摘 要

通过采用激光车辙测量系统LRMS、落锤式弯沉仪FWD等多种现代测试方法对广东某高速公路沥青路面典型路段的车辙状况及使用性能进行了现场测试，并结合路面沥青混合料的动态三轴压缩蠕变、GTM旋转剪切压实等室内试验结果分析，准确查找了路面车辙病害产生的原因，为该道路养护维修处治方案的制定提供了依据。

关键词

道路工程 | 沥青路面 | 车辙 | 测试与分析

0、概述

广东某高速公路全长80km，双向四车道，设计速度为120km/h，于2005年建成通车。全线均为沥青混凝土路面，主线路面结构为:4cmAK-13A型改性沥青抗滑表层+6cmAC-20I中粒式沥青砼+8cmAC－25I粗粒式沥青砼+喷洒AH－90热沥青上撒瓜米石+36cm5%水泥稳定碎石+20cm4%水泥稳定碎石+15cm级配碎石，总厚度89cm沥青网sinoasphalt.com。

该高速公路通车两年多来，局部路段路面出现了一些较为严重的车辙病害，一定程度上影响了路面的服务质量，也给道路的营运安全带来了一定的隐患。为准确查找路面车辙产生的原因，首先根据日常养护检查记录情况确定了三个路面病害典型路段，即BK43+500～BK42+500段(车辙严重段)、BK65+000～BK64+000段(裂缝严重段)，以及BK39+000～BK38+000段(车辙轻微对比段)，然后采用多种现代化的检测仪器和设备对路面车辙病害和使用性能进行了详细调查和综合分析。

1、路面车辙状况测试与分析

采用美国威林克公司生产的激光车辙测量系统(LRMS)对典型路段主车道左、右轮迹的路面车辙情况进行了检测(每2m采集一个数据)，并按每100m统计一个结果(表1)。

从表1中典型路段的车辙调查结果还可以看到，车辙病害较为严重的BK65+000～BK64+000、BK43+500～BK42+500两段车辙深度明显大于BK39+000～BK38+000对比路段，前两者百米平均车辙深度大于10mm的路段比例分别为30%和60%，而后者百米平均车辙深度大于10mm的路段却为零。

分析和掌握路面车辙的分布状况和规律，是查清路面车辙病害成因的一个重要手段。根据主车道的路面车辙检测结果，结合现场的调查情况，可将典型路段的路面车辙按填、挖方，左、右轮进行统计，结果如表2所示。

由于填、挖方段的车辙总体方差是未知的，且两个总体方差并不相等，这样，我们可将车辙严重典型路段的填方和挖方段平均车辙近似看作两个服从正态分布的相互独立总体X和Y，然后通过阿斯平-威尔士(Aspin-Welch)检验方法，即可对两个总体均值u1和u2的差异显著性进行检验。设:

将近似地服从自由度为df的t分布。因此，根据表2中各段填、挖方的路面车辙数据(取右轮迹)，可得检验结果如表3。

由表3可见，填、挖方段主车道的路面车辙差异并不显著，这间接表明路面车辙的产生应该与路基的沉陷没有必然的联系。

2、路面结构承载能力测试与分析

本次检测以测定不同典型路段路面结构整体承载能力的差异性为主，因此采用了测值稳定、信息量大的落锤式动态弯沉仪(FWD)对所选典型路段主车道进行了路表动态弯沉测试，测试频率为1点/20m，具体统计结果见表4。

由表4可知，典型路段路表动态弯沉值均较小，平均值一般都在10(0.01mm)左右，而弯沉代表值也主要集中在12～15(0.01mm)之间，均小于原路面设计弯沉值22.7(0.01mm)。可见，该高速公路典型路段的路面结构整体承载能力较好。

