高速公路沥青路面早期车辙成因及预防性养护技术

1 引言

高速公路作为现代交通重要基础设施，其路面状况直接影响交通运输效率与安全。沥青路面凭借良好柔韧性、抗滑性及行车舒适性，在高速公路建设中占主导地位。但近年来，部分高速公路沥青路面通车后短时间内出现明显车辙病害，严重影响路面平整度与结构强度，降低行车安全性和舒适性，增加交通事故风险，还导致养护成本大增，给公路管理部门带来巨大经济压力。深入研究其早期车辙成因，探索有效预防性养护技术，对提高沥青路面耐久性、延长使用寿命、保障行车安全及降低养护成本意义重大。准确分析成因可在设计、施工和运营管理等环节采取针对性措施，预防和减少车辙病害；应用预防性养护技术能在路面病害未严重发展前及时处理，保持良好性能，最大限度发挥沥青路面使用价值。

2 沥青路面早期车辙的危害与类型

2.1 车辙对行车安全和舒适性的影响

车辙是沥青路面在行车荷载反复作用下，沿行车轮迹产生的纵向带状凹槽。车辙的出现严重影响了行车安全和舒适性。首先，车辙破坏了路面的平整度，车辆行驶在有车辙的路面上时，会产生颠簸和跳动，降低了行车的平稳性，增加了驾驶员的疲劳感，影响驾驶操作的准确性，容易引发交通事故。其次，车辙深度较大时，在雨天容易积水，车辆高速行驶时可能会产生水漂现象，使车辆失去控制，极大地威胁行车安全。此外，车辙还会导致车辆轮胎磨损加剧，缩短轮胎使用寿命，增加车辆运营成本。

2.2 常见车辙类型及特点

2.2.1 失稳型车辙

失稳型车辙是由于沥青混合料在高温和重载作用下，内部结构失稳，产生侧向流动而形成的。其特点是车辙深度较大，车辙两侧伴有明显的隆起现象，通常出现在交通量较大、重载车辆较多的路段，尤其是长大纵坡和弯道处。失稳型车辙形成与沥青混合料的高温稳定性有很大关系，当沥青混合料抗剪强度不足时，在行车荷载作用下，混合料中集料发生相对位移，导致路面产生较大的变形。

2.2.2 磨耗型车辙

磨耗型车辙主要是车辆轮胎与路面间的长期摩擦使路面表层集料不断磨损而形成的。其特点是车辙深度比较浅，表面比较光滑，一般在交通量大、车速高的路段多采用。磨耗型车辙的产生与路面材料的耐磨性、轮胎类型、行车速度等有关。在长期的行车过程中，路面表面集料由于轮胎对路面的摩擦力不断磨耗，逐渐形成车辙。

2.2.3 压密型车辙

压密型车辙是沥青路面在施工过程中压实不足，在通车以后，在行车荷载的反复作用下，路面逐渐被压实而形成的。其特点是车辙深度较小，一般在路面通车初期出现，随着时间的推移，车辙发展逐渐趋于稳定。压密型车辙的产生与沥青混合料的初始空隙率、压实工艺以及行车荷载的大小等因素有关。如果沥青混合料在施工时未能达到规定的压实度，通车后在行车荷载的作用下，混合料会进一步压实，导致路面产生一定的变形。

3 高速公路沥青路面早期车辙成因分析

3.1 材料因素

3.1.1 沥青性能对车辙的影响

沥青作为沥青混合料的重要组成部分，其性能对车辙的形成有着至关重要的影响。沥青的高温粘度是影响沥青混合料高温稳定性的关键因素之一。高温粘度较低的沥青，在高温环境下容易变软，使沥青混合料的抗剪强度降低，在行车荷载的作用下，容易发生剪切变形，从而导致车辙的产生。例如，在我国南方高温地区，夏季气温较高，如果选用的沥青高温粘度不足，就容易出现早期车辙病害。沥青的感温性也是影响车辙的重要因素。感温性较强的沥青，其粘度随温度变化较大，在高温时粘度迅速降低，低温时粘度又迅速增大，这使得沥青混合料在不同温度条件下的性能差异较大。在高温季节，感温性强的沥青容易导致沥青混合料变软，增加车辙产生的风险；而在低温季节，则容易引发沥青路面的开裂。

3.1.2 集料特性与车辙的关系

集料在沥青混合料中起骨架支撑作用，集料的特性对沥青混合料的抗车辙能力有很大影响。集料颗粒形状与纹理的深度直接影响着集料间的嵌挤力和摩擦力。棱角分明，纹理粗糙的集料可以提供更好的嵌挤作用和摩擦力，使沥青混合料在承受行车荷载时，能更好地抵抗变形，减少车辙的产生。相反，表面光滑，形状圆润的集料，嵌挤力，摩擦力较小，沥青混合料的抗车辙能力较弱。集料的级配也是影响车辙的重要因素。合理的集料级配能使沥青混合料形成密实的骨架结构，提高混合料的内摩擦力和抗剪强度。如果集料级配不合理，比如说细集料过多或粗集料不足，就会造成沥青混合料空隙率太大或太小，太大，沥青混合料在行车荷载作用下易产生压密变形；太小，沥青混合料在高温时，无足够的变形空间，易产生剪切变形，易引起车辙的形成。

