摘要
为了深入分析干线公路沥青路面车辙形成原因，本文以国道线河津段为依托，主要针对断面、车辙、隆起以及停车道等等道路部位进行钻心取样处理，检测分析了路面各结构层的变形及其对总车辙变形的影响，并在室内对钻取的试件进行了抽提试验，分析了沥青用量与级配的变化及其对车辙的影响。通过测量和试验发现，车辙会导致道路中面层产生的流动变形现象，而产生车辙的主要原因则是级配偏细和超荷载环境所导致的。对沥青的用量进行严格控制，实施S型级配方案，从而进一步避免施工环节出现级配离析现象，从根本层次避免车辙现象的产生。
关键词
道路
沥青路面
车辙
钻芯
调查
机理
河津至运城一级公路(以下简称河运一级公路)是国道线在运城境内的一段，全程53km。该公路正式通车于年年底，经过长时间的连续运营之后，该公路全线出现了不同程度的道路损伤，而K+-K+段3km车辙病害最为严重，极大的影响了行车速度和行车安全，年对该段路面进行了面层铣刨重铺，经近几年的通车运行，重新又产生了严重的车辙病害，为了深入分析路面车辙成因，通过现场调查、室内分析两种研究方案，对该段公路的车辙变形状态和材料组成结构等等因素进行科学详尽的调查分析，从而达到进一步完善优化工程设计的目的。
沥青面层车辙变形现象的分布情况
路面芯样通常承载着较为详尽的路面信息，针对路面芯样表现出的变形特征进行研究，能够较为清晰有效的得出车辙的芯样层位。针对芯样密度以及沥青含量等等多种特征因素进行分析，能够较为有效的得出产生车辙现象的主要原因。本章节主要采取6个段面芯样作为研究样本，从车辙、隆起两种情况下的路面芯样指标方面进行研究分析，从而进一步判断该段公路导致车辙现象的层位及成因。
沥青面层的结构层分析
从沥青面层而言，其表现出的变形特征主要是在设计厚度的基础上有所变化。其变化大小往往可以较为清晰的反映出采样路段各结构层表现出的车辙分布状况。以相关路段数据的统计分析中可以得出，沥青路面在进行结构层设计时的理论厚度分布为:上面层(40mm)，中间层(50mm)、下面层(60mm)。具体数据如表1所示:
(1)从路面各层的变形状态分析而言，在上、中、下三层都存在一定的变形情况，整体而言，中间层发生的形变现象最为严重，下面层稍微有所降低，而上面层的形变则相对较小，但是其中部分路边却在下面层存在较为严重的变形情况，比如:K+。
(2)从各个层面的形变情况而言，其对车辙的成因及影响均表现出不同的作用效果，通过层面变形量在总变形量间所占据的比重对各个层面的影响进行分析。从表2中相关数据可以看出，中面层表现出的变形率平均值为57%，是导致车辙产生的关键层位，但是上面层所表现出的变形率平均值仅仅达到19%，相对较小。针对下面层而言，变形率的数值相对较为离散，比如:K+路段的变形率数值是59%，是产生车辙现象的主要层位，主要原因在于该路段下面层相对较为薄软，仅仅维持在40mm上下，施工质量相对较差，从而导致下面层不具备较强的支撑，在行车荷载的外力影响下便发生了较为明显的变形。
针对芯样外观进行观察分析能够发现，当处于高温及荷载作用等等外界因素的影响下，部分路段往往呈现出极为显著的流动变形现象。主要原因在于:从一方面讲，中间层往往承担最大的剪应力，如图3所示，通过有限元分析法对路面应力分布情况进行计算分析，从图中可以明显看出，剪应力最大值主要表现在路面以下6cm的范围。从另外方面分析来看，中面层主要用的是基质沥青，一般无法提供较为优良的抗车辙性能，当环境温度超过60℃的情况下，其胶结料粘性便会降低较多，使其抗剪力性能大幅度下降，从而在行车荷载的外力影响下导致胶浆和细集料呈现出横向流动现象，进而导致失稳性车辙的出现。所以，要对中间层抗车辙能力给予足够的重视，在适当条件下可采用改性沥青。
沥青面层各结构层的密度及沥青含量分析
当流动性车辙现象存在于某一路段的时候，该路段往往表现出“W”形变特征，主要是受到外界荷载影响下导致的路面变形，为进一步总结车辙成因及荷载影响，本次主要在车辙路段、隆起路段进行钻芯取样，并针对沥青用量及结构密度进行科学有效的室内测试，除此之外，还将停车道路段作为对比样本进行分析比较。其测试数据如表3、表4所示。从中能够发现:
(1)针对同一结构层面密度而言，车辙路段通常要比隆起路段、停车道路段略高。因此，在公路投入使用之后，行车负荷是导致车辙的主要原因之一，同时也能够说明在公路处于压密阶段时，产生车辙现象也是无法避免的。比如:K+路段在车辙路段所表现出的密度则是远远超过隆起路段及停车路段。所以，针对车辙病害而言，压密变形是最为重要的影响因素。
(2)针对沥青含量的分布状态进行考察分析，大部分隆起路段的沥青含量相对较大，如表4所示。从中可以看出，在行车荷载的影响下，沥青面层的内部材料通常存在明显的流动性。针对车辙现象严重的断面而言，上面层的沥青含量要远远高于停车道路段，而下面层、中间层则要远远低于停车道路段，从中可以总结得出沥青混合料表现出不均匀的流动性特征。
