[分享]长上坡沥青路面抗车辙影响因素及实用措施

在高速公路网从平原至山区的逐步完善过程中，长上坡抗车辙是不可避免的问题之一。通过对各影响因素的梳理和分类，对各种措施的实用效果进行了总结和分析。研究结果表明:   结合影响因素的特点，联合采取管理、政策和技术等措施才能有效解决长上坡抗车辙问题。洒水降温法、爬坡车道法和结构材料法是目前解决长上坡抗车辙沥青路面问题的三大实用措施。

长上坡; 车辙; 因素; 措施

随着我国高速公路网的逐步完善，在很多省市高速公路建设重点逐步延伸至山区。相比平原区而言， 由于地形地貌的特点，在山区修筑高速公路出现长上坡路段的比重要更大一些。山区高速公路往往是与外界交流的主要通道，相对而言重车比例也较高。此外， 加上山区局部气候等因素，都使得长上坡沥青路面的 抗车辙问题成为近年热点。

国内各研究机构、大专院校针对山区长上坡沥青路面的抗车辙问题，开展了很多研究并取得一定有益的成果。但总体而言，解决方案中结构与材料方面较多，其他如管理、政策等方面的措施较少，这无疑会增加解决问题的成本，并且最终解决效果也未必会达到预期效果。出现这一现象的重要原因在于对影响因素缺乏一个清晰的分类和明确的宏观解决策略。

事实上，对于不同类型的因素应该采取不同的措 施; 对于短期内无法改变的因素，应该承认事实并考虑作为解决方案的前提条件; 对于受到地形地貌、气候等影响的因素，采用技术、管理措施可以一定程度缓解， 对于由于产业结构、利润分配等影响的因素，需要采用 管理、政策等措施进行长期治理( 表 1) 。

对于超载、重载问题，更多属于管理、政策层面的内容，与很多问题密切相关，这决定了此问题的解决将有一个长久的过程，本文不作重点讨论。下面主要对固定因素中的坡度、高温和爬坡速度进行简要分析。

坡度

公路设计时要避免长、大陡坡的连续出现，尽量减小坡度，控制坡长，不能仅满足于符合技术标准的纵坡要求。对于过长且陡的坡段，设计时可以改为隧道，以避免出现长、大纵坡。虽然如此，实际上在山区长上坡很大程度是不可能完全避免的，这是由于山区的特殊地形所决定的，一旦在设计确定以后，这一因素是难以改变的。

对于长上坡沥青路面抗车辙问题而言，更加关心由于坡度引起的汽车荷载在水平方向产生的剪应力大小。研究结果(图1)表明:由于坡度的出现，导致剪应力增大0.01～0.05MPa，如果再考虑超载的叠加作用，这一数值会进一步增大，但与汽车荷载在正常条件下产生的剪应力相比还是较小的，因此坡度不是长上坡沥青路面抗车辙问题的主要影响因素。

高温

根据已有的车辙成因分析，夏季高温肯定是造成车辙的重要因素。如2002年山东省遇到50年一遇的持续高温天气，根据济南、泰安等地气象部门的实测资料，当地的最高气温超过历史最高气温，达到42.1℃。

根据有关单位现场的简单测试，沥青路面2cm以下的实际温度接近80℃。远远超过了所使用沥青(加德士AH－70普通重交沥青)的软化点。事实上在山区，由于局部气候的影响，除了温度的绝对值较高外，高温持续时间也较长(表2)。

前些年在浙江省的杭金衢高速公路杭向衢州常山段K253前后路段、甬台温高速公路平仓段K348－K357路段出现比较严重的车辙病害，与表3中高温天数也比较一致。此外丽水、金华、嵊州和杭州等地区高速公路长上坡路段应该引起重视，毕竟从气候的常年统计规律来看，上述地区的高温持续天数都较长，对车辙影响非常明显。

爬坡速度

多个山区长上坡路段抗车辙路段调查表明(表3)，山区高速公路由于大部分都是重载货车，持续上坡，纵坡较大时，路上实际车速远远达不到设计行驶速度。根据流变学的一般规律，对于18cm厚的沥青层而言，车辆以100km/h通过时，沥青层底部同一点经受的荷载作用时间约为0.01s，而如果车速降低到10km/h，荷载作用时间就增大到0.1s。如果汽车荷载相同，通过一辆10km/h的慢速车，其时间为0.1s，与通过10辆100km/h的快速车的作用时间相同的，这就是车速和交通量的换算关系。可以想象，越是轴载大的重载车，在爬坡时的速度越慢，车速越低，换算的重载车辆数也越多，轴载和车速的叠加影响就更大了。由此可见，车速降低对车辙的影响比坡度大小、荷载和温度的影响都要大。美国Superpave沥青PG性能等级规范中明确提出:当荷载行驶速度处于不同水平时，PG高温等级需要提高1或2级，以提高劲度模量，抵抗车辙。

