道路“黑化”工程早期病害淺析

顏 超

（自貢市城市規劃設計研究院有限責任公司，四川 自貢 643000）

1 概述

自2008年5月至2012年5月，為提高城區道路行車的安全性、舒適性，改造城市人居環境、提升城市形象，自貢市對主城區大部分主次干路進行了路面“黑化”施工，即在原混凝土路面上進行瀝青混凝土的加鋪改造施工。筆者以一名工程設計人員的角色全程參與其中。工程范圍包括檀木林大街、仁和路、解放立交橋、鹽都大道、貢興路等，加鋪瀝青混凝土面積約20萬m2。經1～2 a的使用，部分改造路段加鋪的瀝青混凝土面層出現大量的早期病害，給市民車輛通行帶來了不便，給國家造成經濟損失，值得分析總結。本文以自貢市城區道路“黑化”工程為例，針對“黑化”實施過程中的各個環節進行分析，初步總結了一些可能導致早期病害產生的因素，供各個城市的工程設計、施工人員及相關管理部門參考。

2 設計過程

2.1 現狀混凝土路面病害處理方案

本次自貢市實施城區道路“黑化”工程的道路大部分修建于20世紀90年代，路面結構組合形式多為水泥混凝土面層20～24 cm+二灰穩定碎石基層20 cm+手擺片石底基層30 cm。經過近20 a的使用，混凝土路面已大面積出現不同程度的病害，骨料外露板塊數量超過80%，斷板板塊數量達到20%～40%，另外還有大量的板縫損壞、路基沉陷、路面排水不暢等問題。根據《瀝青路面設計規范》（JTG D50—2004），要求視路況對混凝土塊板在橫向接縫板邊距板角30～50 cm處測定彎沉，用以全面了解水泥混凝土路面的承載能力情況，再根據每個路段板塊代表彎沉值分析修補方法。但業主受工期和資金的限制，部分路段沒有委托單位進行彎沉檢測，而設計單位只能將舊路面的病害分析側重為根據外觀檢查統計破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，確定現狀混凝土面層的修補方法。雖然根據工程實踐經驗，采用外觀檢查后統計分析，再確定修補方法的方案是可以達到對大部分病害的處理效果的，但是受現場工程人員工程經驗及業務水平的限制，不同人員調查后的處理方案或偏保守、或偏經濟，無法精確地確定最合理的修補方案，無法對表觀質量好而基層已出現問題的板塊進行有效處理，有可能由于舊混凝土路面基層或地基出現問題沒有處理，導致“黑化”早期病害的發生。這在仁和路修補工作時進行彎沉檢測復核中得到了印證。證明對現狀混凝土路面進行彎沉測定，從而全面了解水泥混凝土路面的承載能力情況是非常必要的。

美國瀝青協會（AI）認為舊面層接縫（或裂縫）處的彎沉量和彎沉差是引起瀝青加鋪層開裂的主要原因，因為輪載的施加速度遠高于溫度變化產生的面層板伸縮位移的速率，因而，AI以控制接縫或裂縫處的板塊平均彎沉量和彎沉差為設計要求。

我國《瀝青路面設計規范》（JTG D50—2004）說明，考慮到美國與我國標準軸載差異，結合目前國內實際應用情形，根據關于交通荷載作用下瀝青加鋪層反射裂縫的疲勞斷裂力學分析，我國標準如下：

（1）接縫（或裂縫）兩側的板塊彎沉差（W l-Wu）≤0.06 mm；

（2）接縫（或裂縫）兩側的板邊平均彎沉值（Wl+Wu）/2≤0.45 mm；

（3）我國規范還對不同代表彎沉值的路面說明了明確的處理方法，詳見表1。

其中，W l和Wu相應為荷載板和非荷載板的板邊彎沉值，由100 kN軸載和貝克曼梁測定。

表1 不同損壞路面的修補方法

2.2 加鋪結構層的擬定

根據《瀝青路面設計規范》（JTG D50—2004）規定，C級以上交通的公路加鋪瀝青層的結構厚度，一般宜為100～180 mm，其他公路宜為70～100 mm。根據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ 36—2006）規定，在水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的厚度不得小于80 mm。根據《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG D40—2002）規定，高速公路和一級公路的最小厚度為100 mm，其他等級的公路最小厚度宜為70 mm。考慮到業主對工程投資控制等因素，綜合國家現行規范的要求、自貢的氣候特點及交通現狀，自貢市城區“黑化”采用的加鋪結構組合為：SBS I-C型改性瀝青混凝土AC-13C 3.5 cm+SBS I-C型改性瀝青混凝土AC-16C 4.5 cm，總厚度為8 cm，采用值為規范低限值。

