基于高速公路檢測評價養護標準的研究

孫繼川 陳祖峰

(1.唐山三友遠達纖維有限公司，河北唐山 063305;2.珠海興業綠色建筑科技股份有限公司，廣東珠海 519000)

自從20世紀30年代德國波恩—科隆高速公路——世界上的第一條高速公路建成通車以來，高速公路的發展歷史已有70多年。早在20世紀70年代許多發達國家都已經建成了本國各自的高速公路網，并進入了養護維修階段。因此都具有比較先進水平的養護維修技術。近年來，歐美等發達國家已擁有十分成熟的高速公路養護技術，例如:坑槽修補技術主要是針對龜裂、坑槽、局部網裂等病害進行的修補和加強。坑槽修補技術類型較多，大致可劃分為:壓力噴射修補、再生修補法、常規的有熱補法和逐步興起的新型材料修補［1-5］;路面再生技術包括冷銑削重鋪再生技術、冷再生技術、就地熱再生技術;裂縫修補技術是采用改性瀝青等灌縫材料進行修補的，在使用過程中配以熱風鎬、清縫機、擴縫機等小型機械，具有人力勞動強度低和機械化水平較高的特點。與此同時，許多國家在高速公路自動化補坑技術方面取得了重大的成績［6-8］。

1 路面典型病害成因分析

根據路面損壞檢測數據并結合現場勘查，各條高速公路因道路所處的環境、運營年限、交通組成、交通量大小、路面結構及材料等差異，各條道路的病害嚴重程度不同，主導性病害也不盡相同。下面以典型的具有代表性的病害進行病害分析。

通過對路面病害調查數據進行統計分析，高速公路瀝青路面的主導損壞形式為修補損壞、網裂(伴隨沉陷、唧漿)、橫縱裂縫、車轍等，其他病害數量較少，程度也較輕。下文將結合現場踏勘情況和詳細檢測結果，對所轄高速公路瀝青路面各種主導損壞類型進行綜合分析，以此來判斷路面損壞的成因和層位，為后續研究養護標準和養護對策提供依據。

1.1 修補損壞

路面連續修補或修補不良是調查路段最嚴重的病害類型之一，在石太高速表現尤為突出。其主要表現為修補塊數量眾多，而且有很多地方是連續修補(即俗稱的“補中補”，是指修補后的路面在補塊內部或補塊銜接處又產生病害的一種修補損壞類型)。經調查，修補不良病害主要分為以下幾類:補塊龜裂、補塊唧漿、補塊坑槽、補塊沉陷等。通過鉆芯取樣發現:補塊龜裂主要是由于層間粘結不好，面層與基層脫開，導致面層承受較大行車荷載而破碎;補塊唧漿是由于修補材料空隙率過大且新舊瀝青混合料銜接處密封不良，水進入路面結構后不容易排除，在重載車輛作用下產生較大的動水壓力不斷沖刷基層，形成灰漿，導致補塊唧漿;補塊坑槽的產生主要是由于混合料級配的原因，下層瀝青混合料致密而上層透水性好，水在上層向下滲透比較困難，在行車荷載的作用下，動水壓力逐漸使上面層瀝青從集料表面剝離，碎石被甩出，導致補塊坑槽;補塊沉陷主要是由于基層與瀝青面層脫開，面層修補材料強度不足，下面層材料破碎導致。修補不良損壞的類型多種多樣，綜合分析其產生的原因，主要是修補材料的空隙率過大、新舊材料銜接不良以及層間粘結不良。路面局部修補因面積較小，且補塊與原路面存在材料、結構等差異，壓實及修補后的整體性能都受一定限制，極易因壓實不足，在行車荷載的反復作用下形成網裂、沉陷等病害。此外，路面修補處較大空隙率給水分的進入提供了便利條件。水進入路面后，滯留在修補塊與下層的交界面上，在高速行車的泵吸作用下，產生較大的動壓力使基層產生沖刷進一步形成唧漿。在動水壓力和孔隙水壓力的反復作用下，整個修補范圍內的基層粒料出現松散，并反射到面層。如此惡性循環加速了網裂、沉陷等病害的發展，嚴重影響了行車舒適性和路容美觀。綜合考慮經濟、適用、耐久等原則，可以采用“壞到哪處理到哪，先挖補病害再罩面處理”的養護方案。

