寧波高速公路瀝青路面預防性養護技術的應用與研究

摘 要：寧波高速公路瀝青路面病害的形成與該地區的氣候環境以及交通量和重交通集卡荷載密不可分。通過典型路段高速公路瀝青路面的檢測數據和預防性養護技術的試驗應用，對瀝青路面的主要病害進行分析研究，提出寧波高速公路瀝青路面預防性養護的具體措施，并取得了良好的效果。

關鍵詞：寧波高速公路 瀝青路面 預防性養護 措施

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0062-04

1 瀝青路面預防性養護方法

1.1 預防性養護概念

公路養護技術一般可分為三類：一是預防性養護，是指在路面狀況良好的情況下，采取一些必要的技術手段，使路面功能一直保持較好的狀態，如路面出現輕微裂縫，進行瀝青灌縫等措施，是一種有計劃性的養護；二是改正性養護，是指在路面已經出現病害時，采取相應的養護措施。

一條質量合格的道路，在使用壽命75%的時間內性能下降40%，這一階段稱之為預防性養護階段（圖1）。預防性養護是指在道路技術狀況衰減初期，在最適當的時機，應用最適當的預防性養護措施，以最小壽命周期成本、最大程度延緩路況退化。而且我國《公路瀝青路面養護技術規范》規定：對瀝青路面必須進行預防性、經常性和周期性養護。此階段如不及時進行養護，在隨后12年的使用壽命時間內，性能再次下降40%，而養護成本卻要增加4～10倍。研究表明，在整個路面壽命周期內進行3～4次的預防性養護可以延長使用壽命10～15年，節約養護費用45%～50%。路面采取預防性養護措施與不采取預防性養護措施相比，對遏制路面性能衰減有很好的效果。

1.2 預防性養護維修措施

實施瀝青路面預防性養護是在恰當的時間對合適的路面運用恰當的預防性養護措施。針對不同的路面狀況，綜合考慮技術、經濟和工程等因素，選擇最合適的預防性養護維修措施，是瀝青路面預防性養護的關鍵技術之一。瀝青路面預防性養護措施較多，常用預防性養護技術有：裂縫填封、霧封層、稀漿封層、微表處、同步碎石封層、復合封層、薄層熱拌瀝青混凝土、同步薄層罩面、銑刨罩面、就地和廠拌熱再生等，按照厚度的大小和養護強度的強弱分為四類（圖2）。

（1）0～1.5 cm，弱強度養護措施，主要包括裂縫填封、霧封層、再生劑封層、稀漿封層、微表處和同步碎石封層。

（2）1～3 cm，中強度養護措施，主要包括超薄磨耗層。

（3）2～4 cm，強強度養護措施，主要包括薄層熱拌瀝青混凝土和同步薄層罩面。

（4）≥4 cm，最強強度養護措施，主要包括銑刨罩面、就地和廠拌熱再生。

2 寧波高速公路預防性養護技術的應用探索

2.1 寧波繞城和杭州灣大橋南岸連接線公路概況

寧波繞城高速公路（國家高速公路網編號：G1501）是國家高速公路網沈海高速（G15）和杭州灣環線（G92）的一部分，分為東西兩段，全長85.63 km。它連接沈海高速（G15，杭州灣跨海大橋南岸連接線及甬臺溫高速公路）、杭州灣環線（G92，滬杭甬高速公路）、甬金高速公路（G1512）、甬舟高速公路（G9211）和北侖疏港高速公路。還將與杭紹甬高速公路（杭甬復線）、浙江沿海高速公路（甬臺溫復線）和穿山疏港高速公路相連，形成寧波高速公路“一環五射三復三連三疏港”的格局。

杭州灣跨海大橋南岸連接線起自慈溪市水路彎，北接杭州灣跨海大橋南岸引線終點，經庵東、附海、師橋、慈城，止于前洋，南接寧波繞城高速公路，全長約56.400 km。主線采用雙向6車道高速公路標準建設，設計行車速度每小時120 km，全線全封閉、全立交，設有庵東、新浦、觀海衛、掌起、慈城、前洋六處互通，并在慈城設服務區的收費站共六處，分別為寧波北、慈城、掌起、觀海衛、慈溪（杭州灣新區）、庵東（杭州灣新區）。

依據預防性養護技術的理論研究對兩路段路面進行預防性養護規劃，以上2段高速公路作為依托工程。首先需根據檢測結果，結合預防性養護路況標準提出合理的分段指標，對兩路段進行路段劃分，確定需進行預防性養護的路段進行預防性養護措施研究。