但是，自貢市區道路加鋪后發現，考慮到業主為節約工程投資等因素而沒有根據不同道路在城市路網中所起的不同作用、不同道路的交通量大小擬定最合理的加鋪厚度是得不償失的。例如鹽都大道在外南環竣工之前仍承擔著省道305線大量自貢市區與榮縣之間的交通運輸功能，交通量遠遠大于貢興路，而加鋪路面結構層采用相同的標準是不恰當的。近期節約了工程一次性投資，而接踵而來的早期病害翻修整治、后期養護的費用均會大大增加。

同時暴露出的還有另外一個問題，路面結構的擬定和設計道路的年平均日交通量、交通增長率兩個指標是息息相關的，但是設計道路的年平均日交通量和交通增長率在現有的管理體制下，沒有主管部門對城市內部道路進行系統的統計分析。設計單位僅能參考相關公路標準進行假定，這樣計算擬定出的結構組合難以符合實際。

2.3 瀝青混合料礦料級配設計

自貢城區“黑化”工程均采用國家現行規范所規定的瀝青混合料礦料級配，但仍無法確定是否是最科學、最合適自貢氣候、自貢本地原產礦料的級配設計。只有設計出最合理的級配才能減少早期病害的發生。

雖然國家在“八五”國家科技攻關專題通過全國600多個氣象站30 a氣象數據統計分析，頒布了瀝青和瀝青混合料使用性能的氣候分區以指導瀝青材料的選用，但是由于我國幅員遼闊，僅有優良的瀝青材料，而沒有合理的混合料級配，仍無法加工出合適自貢氣候條件、礦料性能的瀝青混凝土混合料。

在《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中，我國借鑒了美國的Superpave的設計理念，引進了“級配選擇”的概念，即在特定的級配范圍內，根據各級配曲線的性能，從中選擇一條符合工程需要的級配。級配曲線的確定，并不完全取決于規范中的級配范圍，而是取決于混合料的性能檢驗。但是《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）所給出的瀝青混合料礦料級配各篩孔范圍較大（如表2中規范列出的密級配瀝青混合料礦料級配范圍表），在試驗設計級配曲線的選擇標準上不明確，使我國現行設計理論中的級配選擇的重要性沒有得到充分的體現，這也是我國瀝青設計規范的重要缺陷。

因此，建議在對試驗設計級配曲線進行選擇時，可分別對不同級配曲線進行馬歇爾試驗，確定其最佳瀝青用量，然后分別在各自最佳瀝青用量下，通過高溫、水穩綜合判斷適用于自貢城區的設計目標級配曲線。但同時，此法也將大幅度增加試驗工作量和設計周期。因此注意積累實踐經驗和收集工程成功經驗和失敗教訓，避免每個工程都在重復地拿自己作為級配設計的試驗品，就成為簡化配合比設計的最有效、最經濟的辦法。但是，單純由設計單位進行對資料的整理分析是有很大難度的，應有必要的管理部門聯合設計單位、實驗室對各個城市的工程進行系統分析，才能總結出與各個城市實踐特點相適應的混合料級配，最大限度地減少由于混合料級配選擇不合理的工程實施后導致大量的翻修、養護費用。

表2 規范列出的密級配瀝青混合料級配范圍

3 瀝青混合料試驗及生產過程

3.1 瀝青混合料的試驗

自貢市正在積極準備向大城市發展，但是，由于試驗設備受限，國家規范要求的檢測瀝青混合料指標在自貢市所有試驗室和瀝青拌合料場均無法全面進行檢測。這種情況在我國很多城市，特別是中、小城市較為常見。主管部門應積極監督城市工程檢測單位、實驗室等單位，建立有效獎懲機制，減少弄虛作假現象，加強硬件設施的配置、加強技術力量，以適應我國城市建設的發展需要。

