润江路路面车辙病害分析

润江路路面车辙病害分析

吴亚栋

镇江市规划设计研究院 镇江 212000

摘 要:车辙属于城市道路沥青路面的一种常见病害，而我国目前沥青路面设计还没有严格意义上以车辙作为路面设计指标，相关规范也缺乏沥青面层剪切流动变形的定量计算指标。本文以润江路为例，通过对车辙产生的原因进行相关分析，为后续的道路翻修工作提供参考和建议。

关键词：沥青路面设计、沥青路面车辙、车辆超载

0 引言

润江路为镇江城区的一条城市主干道，道路全长3.88km，于2012年底完成施工，道路路面采用沥青混凝土路面，面层结构为：4cmAC-13沥青砼+5cmAC-16沥青砼+6cmAC-20沥青砼，石油沥青为重交70#A级；路面基层结构采用三层水泥稳定碎石，每层厚度16cm；底基层采用18cm10%灰土。路面使用过程中，多处位置出现车辙病害，尤其是红绿灯交叉口道路车辙现象极为严重，对行车安全产生不利影响。道路全段车辙深度基本在2-3cm左右，严重的交叉口位置车辙深度达6cm，车辙病害面积总计近30000平米。

1车辙类型判断

目前国内道路根据车辙形成的原因不同，将其分为以下四种类型：

①失稳型车辙：沥青面层材料结构，在高温状态下受荷时容易发生横向流变，因而产生车辙现象，主要以面层结构破坏形态为主，通常发生在轮迹处，呈W型；

②结构型车辙：路面结构强度不足，或路基强度不足，在车辆荷载作用下产生的永久变形过大，产生较大宽度范围内的下凹现象，呈U型；

③磨耗性车辙：沥青结构表层材料在车辆行驶、自然因素作用下，不断磨耗损失形成；

④压密性车辙：由于沥青面层材料施工压实度未能达到要求，或沥青混合料设计不当，面层材料在车辆荷载作用下发生压密变形造成车辙。

根据润江路的路面钻芯取样情况来看，路面结构中水稳层目前使用状况仍较为良好，水稳材料成型无松散现象出现；道路路基使用状况也较为良好，没有出现路基下沉、起伏等病害现象；钻芯取样的沥青中下面层材料均出现了层位变形现象。因此，结合润江路路面车辙的表观形状看，病害车辙主要属于第①类失稳型车辙。

2 车辙成因分析

润江路路面车辙主要属于失稳型车辙，从国内车辙研究的相关案例来看，高温季节连续通行重载交通往往是造成这种车辙的最典型原因。此类车辙的产生，实质是荷载作用下沥青面层材料发生剪切流动变形的体现，而我国现行路面设计规范中，还缺乏对车辆荷载下沥青面层剪切流动变形的定量计算指标，因此，对润江路的车辙分析，在路面各项指标已验收合格的基本前提下，考虑从外因上进行多因素的比较分析后进行判断。

2.1 路面荷载情况

润江路原设计按《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）执行，采用三层式沥青混凝土面层结构，原设计按累计轴次约Ne=4000万次标准设计，无论设计轴次还是选用的路面结构组合类型，与镇江城区主干路相比，都几乎属于最高标准配置路面结构形式。

根据交警部门在沿线各交叉口的监控交通量以及镇杨汽渡提供的交通量统计数据情况，按常见载运车辆轴重类型进行轴载计算。为便于与原设计荷载标准比较分析，仍按06版《公路沥青路面设计规范》进行路面轴载计算，初始年的当量轴次N1计算如下表所示：

表1 初始年的当量轴次计算表

按交警部门2015年度和2016年度交通数据对比，车辆数增长了约40%；按汽渡的统计数据，2017年度比2016年度，车辆数增长了约17.6%；2018年度前10个月汽渡总吨位增长了14.30%，其中50吨以上的重型货车比2017年同期增长了230.25%，经与交警部门沟通，道路交通量的激增，与该道路区域整个货运交通管制方式有直接关系。综合两方数据，交通量增长情况按前3年内持续20%的增长率，后续年限交通量饱和无增长，计算设计基准期（15年）内累计当量轴次：

Ne=249+249*1.2+249*1.2²+249*1.2²*12=5209万次。

通过对累计轴载次数的比较可以看出，由于货运交通管制措施，造成实际路面荷载增长过快，远超路面结构设计预期，在未考虑车辆超载的前提下，实际交通量累计当量轴次已超出原设计预测量的30%以上，加速了路面车辙病害现象的出现。

2.2 路面车辆超载分析

根据镇杨汽渡提供的统计数据，润江路目前的货运车辆以载重10-50吨、50吨以上两种类型为主，可见目前润江路超载货运现象非常严重。由于镇杨汽渡的数据无法反应车辆的单轴载重情况，也无法提供车辆超载情况，因此，在根据现场拍摄视频比照分析车辆轴型后，对车辆超载情况按以下方式进行估值计算。