2.2 路況調查方法

對路面損壞狀況、路面平整度、路面車轍、路面抗滑性能、路面結構強度進行檢測，得出路面損壞狀況指數、路面行駛質量指數、路面車轍深度指數、路面抗滑性能指數、路面結構強度指數；通過上述各指標得出路面使用性能指數。

（1）路面損壞狀況檢測。

采用路況檢測車對全線公路瀝青混凝土路面進行路面狀況調查，包括路面的主要病害裂縫、車轍、沉陷、翻漿、網裂和泛油等等。按照各路段病害分布，包括病害的種類和嚴重程度。根據病害調查結果，將分別對路線逐公里進行路面狀況指數（PCI）值的計算。

（2）路面平整度、路面車轍檢測。

采用激光斷面儀進行平整度和車轍檢測。檢測時以行車道一側車輪輪跡帶作為連續測定的標準位置。對已形成車轍的路面，取車轍中間位置。

（3）路面抗滑性能檢測。

采用橫向力系數車全線雙向各車道進行檢測，評價路面的抗滑性能。

（4）路面結構強度指數檢測。

采用自動彎沉車對全線雙向主車道進行彎沉檢測，檢測時彎沉車要求如下。

檢測位置：雙向主車道

測試精度：0.01 mm

測試速度：1.5～4.0 km/h

后軸荷載：100 kN

測定輪對路面的壓強：0.7 MPa

2.3 2段依托高速公路使用性能評價

通過對該2路段的路面檢測數據分析，主要數據見表1～6。

（1）路面破損情況。

該段路段的主要病害為裂縫、修補現象。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

（2）路面平整度情況。

從表2可以看出，該路段上下行平整度良好，路面行駛質量良好。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

（3）路面車轍情況。

從表3可以看出，該路段上下行車轍良好，路面使用性能良好。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

（4）路面抗滑性能情況。

從表4可以看出，該路段上下行抗滑性能良好。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

（5）路面結構強度情況。

從表5可以看出，該路段上下行結構強度良好。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

（6）路面使用性能情況。

從表6可以看出，該路段上下行路面使用性能情況良好。根據公路技術狀況評定標準評定等級為G1501和G15上下行路面均為優。

2.4 雷諾鋒瀝青路面養護材料的試驗研究

2011年，本公司在杭州灣跨海大橋南岸連接線高速公路上進行了國內首次雷諾鋒瀝青路面養護材料試驗性施工（圖3），選取路基段K1449+900～K1450+900左幅（上海方向、位于掌起至觀海衛段內）、橋梁段K1443+607～K1444+733左幅（上海方向、位于觀海衛至慈溪段內）、橋梁段K1443+700～K1444+200右幅（寧波方向、位于慈溪至觀海衛段內）為試驗段，試驗路段長2626 m，寬11.75 m，面積30856 m2。2012年，本公司在杭州灣跨海大橋南岸連接線新浦高架K1434+000～K1436+000路段長665 m、附海高架起止樁號為K1438+500～K1439+110全長610 m、崇壽立交K1424+ 600～K1425+620路段長1020 m，左右幅路面合計59856 m2。

通過實踐和技術經濟分析，可知雷諾鋒預養護技術是一種快速、安全、環保的道路筑養技術，用于道路預防性養護中，其性能價格比明顯優于其它方法，可以大大降低道路的建設成本。經專家鑒定，《雷諾鋒瀝青路面養護材料的應用研究》（浙江省交通運輸廳2012年科研計劃項目，項目編號：2012H21）課題達到國內領先水平，具有較高的推廣應用價值。這是公司對寧波高速公路預防性養護技術的一次試驗探討，試驗結果證明效果良好。

3 寧波高速公路瀝青路面病害機理分析

寧波地處寧紹平原，緯度適中，溫和濕潤，冬夏季風交替，年平均降水量>1000 mm，最熱月平均最高溫度>30 ℃，最低溫度-10 ℃。特定的地理位置和自然環境使各地天氣多變，連陰雨、暴雨洪澇、霜凍寒潮等災害性天氣相對頻繁。

寧波是長江三角洲南翼經濟中心和化學工業基地，是國內經濟最活躍的區域之一，有浙江省的最大港口，重交通集卡流量較大。

根據對寧波高速公路的檢測結果進行分析，寧波高速公路路面技術狀況普遍較好，路面病害多以橫縫、縱縫、車轍以及由水損害引起的坑槽與唧漿為主，在個別路段也存在其余瀝青路面病害。寧波高速公路路面病害的形成與該地區的氣候環境以及交通量和重交通集卡密不可分。