在自貢城區“黑化”工程中，設計單位總結自貢市域以往的瀝青使用經驗,結合自貢的氣候條件，為提高瀝青混凝土路面的抗車轍、水穩等性能，選用了熱塑性橡膠類改性瀝青苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBSI-C型。該型瀝青由于有很優越的抗車轍、抗疲勞、抗老化等性能，目前在世界上是最普遍使用的道路改性瀝青[1]。但是，SBS改性瀝青混凝土的最主要的車轍板試驗和凍融劈裂試驗等均在自貢市找不到試驗檢測單位，而自貢的實驗室僅能做瀝青的馬歇爾試驗，確定其最佳瀝青用量，這是遠遠達不到要求的。建議有關主管部門完善各個城市實驗室的實驗條件，以支撐各個城市在城市建設過程中大量基礎設計建設所需要的必不可少的材料檢測。

3.2 瀝青混合料的生產

自貢市區現有瀝青混合料拌合場2個，為減少運輸距離,節約費用，市域內的道路“黑化”工程和瀝青混凝土路面新建工程均采用這些料場拌合的瀝青混合料進行攤鋪。但自貢市料場存在不少問題：

（1）料場規模較小，已出現難以供給自貢城市建設需要的問題；

（2）料場所購買的礦料多為礫石采用鄂式破碎機破碎而成，細長扁平顆粒大于15%，礦粉含量較高；

（3）料場場地未硬化處理，排水設施不健全，各級礦料分隔儲存、防雨設施不健全；

（4）試驗設備欠缺，無法進行所有材料的必要檢測。

這些問題看似不大，但是對礦料的含水率、礦料級配等均會產生很大的影響，從而影響瀝青混合料的質量，導致早期病害的產生。如果選擇內江等外地料場，則會產生運輸距離遠，導致費用增加、礦料離析、礦料溫度下降等問題，仍會影響瀝青混合料的質量導致早期病害的產生。

如今各個城市均在大力發展基礎設施建設，建設與各個城市建設規模相適應的瀝青拌合料場已勢在必行。

4 施工過程

4.1 運輸

為保證攤鋪機能以合適的速度進行均勻、連續地攤鋪，必須確保拌和樓的拌和能力和瀝青混合料運輸車輛的運輸能力與攤鋪機的攤鋪能力相配套；在瀝青混合料的拌和、運輸及攤鋪過程中，加強施工工藝管理，采取有效措施盡量降低混合料材料及溫度的離析。運料車均要求采取保溫措施，保證能按要求的攤鋪溫度及壓實溫度進行施工，見圖 1、圖 2。

圖1 混合料在運輸車輛中紅外溫度檢測照片

圖2 混合料在攤鋪過程中紅外溫度檢測照片

根據美國瀝青協會（AI）研究表明，由于混合料運輸保溫措施不到位、壓路機灑水等原因導致瀝青混合料在運輸車輛中、碾壓過程中溫度未達到規范要求或出現溫差，溫差超過14℃，空隙率增加2%，空隙率的增加導致剝落與水損病害提前出現，減少瀝青混合料疲勞壽命。試驗表明，增加空隙率1%將至少減少10%的壽命[2]。

自貢城區“黑化”過程中由于施工運輸組織原因，導致運輸到現場的混合料部分離析嚴重，例如用尾料鋪筑的馬吃水立交橋段，由于礦料離析導致大面積加鋪層坑洞、推移、壅包、波浪等早期病害。這也值得各個城市的施工單位、監理部門、業主、主管部門結合本地的實際情況在工程實踐中總結經驗教訓。

4.2 攤鋪

規范規定瀝青路面不得在氣溫低于10℃，以及雨天、基面潮濕的情況下施工[3]。但是在自貢城區道路“黑化”施工期間，為趕工期，部分路段在雨天施工，導致瀝青溫度下降碾壓不密實，路面出現車轍等早期病害。例如匯興路與丹桂大街交叉處，后期鏟除后重新鋪筑。