①10吨以下的车辆：考虑其中有10%的车辆超载，超载量30%；

②10-50吨车辆：考虑其中有15%的车辆超载，超载量30%；

③50吨以上车辆：考虑其中有70%的车辆超载，超载量40%。

表2 考虑超载后初始年的当量轴次计算表

（对于轴重130KN以上情况，暂不考虑超载后的轴次放大效应，仍按规范公式计算）

在考虑以上超载情况下，计算设计基准期（15年）内累计当量轴次Ne=8890万次。该计算结果，严重超出原设计的交通荷载计算情况，超出100%以上。因此，润江路货车的超载现象严重，造成路面实际承受荷载计算值呈翻倍增长，加剧了路面车辙病害的发生。

2.3道路车辆通行状况

由于沥青路面长期受到的是车辆动荷载，除考虑车辆轴载引起的荷载效应外，路面车辙的产生还与车辆行驶速度，车辆启停等因素有关，国内路面研究证实，在车辆轴重和胎压相同的条件下，当车速低于20 km/h时，车辆产生的纵横向应变较车速60 km/h时增加80%以上，车辆启停时产生的剪切应力可达到竖向应力的0.7~0.8倍。

经对润江路沿线各路口进行实地调查，在晚上货运车辆通行期间，各交叉口区段车辆排队长度长，车辆通行缓慢，车辆制动和启动频繁；同时，润江路东段道路更靠近渡口区域，路段交通干扰因素多，较西段的道路通行速度更慢，结合本次对道路车辙病害分布情况的调查结果来看，车辙最为严重的区域基本集中在交叉口区域，其次是东段道路车辙深度较大，相对来说东段车辙发展深度最小：

①交叉口区域：车辙严重的沥青面积约为8200㎡，包括交叉口及大桥生活区段北侧车道，车辙深度约3-6cm；

②润江路东段（路段）：车辙沥青面积约为6800㎡，车辙深度约3-5cm；

③润江路西段（路段）：沥青路面一般车辙沥青面积约14000㎡，车辙深度约1-2cm。

从以上调查分析可以看出，润江路沿线道路信号灯交叉口较多，晚上货运高峰期车辆拥堵现象较为严重，车辆通行缓慢，交叉口频繁启停，进一步诱发了路面车辙病害的出现。

2.4 道路管养情况

一般来说，车辙的形成过程可简单地分为以下三个阶段：

①开始阶段的压密过程————②沥青混合料的塑性流动————③矿质骨料的重排及矿质骨架的破坏。

图1 车辙形成示意图

可见，沥青路面车辙是一种累积变形，其产生需要一个过程，当路面出现车辙时，应该根据车辙深度采取养护措施，及时封闭路面裂缝、修补车辙，可以防止车辙继续扩大加深。润江路由于一些行政上的原因，一直未能正式移交管养部门接收，道路长期缺乏及时系统的管养工作，一旦出现车辙后得不到有效处置，也造成了车辙病害的持续恶化。

3 处理方案建议

润江路车辙病害的产生主要是由于载货车辆超载严重而引发，加上货运交通管制措施，造成实际路面荷载增长过快，远超路面结构原设计预期，加速了路面车辙病害的出现。同时，道路交叉口较多，车辆行驶缓慢、启停频繁、道路管养缺失等多项不利因素，也进一步造成了车辙病害的加重。

基于以上对车辙病害成因的分析，对该道路的病害处置，仅通过简单的维修处理方式很难一次性解决问题，建议对沥青面层调整采用抗车辙性能更好的面层材料，加强交叉口位置沥青面层的抗车辙性能；同时，还应在交通管理方面加强对超载车辆的管理，并对路段交叉口进行优化管理，提升通行效率，缓解车辆拥堵程度；在后续道路养护维护方面也应该进行完善和加强。

4 结语

城市道路沥青路面的车辙很多时候属于失稳型车辙，往往是由于高温季节连续通行重载交通，造成沥青面层材料发生剪切流动变形而产生的。本文从路面荷载增长、车辆超载、通行状况及道路管养四个方面对车辙产生的原因进行了相关分析，提出个各个因素对车辙产生和发展的影响，为后续的道路翻修工作提供了参考和建议。

参考文献：

[1] CJJ169-2012 城镇道路路面设计规范.

[2] JTG D50-2017 公路沥青路面设计规范.

[3] JTG D50-2016 公路沥青路面设计规范.

[4] AASHTO.AASHTO 2002 Guide for design of pave-mentstruetures,Ameriean Assoeiation of State High-way and Transportation Offieials Washington, D.C.,2004.