瀝青路面推移病害成因及預(yù)防的若干建議

張高鵬，朱 飚

（1.晉中市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西 晉中 030600；2.晉中市交通運(yùn)輸局，山西 晉中 030600）

0 引言

在已經(jīng)建成的公路上路面結(jié)構(gòu)以瀝青面層居多，且大部分路面使用狀況是比較好的。不過還有一部分鋪筑的瀝青路面建設(shè)水平也不盡如人意，一些路面出現(xiàn)了一些損壞，其中，瀝青路面推移病害在新改造公路上表現(xiàn)為甚，經(jīng)濟(jì)損失較大，還有一定的社會負(fù)面影響。

“質(zhì)量是工程建設(shè)的永恒主題，交通作為向社會提供公共產(chǎn)品和公共服務(wù)的部門，在新的歷史時期，我們應(yīng)向社會、向人民、向國家交一份什么樣的產(chǎn)品，是經(jīng)久耐用、外表美觀、使用方便的優(yōu)秀結(jié)果，還是金玉其外、敗絮其中的劣質(zhì)產(chǎn)品，這是關(guān)系到交通行業(yè)形象，關(guān)系到交通行業(yè)是否是一個負(fù)責(zé)任行業(yè)的大問題”?！百|(zhì)量是工程的生命，更是一個行業(yè)的生命。如果幾年后我們建成幾萬公里高速公路沒到大修年限就大面積翻修，我們今天所為之奮斗的事業(yè)就可能被否定”[1]。

我們在相關(guān)單位、部門的大力配合和支持下，對瀝青路面推移早期損壞問題進(jìn)行了初步調(diào)查研究，我們選取一條出省公路，進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)查和檢測，通過對檢測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合現(xiàn)有公路工程理論和實(shí)踐，對瀝青路面推移病害成因及今后預(yù)防措施進(jìn)行了初步探索。

1 調(diào)查和檢測的基本情況

2014年8月，我們組織工程技術(shù)人員在相關(guān)部門的大力支持和協(xié)助下，對交通量較大的出省道某公路進(jìn)行了對比檢測和調(diào)查。

1.1 現(xiàn)場檢測

我們通過對現(xiàn)場推移病害路段和同車道未推移損害良好路段進(jìn)行了不同軸載（10 T軸載，輪胎接地壓強(qiáng)0.7 MPa；20 T軸載，壓強(qiáng)1.3 MPa；30 T軸載，壓強(qiáng)1.3 MPa）對比彎沉檢測（選點(diǎn)與檢測見圖1、圖2）。取點(diǎn)10組60點(diǎn)，取得對比檢測彎沉數(shù)據(jù)60個，同步鉆芯取樣20個，對瀝青面層與層間結(jié)合情況與芯樣完整情況進(jìn)行了對比。

圖1 工作人員選取點(diǎn)位

圖2 彎沉檢測

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)

本次調(diào)查采取瀝青面層與路面基層同時鉆取芯樣，共鉆取芯樣20個，主要從鉆取芯樣層間結(jié)合情況、基層芯樣完整性情況、完整性較好的基層芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以及瀝青路面混合料級配等進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。

2 瀝青路面推移病害成因分析

2.1 超限超載車輛的破壞因素

超限、超載治理近幾來通過出臺相關(guān)法規(guī)文件、處罰措施，以及執(zhí)法人員嚴(yán)格執(zhí)法等，效果是明顯的，但在暴利的驅(qū)使下，超限、超載仍未徹底杜絕，在個別公路仍有零星存在。

超限超載車輛對路面的損壞表現(xiàn)在軸載換算次數(shù)上，按照國際上公認(rèn)的軸載換算方程，對柔性基層換算指數(shù)n=4，而對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料半剛性基層，隨著上下層模量比的不同，n的變化在4～15之間，如果不考慮其他因素，單純按幾次方計(jì)算，則超載車輛換算（見表1），一輛后軸200 kN或者300 kN的超載車換算為100 kN的標(biāo)準(zhǔn)車，對半剛性基層瀝青路面來說就可能達(dá)到數(shù)百、數(shù)千甚至幾十萬輛。

表1 不同基層瀝青路面車輛軸載的換算

某公路，設(shè)計(jì)壽命為累計(jì)每車道408萬輛車次，根據(jù)交通統(tǒng)計(jì)和表的換算公式，某公路僅上半年換算交通量就達(dá)到了262 687萬輛，相當(dāng)于設(shè)計(jì)壽命的643倍。但是對于瀝青路面推移損壞原因，都?xì)w咎于超載車輛是不科學(xué)的，因?yàn)橥瑯邮艹d的影響，同一車道并未全部損壞，盲目地將早期推移損壞的原因都?xì)w咎于超載車輛是無助于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的。通過這次調(diào)查和檢測，就是用同車道對比檢測的方法進(jìn)行的。這次調(diào)查檢測研究，就試圖從管理、設(shè)計(jì)、施工以及后期養(yǎng)護(hù)方面找出一些真正的原因，為今后提供借鑒。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 彎沉檢測

