于停车道处的沥青含量，而车辙处中、下面层的沥青含量明显低于停车道处。根据胶浆理论，可以对产生上述现象的原因进行简单的分析：沥青混合料是由影响沥青混合料黏弹性的沥青胶浆和提供沥青混合料骨架结构与稳定性的矿料两大部分构成。在夏季高温条件下，沥青胶浆基本处于半固体状态，在行车荷载的作用下，轮迹下的胶浆横向流动到隆起处，隆起处的沥青增多。随着变形的进一步的发展，细集料也可能发生横向流动，使隆起处的结构变得松散。而中、下面层在行车荷载的作用下，可能出现“振浆”现象，部分胶浆上浮至上一层，一部分胶浆在剪应力的作用下发生横向流动，造成中、下面层的油量变小。

（4）沥青路面厚度测量与车辙变形计算。

对钻取不同部位的芯样，测量其总厚度和各层厚度，并计算芯样各层的变形率，用于分析沥青层厚与车辙的关系以及车辙变形的主要层位。沥青面层各结构层的变形是相对于原铺筑厚度或设计厚度的改变量，测定的变形量可以直观地反映出车辙在各结构层的分布情况。

在我国开展的一些调查中发现，车辙变形主要限于表面层和中面层，并且中面层对车辙的变形贡献更大一些。芯样各结构层变形率调查分析结果表明，中面层的平均变形率为57%，是产生车辙的主要层位，对车辙的贡献最大；而上面层的平均变形率最小，只有19%。对于下面层，变形率的值比较离散，个别路段的变形率达到了59%，是车辙发生的最主要层位。分析其原因为，该路段下面层比较薄，只有40 mm左右；该路段在施工过程中质量控制不严格，导致下面层比较软弱，从而在行车荷载的作用下产生了较大的变形。因此，由上面的分析，可以认为车辙主要发生在中面层，对于个别下面层比较软弱的路段，车辙主要发生在下面层。

在陕西西宝高速的调查中发现，部分路段的车辙比较严重。通过分析车辙处芯样外观发现，部分路段的面层发生了严重的流动变形，其中中面层变形最大。分析其原因为：①中面层所承受的剪应力最大，其在路表以下6 cm左右处出现峰值；②中面层采用的是基质沥青，自身的抗车辙能力较差，在路面温度为60℃以上时，沥青胶结料的黏度急剧下降，沥青混合料的抗剪强度大幅降低，胶浆和细集料在行车荷载的作用下发生横向流动，产生失稳性车辙。

实际上，面层各层占车辙总变形的比例并无定数，各层变形的大小与各层的强度、轴重、荷载持续时间及温度等有关。当公路上运行的车辆轴重小、车速快、温度较高但持续时间短时，表面层有可能产生较大的车辙变形。当表面层使用了改性沥青时，中面层极有可能出现较大的变形。当车速低，轴载对路面的作用时间长，特别是当中、下面层没有采用改性沥青，高温性能较差时，中面层和下面层将会出现较大的变形量。当轴重大时，剪应力峰值下移，有可能引起中面层，甚至下面层产生较大的变形。

（5）结构层层间结合情况调查分析。

沥青路面车辙大小和沥青层与基层的接触条件也有关。我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中假设层间接触为完全连续状态，但是实际上层间接触往往介于连续状态和滑动状态之间。国内大量理论分析表明，当沥青层与基层的层间结合状况由连续状况变为滑动状态时，层间剪应力会急剧增大，沥青路面更易出现车辙。在沥青路面调查过程中，通过查看不同路面结构路段芯样的层间接触情况，可以分析层间结合状况对沥青路面车辙的影响。

对陕西省几条高速公路的调查发现，在大多数出现严重车辙的路段上，路面结构芯样的层间接触状态很差，基层和沥青层的整体性已完全丧失。对河北省唐山市迁曹高速公路的调查发现，在路面和桥面铺装层出现严重车辙的路段，铣刨部分沥青层后可以明显看出沥青层和基层已经完全分离，同时在沥青层和基层之间存有大量水分，这将进一步弱化层间的黏结状况，导致沥青路面出现大量车辙。

因此，沥青层与基层黏结差也是产生车辙的一个重要原因，在沥青路面翻修过程中需要采取措施改善或增强沥青路面结构的层间接触。