从上面的分析看来，爬坡速度是第一影响因素，其次是温度，然后是坡度。汽车低速行驶这固然有坡度、载荷的原因，更多的原因在于汽车的动力性能本身，需要汽车工业来解决和提高。坡度调整的范围比较有限，可能最有效的还是考虑如何降低最热季节时的路面温度，或者通过结构、材料的调整来提高路面在低速、高温、大坡度等条件的抗剪强度，从而达到提高沥青路面抗车辙能力的目标。

洒水降温法

浙江省曾对采用撒水形式来降低温度的效果进行过研究。研究过程如下:普通工程用撒水车，撒水宽度超过6m，密度1.5kg/m2，水温20℃。温度采集:电偶式温度传感器，测量精度0.1℃，量程－10℃－80℃。从表面开始每隔3cm设置一个温度传感器。在中午最热时段14:00和稍后的16:00附近，分别撒水并测试不同深度下的路面温度，结果如下表4、5所示。

试验结果表明，撒水后沥青路面的表面温度在5～10min内迅速下降并且可以保持1h左右，但温度变化主要发生在沥青层表面5cm之内，对于沥青层5cm以上深度的温度影响不大。即在高速公路沥青路面上通过撒水车在最热时段一次性的一般撒铺量撒水就可以把沥青层5cm以内的温度从高温下降5℃，并且保持一定时间使得沥青层表面温度较高的部分(如超过60℃)降低温度到沥青混合料高温设计混合料所要求的60℃以下。

爬坡车道法

公路工程技术标准JTGB01－2014在路线章节明确规定“高速公路和一级公路各路段车道数应根据设计交通量、设计通行能力确定，当车道数为双车道以上时应按双数增加”。对于山区长上坡路段来说，由于长上坡引起的交通车辆减速，载重运输车辆的实际行车速度远远小于设计车速，因此通行能力变得不足，在这种情况下，适当增加车道数是一个可行的办法，既提高了通行能力又扩大了交通荷载的横向分布范围。

公路工程技术标准JTGB01－2014在条文说明中重申“由于历史的原因及其计算状况的复杂性，本次修订维持《标准》03版的布置及其计算方法”，因此根据以上车道数与车道分布系数的关系(表6)可以看到，单向每增加1个车道，车道分布系数减小约30%～40%，从而可以减少单个车道上的累计交通荷载当量轴次。正如前面所分析的，高温剪切破坏与单次重载作用更加明显，因此在进行山区高速公路长上坡路段设计时，如果地形等条件允许，可以在相应的车道数的基础上增加一个车道，并将其设置为爬坡车道，对于交通量较大的路段，效果更加明显。

结构材料法

目前在长上坡抗车辙方面，从路面结构与材料方面着手的研究很多。采取的措施主要集中在两方面:(1)用SMA、Superpave等骨架密实型级配替代AC密实悬浮型级配;(2)用改性沥青、纤维、湖沥青、岩沥青或PＲ等外掺剂来提高沥青混凝土路面的高温抗车辙能力。虽然取得一些效果，但是往往并未达到预期效果。应该说能够采用的技术手段几乎都全部采用，动稳定度也大幅提高，甚至超过车辙仪设备本身的精度。

出现这样的情况，主要有如下几点没有给予充分考虑。(1)沥青混凝土材料本身的使用是有一定限度的(表7)，并不能应对任何环境和交通条件。

(2)不同超载率会产生不同的剪应力(表8)。曾有研究对长上坡产生的剪切力和沥青混凝土材料本身能够提供的抗剪强度进行对比。结果表明:在集料组成合理的前提下，好的重交沥青混合料在不超载时勉强可以使用，超载20%－30%就得用PG70的改性沥青，超载30%以上就只好用PG76的改性沥青了。目前江苏、广东、浙江等地在沥青中、上面层要求采用SBS改性沥青，石化部门通过大量抽查对比认为，目前国内主流SBS改性沥青一般都能够达到PG70等级，部分达到PG76等级。

近年的研究已经认同要解决抗车辙问题，中面层是关键层位，但是在中面层设计上究竟采用什么级配和沥青组合还没有一个很好的结论。浙江曾对各种典型抗车辙中面层结构进行了试验研究，结果如表9所示。

从试验结果来看，不考虑经济指标，无论60℃动稳定度、55℃汉堡车辙深度还是70℃MMSL3深度，都是SMA20+SBS改性沥青这种组合效果最好。如果考虑价格因素，从技术性能和经济性综合考虑，sup20+岩沥青和sup20+50号沥青这两种组合具有优势。

山区长上坡的车辙问题是高速公路向深山、大海延伸过程中不可避免的。由于影响因素的多样性，必须联合采用技术、管理和政策等宏观策略才有可能解决。对固定因素的分类和分析表明:爬坡速度的影响最大、温度影响居中、坡度影响最后。在现阶段洒水降温法、爬坡车道法和结构材料法是3大实用措施。结构材料法中，不考虑经济性，SMA20+SBS改性沥青组合效果最好;考虑经济性，sup20+岩沥青和sup20+50号沥青这两种组合具有优势。