1.2 網裂沉陷

龜裂是指在高速公路路面局部區域范圍內，產生的類似龜紋狀的裂縫;龜裂的產生往往還伴隨著沉陷和唧漿現象。一般情況下，龜裂是高速公路路面結構在重復荷載的不斷作用下的疲勞破壞，是路面結構強度不足的體現。相互交錯的裂縫是其在初期階段表現形式，而后發展成為銳角多邊形裂塊。

1.3 路面車轍

路面車轍是由車輛荷載反復碾壓而形成，車轍的實質是瀝青路面在與時間有關的荷載因素和環境因素共同作用下產生豎直方向永久變形的積累，其表現形式是在車輛輪跡處產生的縱向帶狀凹槽。根據形成原因，國內外一般將路面車轍劃分為4種類型:結構型車轍;流動型車轍;壓密型車轍;磨耗型車轍。

在車轍較嚴重部位鉆芯取樣，發現上、下面層厚度基本不變，車轍變形主要發生在中面層，屬于比較典型的流動型車轍。車轍產生的原因較多，外因包括交通荷載、路面線形、氣候條件等;內因包括材料性能、級配類型、瀝青用量和瀝青性質等。對路面進行鉆芯取樣分析和相關資料調查分析后發現:

材料性能:部分面層結構的粗集料的壓碎值達不到規定的要求;有些粗集料可以看到明顯的裂痕，且含有較多針片狀集料;小于0.075 mm的細集料含量偏多;瀝青用量:通過車轍部位芯樣抽提試驗發現，部分面層油石比顯著偏大;瀝青性質:河北省高速公路建設普遍采用AH-90道路石油瀝青，該類瀝青針入度偏大，瀝青粘度較低，在高溫條件下容易產生車轍變形;交通荷載:據調查，河北省高速公路上超載車輛較為普遍，對路面的影響較大;氣候條件:近兩年的夏天河北省持續高溫，夏季中午路表溫度最高超過60℃，有時路表大于60℃的時間持續3 h～4 h，高溫下產生車轍也是必然的。通過分析認為，高速公路發生車轍變形的外因是重載、超載車重復作用和渠化交通，內因是瀝青混合料的高溫穩定性和抗塑性變形能力差，在車輛荷載的碾壓下產生橫向剪切流動變形。通過在車轍位置鉆芯取樣證明，中、上面層抗剪強度不足是引發重度車轍變形的主要原因，但在重度車轍路段下面層也會發生不同程度的變形，而且單一發生車轍病害的路段，基層結構強度往往并不存在問題。因此，對瀝青面層的治理是解決車轍問題的重點。具體而言，對于輕度或中度的路面車轍病害(車轍深度不大于15 mm)，挖補兩層是至關重要的，通過多條高速公路的車轍鉆芯表明，變形主要來自于中面層，而僅對表面層進行處理是不徹底的;對于深度大于15 mm的重度車轍病害，鉆芯統計數據表明，車轍變形主要來自于中下面層，此時應挖除全部瀝青層，重新鋪筑，如此才能徹底解決問題。上述處理方法在河北省京秦、石安、保津、京滬等高速公路的車轍病害處治中都曾采用過，達到了良好的效果。

1.4 路面抗滑

路面表面的抗滑能力是由良好的微觀構造、宏觀構造和防止滑溜性污染3個要素構成的。目前隨著交通量的增加，高速公路大量行車荷載反復作用，加劇了輪胎對路面的磨耗，露出表面碎石的瀝青膜被車輪磨去，外露的碎石逐漸被磨光，摩擦系數逐漸降低，致使路表光滑路面抗滑能力不足。同時，瀝青表面層被進一步壓實，其表面的外露碎石相互間被壓得更為致密，宏觀構造深度顯著減小。由前期路面技術狀況檢測數據分析可知，多數路段橫向力系數偏低，這些路段中大都是路面破損狀況指數及路面行駛質量指數較好。在方案設計時可以考慮采用微表處理來改善路面抗滑性能;而對于石太高速抗滑性能不足路段因路面技術狀況指數較差可以通過其他方案一并處治。