3.1.3 沥青混合料配合比的影响

沥青混合料配合比是影响沥青路面性能的重要因素之一，它对早期车辙的形成有着重要的影响。油石比是沥青混合料配合比的一个重要参数，油石比过大，沥青混合料中自由沥青多，集料间的嵌挤力降低，沥青混合料的高温稳定性下降，在行车荷载和高温作用下，易产生车辙。相反，油石比过小，则会使沥青混合料的粘结力不足，容易出现松散、剥落等病害，同样会影响路面的使用寿命。沥青混合料的空隙率也是影响车辙的重要因素。适当的空隙率能够保证沥青混合料在高温时具有一定的变形空间，同时又能防止水分和空气的侵入，提高沥青混合料的耐久性。如果空隙率过大，在行车荷载的反复作用下，沥青混合料容易发生压密变形，导致车辙的产生；而空隙率过小，则会使沥青混合料在高温时缺乏足够的变形能力，容易产生剪切变形，增加车辙的形成风险。

3.2 施工因素

3.2.1 路面压实质量问题

路面压实质量是影响沥青路面早期车辙的重要施工因素。压实不足会导致沥青路面的空隙率过大，在通车后，在行车荷载的反复作用下，路面会逐渐被压实，产生压密型车辙。同时，压实不足还会使沥青混合料的内部结构不够密实，集料之间的嵌挤力和摩擦力较小，在高温和重载作用下，容易发生剪切变形，形成失稳型车辙。影响路面压实质量的因素主要包括压实设备的选择、压实工艺的控制以及施工人员的操作水平等。如果压实设备的吨位不足、碾压遍数不够或者碾压速度过快，都难以达到规定的压实度要求。

3.2.2 沥青混合料摊铺不均匀

沥青混合料摊铺不均匀，路面厚度不一致，在行车荷载的作用下，薄的部位易于产生较大的应力集中，加速车辙的形成。摊铺不均匀还会导致沥青混合料级配发生变化，局部区域细集料过多或粗集料不足，影响沥青混合料的性能，增加车辙产生的风险。沥青混合料摊铺不均匀的原因主要是摊铺机性能差，摊铺过程中操作不当，混合料离析等。例如摊铺机的熨平板调整不正确，螺旋布料器的转速不均匀、混合料在运输和卸料过程中发生离析等。

3.2.3 施工温度控制不当

施工温度对沥青混合料性能和施工质量有很大的影响。在沥青混合料的拌和，运输，摊铺，碾压过程中，温度控制不当，会影响沥青混合料的压实效果，结构性能，导致早期车辙的产生风险增加。例如，拌和温度太高，会造成沥青老化，降低沥青粘结力，影响沥青混合料性能；摊铺温度太低，会造成沥青混合料流动性差，难以压实，造成压实度不足；碾压温度太高或太低，都会造成碾压效果不好，碾压温度太高，沥青混合料会有推移，拥包等现象，碾压温度太低，压实度达不到要求。

3.3 交通因素

3.3.1 重载交通的影响

随着我国经济的快速发展，公路运输中的重载交通日益增多。而重载车辆的轴载远高于路面设计的标准轴载，在行车荷载的反复作用下，路面结构承受的应力大大增加，容易造成沥青路面早期车辙。特别是长大纵坡及弯道，重载车辆制动和加速时，会增加路面的剪切力，进一步加剧车辙的发展。研究表明，轴载提高一倍，路面车辙深度可能增加数倍。因此，重载交通是造成高速公路沥青路面早期车辙的重要因素之一。

3.3.2 交通渠化的影响

交通渠化是指通过设置交通标志、标线等引导车辆在道路上有序行驶。在高速公路上，车辆行驶方向相对固定，容易形成交通渠化。长期交通渠化使路面在行车轮迹处所承受的荷载作用更为集中，从而使行车轮迹处路面结构更易出现疲劳损坏和车辙病害。尤其是在收费站、服务区等车辆启停频繁的路段，交通渠化对车辙的影响更为明显。

3.4 环境因素

3.4.1 高温对沥青路面的影响

高温是沥青路面早期车辙的重要环境因素之一。在高温环境下沥青粘度降低，沥青混合料强度及抗变形能力降低，在行车荷载的作用下，易产生剪切变形而产生车辙。我国南方地区夏季气温高、且持续时间长，沥青路面在高温条件下长期承受行车荷载的作用，早期车辙问题尤为突出。此外，高温还会加速沥青的老化，降低沥青与集料之间的粘结力，进一步削弱沥青混合料的性能，增加车辙的形成风险。

3.4.2 雨水侵蚀对车辙的影响

雨水侵蚀会对沥青路面的结构性能产生不利影响，进而加速车辙的形成。当雨水渗入沥青路面内部后，会使沥青与集料之间的粘结力降低，在行车荷载的作用下，集料容易从沥青中剥离，导致沥青混合料的强度下降。同时，雨水在路面结构层内流动时，会对结构层产生冲刷作用，破坏路面结构的完整性，使路面更容易产生变形和车辙。此外，在寒冷地区，冬季的冻融循环会使路面内部的水分结冰膨胀，解冻时又收缩，反复的冻融作用会进一步加剧路面的损坏，加速车辙的发展。