（1）龜裂。

寧波高速公路路面龜裂主要是由于局部路段路面結構強度不足，在行車荷載的反復作用下產生裂縫，同時在雨水沖刷的作用下造成基層軟化，從而加劇了病害的形成。

（2）塊裂。

塊裂產生的原因主要在材料方面，塊狀裂縫的產生同行車荷載作用關系不大，它主要是有面層材料的低溫收縮和瀝青老化所引起。不像龜裂主要出現在荷載作用的輪跡處，塊裂可能出現在整個路面寬度內，范圍較大。

（3）縱向裂縫。

寧波高速公路縱縫主要是由于軟土路基的不均勻沉降產生的?？v向裂縫的產生主要由兩種原因，一種是由于路基壓實度不均勻，或路基、路面產生不均勻沉降而引起的；另一種是由于瀝青面層分幅攤鋪，縱向接縫處未處理好，在行車荷載和各種自然因素作用下形成縱縫。

（4）橫向裂縫。

寧波高速公路的橫向裂縫以半剛性基層反射裂縫、沉降差異裂縫以及荷載性裂縫為主。

（5）坑槽。

主要是面層的網裂、龜裂、小面積的松散、沉陷及人為造成的面層損壞、修補損壞等未及時進行科學的養護，在荷載和雨水等自然因素作用下逐漸形成了坑槽。

（6）松散。

松散是由于瀝青和集料之間失去黏結性差、瀝青老化變硬、壓實不足或局部集料級配不均勻，都有可能在瀝青路面表面形成松散。

（7）沉陷。

由于路基或地基水文地質條件變差，在輪胎動荷載和路堤靜荷載作用下產生的應力超過了土地本身的抗剪強度，引起路基、路面較大的工后沉降，這種沉降極具不均勻性，差異性過大即在路面上產生較大的不平整和凹陷變形，并逐漸伴隨著橫向或縱向裂縫。這些病害一般在軟土地基最為明顯，高填方路堤、半填半挖路段也常有出現。沉陷已經是比較嚴重的結構性病害，自然無法用預防性措施修復。

（8）車轍。

車轍變形是瀝青混合料高溫穩定性不足的反映。在渠化交通條件下，在行車荷載反復作用下瀝青路面各結構層產生的永久變形的累積，在壓實良好的半剛性基層瀝青路面中，車轍主要來源于瀝青面層材料的粘性流動變形，同時可能伴有少量的磨損。根據車轍形成原因不同，可分為三大類型：一是失穩型車轍，寧波高速公路車轍主要是以失穩型車轍為主；二是結構型車轍，這類車轍是由于荷載作用超過路面各層的強度，車轍主要發生在瀝青面層以下包括路基在內的各結構層的永久變形，這種變形一般來說主要是由于路基變形傳遞到面層而產生；三是磨耗型車轍，由于瀝青路面結構頂層的材料在車輪磨耗和自然環境作用下持續不斷地損失形成。

（9）泛油。

泛油主要是由于瀝青材料或設計缺陷造成的。瀝青含量過多，混合料中空隙率過小、拌和控制不嚴，瀝青高溫穩定性差，是產生泛油的主要原因。施工時黏層油用量不當，或雨水滲入使下層瀝青與石料剝離，在動水作用下，瀝青膜剝落上浮也會形成路面表面的泛油。

泛油一般發生在天氣炎熱時，天冷時又不存在逆過程，因而瀝青永久地積累聚在路表面，造成路面抗滑能力降低。瀝青路面在日照或行車作用下，瀝青會從瀝青混合料的底部和下部向表面移動，使表面瀝青過多；另外，在高溫雨季，雨水侵入瀝青與集料粘附性不好的混合料中，使瀝青從集料表面剝離向表面移動，同樣使表面瀝青過多造成泛油病害。

4 寧波高速公路瀝青路面病害防治思路

4.1 預防性養護路段劃分

依據預防性養護路況標準結合寧波繞城高速公路和杭州灣大橋南岸連接線的實際情況，按照下述指標，將預防性養護路段選取指標進一步劃分（表7）。

（1）不適合預防性養護的路段。

路面狀況指數PCI<80或路面結構強度PSSI、路面行使質量指數RQI小于80。

（2）適合預防性養護路段。

路面狀況指數80≤PCI≤95，且路面結構強度PSSI和路面行使質量指數RQI≥80。

（3）日常養護路段（遠期養護規劃）。

路面狀況指數PCI>95，且路面結構強度PSSI和路面行使質量指數RQI≥80。

當確定預防性養護路段后，預防性養護措施的使用效果、使用年限需根據不同的路面破壞狀況確定，因此，將適合預防性養護路段根據PCI劃分為A、B、C三類。

4.2 各種預防性養護措施等效益分析

依據兩段高速公路典型病害類型、交通量情況可知，首先從對策庫中選取了同步薄層罩面、微表處（含雷諾鋒技術）、纖維碎石封層、薄熱拌瀝青混凝土、封縫灌縫、瀝青再生六項可行的預防性養護措施，并結合路段的病害嚴重程度，選取適當的使用壽命及養護費用，計算不同措施的性價比。