另外，通过对不同典型病害路段的沥青路面动态弯沉盆信息的测试，还可以反算路面各结构层(面层、基层、土基)的动态模量情况，计算结果如表5所示。

由表5路面结构层FWD反算动态模量结果可知，各典型路段的土基模量均较大，其中车辙严重的K43+500～K42+500段土基动态模量相对最大(361MPa)，而车辙病害较为轻微的K39+00～K38+000段土基模量反而相对较小(299MPa)，这进一步说明该路段车辙的产生与土基的沉陷相关性不大。此外，各典型路段沥青面层和基层反算模量也均较大，与路面病害没有必然的联系。由此可见，该高速公路路面车辙并不是由于沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久性变形而产生的，也即结构型车辙的可能性不大，这从典型路段的路面车辙断面型式(主要呈现出W形，而非U形)也可得到验证。

3、路面施工质量控制情况测试与分析

3.1沥青混合料体积参数测试与分析

为了解该高速公路沥青路面施工质量控制及变异水平，摸清沥青路面产生车辙病害的原因，对所选典型路段(车辙严重与轻微)的沥青路面进行了现场钻芯、开挖取样，以及室内试验分析，试验结果如表6所示。

从表6可以看出，所取试件的压实度均能够满足设计和规范要求，由于沥青混合料的二次压密，大部分试件的压实度甚至出现大于100%(以室内马歇尔密度为标准密度)的现象。但是，若以GTM旋转压实密度作为标准，则经过通车碾压后车辙病害严重路段的大部分路面压实度只有97%左右，而车辙轻微段除上面层为96.9%外，中、下面层的压实度仍然超过了100%;如考虑现场回收沥青混合料老化因素对旋转压实后标准密度的影响(偏小)，则车辙严重路段的路面压实度将更低，这也意味该路段通车后进一步压密的可能性会比车辙轻微对比路段更大。

3.2沥青混合料油石比及级配测试与分析

为检验该高速公路沥青路面混合料的骨架形成及施工质量控制情况，从现场开挖取样(由于开挖工具所限，只取了中、上面层)进行了抽提筛分试验，试验结果如表7、表8所示。

从表7可以看出，两个典型路段上面层沥青混合料油石比分别达到了5.84%和5.69%，均略微超出了设计值(5.3%)±3%的上限要求，且其中车辙严重的K43+020段的沥青含量偏差要大于对比路段;但是，无论车辙严重段或对比段其上面层混合料的矿料级配控制均较为理想，与设计级配曲线较为吻合，完全满足沥青路面施工规范对各筛孔通过百分率的允许偏差范围。

从表8可以看出，车辙严重的BK43+020段中面层沥青混合料油石比为3.82%，低于其设计值(4.5%)±3%的下限要求，而对比段的中面层油石比为4.64%，与其设计值(4.5%)较为吻合;然而，无论车辙严重段或对比段其中面层混合料的矿料级配控制均较为理想，与设计级配曲线较为吻合，完全满足沥青路面施工规范对各筛孔通过百分率的允许偏差范围。

初步分析认为，车辙严重段的上面层油石比超出设计值允许偏差的上限，而中面层油石比又低于设计值的下限的原因，除了与施工时沥青计量控制不太准确外，可能主要是由于沥青混合料在车辆荷载的碾压下出现了沥青由下向上迁移的缘故。从现场开挖和钻芯情况来看，车辙严重段的中、上面层间明显存在一层厚厚的自由沥青，而对比段却未见此现象(见图1、图2)。当然，中、上面层层间自由沥青含量过多的原因与粘层油的洒布量控制不严也有很大的关系。但是，不管何种原因造成层间自由沥青过多，都会导致中、上面层间形成一个滑动的薄弱面，对沥青路面各结构层的受力都极为不利，这可能也是导致K43+020段路面出现严重车辙的原因之一。

4、沥青面层混合料高温稳定性测试与分析

4.1动态三轴压缩蠕变试验与分析

采用英国进口的Cooper试验机对典型路段的路面芯样(中上面层和下面层分两次试验)进行了60℃温度下的动态三轴压缩蠕变对比试验(试验时，每个试件共加载600个脉冲;单个脉冲的加载和卸载时间分别为0.2s和0.8s;应力激励水平取0.7MPa，围压采用0.1MPa。)，以反映其抗压缩变形能力。为更真实地模拟现场实际情况，试验时各试件的高度和中、上面层间的粘结状态均未进行加工处理，保留了其原始状态，试验结果如表9所示。