4 高速公路沥青路面预防性养护技术

4.1 预防性养护的概念与意义

预防性养护是指在路面状况良好或病害出现初期，通过采取一系列养护措施，预防或延缓路面病害的发生和发展，保持路面的良好性能，延长路面使用寿命的一种养护策略。与传统的矫正性养护相比，预防性养护具有成本低、效果好的优势。在路面病害尚未严重发展之前进行预防性养护，可以及时修复路面的微小缺陷，防止病害进一步扩大，从而降低后期的养护成本。同时，预防性养护能够保持路面的平整度、抗滑性等性能，提高行车的安全性和舒适性，保障公路交通的正常运行。

4.2 常见预防性养护技术介绍

4.2.1 微表处技术

微表处是一种采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照一定比例拌和成稀浆混合料，均匀地摊铺在路面上，形成一层具有良好抗滑性能和封水性能的薄层罩面的预防性养护技术。微表处技术具有施工速度快、开放交通早、成本低等优点，能够有效修复路面的轻微车辙、裂缝等病害，提高路面的抗滑性能和防水性能，延缓路面的老化和损坏。微表处适用于路面病害较轻、车辙深度不超过 15mm 的沥青路面。

4.2.2 同步碎石封层技术

同步碎石封层是将高温熔化的沥青或改性沥青通过专用设备均匀喷洒在路面上，同时在沥青上均匀撒布一层单一粒径的石料，然后通过轮胎压路机碾压，使石料与沥青充分粘结，形成一层具有良好防水、防滑和耐磨性能的表面封层的预防性养护技术。同步碎石封层技术能够有效改善路面的抗滑性能和防水性能，提高路面的耐磨性和抗裂性能，对路面的轻微病害有一定的修复作用。同步碎石封层适用于路面病害较严重、需要提高路面整体性能的沥青路面。

4.2.3 雾封层技术

雾封层是将雾封层材料通过专用设备以雾状形式喷洒在路面上，形成一层薄薄的保护膜，封闭路面表面的微小空隙，防止水分和空气侵入路面内部，延缓路面老化的预防性养护技术。雾封层材料一般为高分子聚合物乳液，具有渗透性好、粘结力强等特点。雾封层技术具有施工简单、成本低、不影响交通等优点，能够有效提高路面的防水性能和抗滑性能，延长路面的使用寿命。雾封层适用于路面状况较好、仅有轻微老化和渗水现象的沥青路面。

4.3 预防性养护技术的选择与应用

4.3.1 根据路面状况选择合适的养护技

在选择预防性养护技术时，首先要对路面状况进行全面、准确的评估。通过路面破损调查、平整度检测、抗滑性能检测等手段，了解路面的病害类型、严重程度以及路面的整体性能状况。对于路面病害较轻、车辙、裂缝或老化现象较少的路面可采用微表处、雾封层等技术进行养护，对路面病害较严重、车辙深度较大或有提高路面整体性能的路面，应采用同步碎石封层、超薄磨耗层等技术进行养护。同时，还要考虑路面交通量、交通组成及所在区域的气候条件等因素，综合选择最适宜的预防性养护技术。

4.3.2 预防性养护技术应用

预防性养护技术的运用应注意许多方面。施工前做好准备，彻底清扫干净路面，消除杂物、灰尘及松散集料，如在微表处施工前要用清扫车、高压水枪清扫冲洗干净，保证养护材料与路面紧密结合提高效果。在施工中质量控制是关键，要严格按规范操作，把控施工温度、摊铺厚度、压实度等，如微表处控制稀浆混合料拌和时间、摊铺速度和厚度，同步碎石封层控制沥青喷洒量、石料撒布量，超薄磨耗层控制摊铺温度和压实度，保证强度稳定性等。另外，施工后的养护管理也很重要，应按照技术要求合理安排开放交通时间，以避免养护材料尚未固化时车辆通行影响效果，加强监测观察，及时处理养护层剥落、开裂等问题，保证路面良好的性能。

5 结论

高速公路沥青路面早期车辙成因复杂，它涉及到材料、施工、交通、环境等诸多方面。材料方面，沥青性能，集料特性和沥青混合料配合比是影响车辙形成的重要因素；施工方面，路面压实质量，沥青混合料摊铺均匀性和施工温度控制不当会造成车辙产生；交通方面，重载交通，交通渠化会加剧车辙的发展；环境方面，高温和雨水侵蚀都会影响车辙的形成。常见的预防性养护技术包括微表处、同步碎石封层、雾封层和超薄磨耗层等，每个技术都有其适用范围和特点。在选择预防性养护技术时，要根据路面状况、交通量、气候条件等综合考虑，选择最合适的养护技术。预防性养护技术能有效地预防和延缓沥青路面早期车辙的发生和发展，提高路面的使用寿命和行