表2 彎沉檢測數(shù)據(jù)

從彎沉檢測數(shù)據(jù)分析（見表2），某公路路面設(shè)計(jì)彎沉是33（0.01 mm）,用標(biāo)準(zhǔn)軸載彎沉檢測未損壞路段，平均彎沉值為23.1（0.01 mm），這一檢測結(jié)果說明：該路施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。而當(dāng)軸載標(biāo)準(zhǔn)提高到200 kN時，路面彎沉檢測未損壞路段平均彎沉值上升為66.7，上升比例為228.7%。軸載提高到300 kN時，相應(yīng)彎沉值上升為82.7，比標(biāo)準(zhǔn)軸載上升比例達(dá)到了358%。盡管軸載提高后彎沉值上升較大，但這些路段均未發(fā)生推移損壞，可見超載車對路面推移病害的產(chǎn)生不是唯一因素。

從彎沉對比檢測和現(xiàn)場調(diào)查情況分析，損壞路段的平均彎沉值大于未損壞段的平均彎沉值，在標(biāo)準(zhǔn)軸載彎沉檢測中推移損壞段檢測10點(diǎn)，有6點(diǎn)彎沉值大于設(shè)計(jì)彎沉，合計(jì)占到檢測數(shù)的60%，由此可知部分路基變形是形成路面推移病害的重要原因之一。

2.2.2 層間結(jié)合情況分析

從基層與瀝青路面面層間結(jié)合情況分析（見表3），層間結(jié)合不良對路面推移病害的產(chǎn)生有一定的影響。對比檢測良好路段比損壞路段的層間結(jié)合率高10%。但從損壞路段的芯樣也有30%的結(jié)合完好率來看，層間結(jié)合的優(yōu)劣不是造成路面推移病害的唯一原因。

表3 層間結(jié)合完好率統(tǒng)計(jì)

2.2.3 基層芯樣完整性情況分析

此次調(diào)查共鉆取芯樣20個，其中推移損壞段10個，芯樣良好的2個占20%；未損壞路段10個，芯樣完好的6個占60%（見表4）。從表4數(shù)據(jù)看，基層施工質(zhì)量是影響路面推移病害產(chǎn)生的又一原因，但從損壞路段仍有20%的完好芯樣情況分析，基層施工質(zhì)量非唯一原因。

表4 芯樣完好率統(tǒng)計(jì)

2.2.4 基層芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)情況分析

此次室內(nèi)試驗(yàn)，對鉆取的基層芯樣完整可做強(qiáng)度試驗(yàn)的4個芯樣進(jìn)行強(qiáng)度檢測（見表5），分別為：2.14 MPa、11.4 MPa、4.20 MPa、10.27 MPa，75%的芯樣達(dá)到了4 MPa以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，可以說明，基層施工質(zhì)量總體處于受控狀態(tài)，但從損壞路段芯樣的強(qiáng)度2.14 MPa和3個未損壞的路段芯樣的平均強(qiáng)度8.6 MPa分析，路面彎沉偏大和水泥穩(wěn)定基層質(zhì)量較差有可能是路面推移損壞的原因之一。

表5 基層芯樣強(qiáng)度檢測

2.2.5 瀝青面層碎石級配試驗(yàn)分析

該項(xiàng)目瀝青面層設(shè)計(jì)為（4+2.5）cm厚度結(jié)構(gòu)，下層采用AC-20型混合料，上面層采用AC-13型混合料。由于鉆取的芯樣上下層無法剝離，我們采取對路面芯樣進(jìn)行兩層混合的方法進(jìn)行了分析。從級配曲線分析，未損壞路段和損壞路段級配差異不是很大，但實(shí)際施工混合料級配在4.75～19 mm段，比瀝青路面施工規(guī)范給定的級配范圍通過率偏大，換句話說就是這一區(qū)段集料偏細(xì)。

3 其他方面原因分析

3.1 設(shè)計(jì)方面原因

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)滯后

我國公路路面的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是軸載100 kN，實(shí)際上達(dá)到200 kN，甚至超過300 kN的都時有出現(xiàn)，單位面積壓強(qiáng)，軸載100 kN理論上是0.7 MPa,實(shí)際上超過1.3 MPa也是存在的。