从表9可知，各典型路段下面层芯样的蠕变最大应变相差不大，车辙较严重的BK65+580和BK43+020段下面层蠕变最大应变平均值分别为29358、30196个微应变，而车辙轻微的BK38+600对比段最大微应变为28817，三者间的极差仅占其平均值的4.7%，表明各典型路段下面层沥青混合料的抗压缩蠕变性能无明显差别，这也间接说明该高速公路局部路段的车辙病害由下面层变形引起的可能性较小。从中、上面层试验结果来看，车辙严重的BK65+580和BK43+020段的最大压缩蠕变微应变平均值为36903、40527，而BK38+600对比段的最大微应变仅为14378，三者间的极差占其平均值的85.4%，表明各典型路段中、上面层混合料抗压缩蠕变性能差异显著，且对比段的蠕变应变明显小于车辙严重段(对比段最大应变约为严重段的37%)，也间接说明局部路段的车辙病害与中、上面层的整体流动变形关系密切。另外，从BK43+020段中、上面层单个芯样的试验结果还可看出，层间粘结状况良好的11、12号芯样的最大蠕变微应变(分别为30756和20840)的均值为25798，而层间滑动的6、7、8号芯样的最大蠕变微应变(分别为61625、42651和46765)的均值为50347，达到了层间粘结良好芯样应变的1.95倍，可见层间粘结状况也对中、上面层的整体流动变形产生了很大的影响。

4.2GTM旋转剪切压实试验与分析

为检验该高速公路沥青路面的抗剪和可压实性能，本次调查从典型路段现场取样后，将沥青混合料加热并分散至松散状态(温度控制在105℃以内)，然后采用GTM旋转压实机重新对混合料进行旋转压实成型(试模温度60℃，接触压强为0.7MPa)，并测试其各项性能指标，试验结果见表10。

从表10可知，车辙严重段与车辙轻微对比段的上面层混合料无论旋转压实次数、旋转压实稳定值和抗剪安全系数，以及静态剪切和压缩模量等各项指标都相差无几，这再次证明了该高速公路局部路段的车辙病害与上面层变形的关联性不大。然而，两个典型路段中面层混合料的各项指标存在明显差异:车辙严重段的中面层最终旋转压实次数为247转，明显小于对比路段的322次，表明车辙严重段的中面层混合料更容易被压实。而车辙严重段的中面层混合料抗剪安全系数仅为0.08，也大大低于对比路段的相应值(1.91)，表明车辙严重段的中面层混合料抗剪性能较低，在车辆荷载的作用下极易产生剪切流动变形破坏。此外，车辙严重段中面层混合料无论静态剪切模量或压缩模量均相对较小，约占对比路段的56.6%，再次说明车辙严重段的中面层混合料抗剪强度较差，这也是导致该高速公路局部路段出现车辙病害的一个重要原因。

5、车辙病害成因总结

通过采用多种现代测试手段对广东某高速公路路面车辙状况及使用性能进行现场调查和室内试验分析，可知其路面车辙产生的原因如下:

(1)某高速公路局部路段车辙病害较为严重的主要原因是由于其中面层沥青混合料抗剪强度及安全系数均较低，且相对车辙轻微对比路段的更容易被碾压密实，在车辆荷载的作用下路面混合料产生了侧向流动和压密变形。

(2)局部路段中、上面层施工时层间粘层油洒布量过大，或在车辆荷载作用下沥青由中面层向层间或上面层迁移，造成中、上面层间形成了一个滑动薄弱面，同时也增加了中、上面层所受的压缩和剪切应力，导致中上面层整体压缩蠕变应变增大。

(3)车辙病害严重段刚好处于一个长上坡路段，路面内部的最大剪应力较一般路段要大，且由于上坡时货车车速较慢，车辆对路面的作用时间更长(根据时温等效原理相当于增加了路面的作用温度)，也是导致该路段车辙严重的一个重要因素。