沥青混合料通常是由沥青胶浆、矿料构成，其中沥青胶浆主要对其粘弹性产生影响，而矿料则是其骨架结构的主要稳定支撑。当外界环境相对较高的时候，沥青胶浆主要以半固体的形式存在，在外界荷载作用的影响表现出较为显著的流动性特征，首先表现为胶浆向隆起位置的流动，从而致使隆起位置的沥青含量及油量相对较多，但是因为变形的持续发展，细集料同样也会存在横向移动的可能性，使得隆起路段呈现出较为松散的组织结构。针对中间层、下面层而言，当处于行车荷载影响下的时候，往往表现出“振浆”现象，部分胶浆会上浮，部分胶浆则会由于剪应力的影响表现出横向流动现象，从而导致中间层、下面层结构的油量有所降低。因为中间层所处环境较为残酷，所以在车辙现象较为严重的路段，其中间层相对较为稀薄，比如:K+车辙路段的沥青含量仅达到4.08，和隆起路段相比较而言相对较低。但是其上面层的油量存在显著提升，并且芯样样本在室内实验中表现出粘轮现象，如图4所示，从而可以得出:该路段的内部沥青经历了重新分布，使得沥青从下层逐渐上移至表层。
(3)中间层沥青含量基本达到4.6%以上，具体数据如表4所示，从AC-20混合料角度而言，其油量所占比重较高，但是中层部位却相对较低，从而能够总结出沥青胶浆具备较为显著的流动特征，也可以看出油量占比过高同样是导致流动变形的重要成因，所以在项目施工过程中，应当对沥青用量进行严格掌控，从而进一步避免出现流动性车辙。
沥青面层的级配分析
通过钻芯的方式获取实验样本，从进行科学有效的室内实验，能够针对沥青面层进行较为精确的级配分析。本文以6个断面作为实验样本，针对级配变化进行合理计算分析，从而判断该因素和车辙现象之间所表现出的作用关系。
(1)本课题的钻芯取样过程主要针对6个桩号位置实现，并针对矿料级配情况进行科学的抽提分析。如图5~图7所示。通过级配曲线中可以发现，多数级配偏细，这种现象和I型实级配方案的使用存在密切联系。上面层曲线的多个筛孔均高于控制点，更是多数曲线位于限制区以上。中间层、下面层则主要维持在规范中值以上，并且也存在多个筛孔高于规范控制点，有效证明了该沥青层面的集料偏细，没有形成稳定的骨架结构，从而进一步导致车辙现象的出现。
(2)从各个断面中抽提矿料级配样本，并对其筛孔通过率进行计算分析，如表5所示。从下表中可以看出，各个级配样本的关键筛孔4.75均表现出较大的通过率，上面层区域:6个断面通过率达到45%以上;中层区域:5个断面通过率达到45%以上;下面层区域:4隔断通过率达到40%以上。所以能够总结得出，多数路段的级配均呈现出细型特征，不具备较强的抗车辙性能。
(3)针对同一断面的不同位置，对其矿料级配进行比较分析。选取K+路段作为研究样本，并在车辙、隆起及停车道等等特征路段的进行取样研究，级配曲线如图8~图10所示。其车辙、隆起两种特征路段在级配方面相对较细，主要原因是由于行车荷载的影响，使得粗集料结构被压碎，进而导致级配退化现象的出现，并且在高温环境下，部分细集料会逐渐向隆起区域方向移动，从而使得隆起区域路段的级配更加薄细。通过路段样本相关的数据分析中得出，压碎现象广泛存在于各个芯样研究样本之中。具体特征如图11所示。
针对集料级配方面的研究而言，国内外的相关学术研究相对较多，多数理论论据提出:沥青混合料主要是在集料嵌挤力的基础上优化抗车辙性能，有效的级配关系往往能够提高集料嵌挤力，从而使得骨架嵌挤结构更加合理完善，并进一步使得公路内摩阻力得到有效提升，实现高温抗车辙能力的有效提升。通过数据调查分析发现，传统意义上使用较为普遍的I型沥青混合料在二级公路及以下的项目施工中具备极高适用性，但是在对渠化交通公路方面，该类混合料的稳定性及抗滑性能均有所欠缺。中间层采用AC-20F型能够起到提升密水性的作用，但是对于荷载要求较高、坡度大的部分路段来讲，抗车辙性能不甚理想。现行实施规范则是从道路差异、交通差异等等条件加以分析应对，具备较为广泛的级配范围，并且以美式方法为基础划分为粗型、细型两种类型。由于级配范围相对较为广泛，但是同样给项目施工单位提出了更高的要求，使得施工环节存在级配失控，混合料实际性能相对较低的现象。
结论
经过上文的系统分析可以得出，级配偏细、缺少骨架结构等等因素是导致河运一级公路导致车辙出现的重要成因。在以后的项目施工过程中应当着重解决以下问题:
(1)从级配设计方面而言，不能够仅仅从密水性方面对沥青混合料进行考虑，还要从高温抗车辙性能方面进行综合选择。细型级配结构由于在抗车辙能力方面相对较弱，已经无法应对现阶段的交通要求，所以应当更多的考虑多级嵌挤密实型级配，比如:现阶段应用较为广泛的S型级配，在空隙率、密水性、稳定性等等方面均表现出较高性能。
(2)当条件允许的时候，应当尽可能的以优质材料作为项目落实基础。坚固集料的使用不应当仅仅局限于上层结构，还要对其他层次有所侧重，从而避免集料在施工环境便存在压碎现象，进而使得级配关系发生一定改变，无法构建合理有效的骨架结构，进而导致抗车辙性能无法满足项目设计需求。
(3)在河运一级公路方面，离析是影响其高温抗车辙性能的关键性原因。从各结构层方面的沥青混合料实施方面进行研究，针对某些公称粒径相对较大的混合料而言，应当进一步提升工程质量，避免离析现象的出现。
全文完。首发于《公路交通技术》技应用技术版年7期。添加主编