瀝青攤鋪時必須選用有自動找平裝置、有預壓實裝置的攤鋪機。下面層瀝青混合料和構造物上瀝青面層攤鋪時采用基準鋼絲繩或浮動基準梁進行找平。但是在鹽都大道、仁和路“黑化”施工后，大面積出現車轍、推移、壅包等早期病害，經后期鉆芯取樣分析，造成病害出現的重要原因之一就是攤鋪寬度過大、找平裝置設置存在問題，導致道路邊緣車道加鋪厚度較薄（最薄處僅4 cm），道路中間車道加鋪厚度又較厚（最厚處達到16 cm）。規范建議一臺攤鋪機攤鋪寬度為6～7.5 m，而仁和路和鹽都大道攤鋪寬度達到了10 m以上，難以保證找平及攤鋪時礦料不離析，加之后期碾壓施工溫度較要求偏低，薄的路段容易出現離析，厚的路段容易出現車轍、推移，均無法達到設計預期效果。

4.3 碾壓

為了保證瀝青混合料能夠在有效壓實時間內達到規定的壓實度，需配備的基本壓實設備應為：雙鋼輪振動壓路機（振幅和頻率可根據需要調整）不少于3臺（靜態10～14 t），根據混合料類型、溫度和層厚選擇頻率和振幅；25 t以上的膠輪壓路機不少于兩臺[4]。雖然在城區“黑化”時，碾壓設備均能滿足施工規范要求，但是仍存在一些不容小視的問題。

（1）碾壓過程應遵循少量噴水，保持高溫，梯形迭進的原則。要在保證壓實度的基礎上追求平整度，否則通車后的路面極易發生水破壞以及松散、車轍等早期病害。自貢城區“黑化”施工過程中，就存在鋼輪壓路機上滴水導致瀝青混凝土碾壓時路面淌水現象，極容易導致路面溫度快速降低、難以保證壓實度，導致早期病害。

（2）壓路機速度根據初壓、復壓、終壓各階段不同調整，還有規劃碾壓線路，不得造成混合料推移，不得在低溫狀態下重復碾壓破碎集料棱角、集料嵌擠。自貢城區“黑化”施工過程中，施工單位對壓路機的速度、線路均未做出有效地控制。

5 行政主管部門加強管理

行政主管部門應依照我國相應的審查管理程序對工程可行性研究、設計、施工、養護等各個環節進行相應的監督管理，其中對超載車輛控制不嚴則更是早期破壞的直接原因。各個城市大量基礎設施正在建設，難以避免大量運輸車輛為保證自身經濟利益嚴重超載，建議相關管理部門加強超載查處。

路面早期養護措施不及時、不完善等也是城市道路瀝青路面產生早期破壞的原因。為使道路改造后滿足設計使用壽命，建議市政設施管理部門在根據國家相關養護規范對該道路進行及時養護。城市道路黑化部分路段出現早期裂縫，如果及時進行灌縫處理，也可避免大量雨水下滲后導致混凝土板塊翻漿、瀝青礦料逐漸剝離等病害的進一步擴大發展。

這就涉及我們城市建設部門、交管部門、道路管養單位等多部門的協作問題，值得在管理體制問題上進行進一步探討。

6 結語

形成瀝青路面的病害原因有很多，不能夠單獨歸結為某個方面，與設計的科學合理性，施工的規范化，以及超載、超限車輛的控制等工程項目管理各個環節都有很密切的關系。雖然目前各個城市的瀝青混凝土加鋪改造仍存在很多問題，本文也難以完全說明，但是，隨著各個城市設計、試驗、施工、行政管理部門的管理、技術水平的不斷提高，各級建設管理部門都應引起足夠的重視，包括多部門的協作，諸多新方法、新工藝的應用，會根本上減少瀝青路面的早期破損現象的發生，在大大節約基礎設施建設投資的基礎上，使各個城市的道路建設質量全面提高。

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]黃曉明，趙永利，高英.高速公路瀝青路面設計理論與方法[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]姚祖康.公路設計手冊—路面（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4]程興新，董強，唐嫻，等.公路改擴建工程實用技術[M].北京：人民交通出版社，2007.