2 養護標準的研究

2.1 各項指標對路面使用性能的影響

交通運輸部現行的JTJ 073.2-2001公路瀝青路面養護技術規范與JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面養護技術規范中對路面養護質量標準提出了建議值，如表1，表2所示。

表1 JTJ 073.2-2001瀝青路面養護質量標準

上述養護質量標準是根據專家調查結果和我國各省市當時的路面技術狀況分布情況、道路等級和養護資金確定的。

2.2 養護標準建議值

根據新的JTG H20-2007公路技術狀況評定標準，路面各項指標處于優良狀態時其數值應在80分以上，因此路面性能指標中對服務水平影響較大的指標如PCI，RQI等的養護標準應設置為80左右，同時考慮到高等級公路交通量較大，對服務水平要求也較高，宜采用更高的標準。路面各項性能指標對公路技術狀況和路網服務水平的影響程度是不同的，因此對不同的指標應考慮采用不同的養護標準，以解決主要矛盾為首要原則。在路面的5項性能指標中，PCI和RQI是對路網服務水平影響較大的指標，應采用較高的標準，其他指標如PSSI，RDI和SRI則可以采用稍低的標準。在確定河北省高速公路路面養護標準時，主要考慮了以下一些因素:1)現有公路技術狀況水平。從全國來看河北省是高速公路較為發達的省份，在歷次的公路大檢查中都名列前茅，目前的路網技術狀況也處在較高的水平(PQI平均值為92.8)，因此需要采用較高的養護標準，繼續保持較好的路網技術水平;2)交通量水平。由于河北省地處交通要道，經濟較為發達，高速公路交通流量較全國平均水平大，因此應采用較高的養護標準，以維持路網較高的服務水平;3)養護目標和水平。為迎接即將到來的全國公路大檢查，養護標準的設置應能保證路面大中修養護后技術狀況達到預定的目標;4)路網發達省市的平均路況水平和采用的養護標準。山東省高速公路采用的PCI和RQI養護標準為90～92;浙江、北京等地區高等級公路采用的PCI和RQI養護標準為85;天津高速公路采用的PCI和RQI養護標準為85。河北省高速公路在研究標準時應該有所借鑒;5)路面各項指標對于公路技術狀況和服務水平的影響程度;6)對于結構性養護需求，應采用結構強度指標PSSI和車轍指數RDI;結構強度PSSI養護標準70分以下要進行路段的結構性養護，即大修補強設計;7)一般認為當車轍深度達到20 mm，即車轍指數RDI＜60分，路面整體結構破壞，應采取改建設計，以恢復或提高其結構完好程度;8)現行規范PCI在70分以下或RQI在80以下進行路段的功能性養護，即中修罩面;而河北省的標準顯然更高(主要集中在80分～90分);9)車轍專項養護治理中，統計數據較為離散，這與規范中未能明確界定車轍的嚴重程度有關，直接影響了車轍專項養護對策措施的研究，另外與相關的研究和其他國家對車轍的養護標準相比，河北省高速公路對車轍的養護情況更偏于行車安全(主要集中在80分～90分);10)抗滑性專項養護治理中，統計數據同樣較為離散，與規范對抗滑性的要求相比，河北省高速公路對抗滑性的養護情況更偏于行車安全(主要集中在80分～90分)。

綜合統計分析結果，初步確定各指標養護標準的建議范圍，如表3所示。

表2 JTJ 073.1-2001水泥混凝土路面養護質量標準

表3 各養護措施的養護標準建議范圍

綜上所述，在進行河北省高速公路路面養護分析時，擬設定兩個層級的養護標準進行比較分析，即:1)低標準;2)高標準。將養護標準劃分層級的目的，旨在分析不同養護標準產生的養護需求(養護里程、投資規模)差別，為進一步研究合理的養護對策和中長期養護規劃提供決策依據。

［1］張 雁.西北地區高速公路養護對策的研究［D］.南京：南京林業大學博士學位論文，2006.

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