性價比是商品的性能值與價格值比，是反映物品的可買程度的一種量化的計量方式，具體公式：性價比=性能/價格，即：

（%） （1）

由式（1）計算各種預防性養護方法的使用壽命與平均單位費用的比值，即性價比。寧波兩段高速公路A、B類路段預防性養護方法性價比計算結果見表8。

通過性價比計算的結果顯示，對于A類路段，微表處（含雷諾鋒技術）、瀝青再生性價比較高，薄熱拌瀝青混凝土性價比較低；B類路段中，微表處（含雷諾鋒技術）性價比較高，纖維碎石封層、薄熱拌瀝青混凝土相對較低。

4.3 若干建議

寧波高速公路路面使用性能普遍較好，瀝青路面的主要病害為裂縫、修補現象，個別路段存在車轍、坑槽等其它病害。寧波高速公路瀝青路面病害防治措施建議如下。

（1）更新養護理念，提倡加強預防性養護。高速公路路面病害防治措施不僅局限于養護施工的傳統養護方式上，更應該從檢測手段、預防性養護理念、養護施工技術以及養護管理等多方面進行提高加強，向現代化養護轉變。

（2）改變目前“重修理、輕預防”的觀念。更為合理的分類方法是根據病害的類型、路面損壞程度以及所需采用的養護維修措施的性質和功能進行分類，并有目的性和針對性地進行養護。

（3）抓住養護時機，采取恰當措施。在適當的時間，將恰當、適用的措施，應用在適宜的路面上，即在道路路面結構良好或是路面病害發生初期，對其進行養護，不讓道路病害進一步向更深層次發展，從而達到延長路面使用壽命、保持道路功能、提高道路質量、降低道路壽命成本、延長中修或大修期限目的。

（4）加強治理車輛超載，同時加大養護投入。寧波高速公路路面龜裂主要是由于局部路段路面結構強度不足，在行車荷載的反復作用下產生裂縫，同時在雨水沖刷的作用下造成基層軟化，從而加劇了病害的形成。

（5）優化養護設計和施工，提高養護技術含量。隨著養護技術的不斷發展，為保證高速公路服務質量，避免瀝青路面早期病害，提高高速公路使用壽命，應在養護設計、施工方面，應用“四新技術”，快速、環保和節能材料及混合料設計與施工技術的應用。

5 結語

（1）通過現場調查，得出寧波高速公路路面使用性能普遍較好，瀝青路面的主要病害為裂縫、修補現象，個別路段存在車轍、坑槽等其它病害。瀝青路面出現龜裂的主要原因是由于局部路段路面結構強度不足，在行車荷載的反復作用下形成的裂縫，同時在雨水沖刷的作用下造成基層軟化，從而加劇了病害的形成。路面縱縫主要是由于軟土路基的不均勻沉降產生的。橫向裂縫以半剛性基層反射裂縫、沉降差異裂縫以及荷載性裂縫為主。選擇適當時機進行預防性養護將有較高的經濟效益和社會效益。

（2）對2段寧波繞城高速公路進行了公路技術狀況檢測評價，并根據檢測結果對養護路段進行了劃分，確定了相應的養護對策。通過計算得到的不同路段不同預防性養護時間方案的效益費用指數BCR值，選擇效益費用比最大的年限做為最佳預防性養護年限，提出寧波繞城高速和杭州灣大橋南連接線各路段預防性養護的方案。

（3）在總結國內外常用的預防性養護技術的基礎上，對常用的預防性養護措施：裂縫填封、霧封層（含雷諾鋒預防性養護技術）、再生劑封層、稀漿封層、微表處、同步碎石封層、復合封層、薄層熱拌瀝青混凝土、同步薄層罩面幾種預防性措施進行了系統的分析歸納，總結了各種預防性養護措施的應用情況，并經過試驗研究，取得了較好的效果。

注：本文為寧波市交通運輸委員會2011年科技計劃項目《高速公路瀝青路面預防性養護關鍵技術研究》（編號201113）的部分成果。

參考文獻

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