3.1.2 設(shè)計(jì)理念落后，深度不足，標(biāo)準(zhǔn)偏低

設(shè)計(jì)上和工程建設(shè)上全壽命理念不夠重視，國外公路的壽命一般在20年，甚至可以達(dá)到50年，而我們設(shè)計(jì)壽命僅為8年、12年、15年，形成了建的多、建的快、壞的也多、壞的也快的局面。在工程建設(shè)上是行政上定投資，技術(shù)上搞設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位往往是根據(jù)投資規(guī)模選擇設(shè)計(jì)指標(biāo)，這是其一?！笆濉逼陂g的公路建設(shè)多數(shù)是在舊路上進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)單位對舊路基地質(zhì)、水文、路基土密度等問題缺乏深入的調(diào)查和研究。前面提到的瀝青路面推移損壞的重要原因是路基變形問題的產(chǎn)生，很大一部分與此有關(guān)，這是其二。設(shè)計(jì)時對交通量的增長預(yù)測嚴(yán)重失準(zhǔn)，以某公路2014年5月——12月8個月的交通量統(tǒng)計(jì)為例，8個月1個車道通過折算交通量為71.8萬輛，月平均約9萬輛，而設(shè)計(jì)時12年的折算交通量僅為408萬輛，實(shí)際上按現(xiàn)行交通量計(jì)算，其使用壽命不足4年。

從我們的調(diào)查情況和平時觀察，公路路面損壞比較集中的路段多是彎道、大縱坡和諸如收費(fèi)站等車速低、車輛行駛時間長、起步、停車頻繁的路段以及路面寬度在7～8.5 m的雙車道公路上。按照流變學(xué)的波茲曼疊加原理汽車荷載通過作用可以按荷載作用時間疊加，速度就是時間，例如對厚度15 cm的瀝青層，車輛以100 km/h通過時，瀝青底部同一點(diǎn)經(jīng)受荷載作用時間為0.01 s，如果車速降低到10 km/h通過時，荷載作用就增大到0.1 s，也就是說，如果汽車荷載相同，通過1輛10 km/h的汽車與通過10輛100 km/h汽車作用時間是相同的。可以想象，重載車輛低速運(yùn)行對路面的損壞是很大的，設(shè)計(jì)縱坡偏大、彎道半徑偏小，二級路重交通干線采用8.5 m雙車道設(shè)計(jì)都是造成路面損壞的原因[1]。

3.2 管理方面原因

管理方面最大弊端莫過于不講科學(xué)的工期要求，公路工程有其建設(shè)的規(guī)律和自然規(guī)律，每一項(xiàng)工序都有其施工的最短合理時間，每一項(xiàng)工程都有其適合的和不適合的施工季節(jié)、溫度。《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》1.0.4條規(guī)定，瀝青路面不得在氣溫低于10℃（高速和一級公路）或5℃（其他等級公路）施工?？稍趯?shí)踐中，為了趕在某一特定時間完成某一工程，搶趕工期，為了能在低溫季節(jié)施工，迫使施工單位提高瀝青混合料溫度（造成瀝青老化，黏結(jié)力下降）、提高瀝青含量（造成高溫季節(jié)路面穩(wěn)定度下降）導(dǎo)致瀝青面層失穩(wěn)、破壞[2]。

3.3 施工方面原因

路基的沉降、變形是該路路面損壞的重要原因，而路基施工的壓實(shí)，特別是小面積部位的壓實(shí)，各建設(shè)單位、施工監(jiān)理單位普遍重視不夠，這也是公路瀝青路面推移的最重要原因。其次，對瀝青路面的重要原材料，瀝青使用的標(biāo)號偏低（該條路為90號瀝青），根據(jù)推移損壞病害產(chǎn)生的時間上看（一般在每年的5月中下旬）瀝青的高溫穩(wěn)定性十分重要，《公路瀝青路面施工規(guī)范》4.2.2規(guī)定，山西省屬于1～2氣候分區(qū)，但這個分區(qū)跨度很大，北至大同，南至運(yùn)城，適宜的瀝青標(biāo)號為80～100號，多年來我們一直用90號瀝青。但按照國際相同氣候條件，我國大部分地區(qū)也應(yīng)該使用50號瀝青，北方甚至到東北地區(qū)南部應(yīng)該使用70號瀝青，近幾年在專家的建議下，大部分項(xiàng)目采用了70號瀝青或是改性瀝青，效果有了明顯提升[1-2]。

4 關(guān)于瀝青路面推移病害預(yù)防的幾點(diǎn)建議

a）確實(shí)加強(qiáng)路基壓實(shí)度的施工管理，嚴(yán)格層厚控制，重視標(biāo)段結(jié)合部、段落結(jié)合部、新舊路結(jié)合部、構(gòu)造物結(jié)合部、縱向結(jié)合部、橫向結(jié)合部等薄弱環(huán)節(jié)的控制，把路基壓實(shí)度工程做細(xì)、做實(shí)。

b）礦區(qū)路、干線路等重載交通路段瀝青路面采用70號瀝青，必要時使用改性瀝青。

c）設(shè)計(jì)上，舊路改造時適當(dāng)提高路基標(biāo)高（建議提高1 m左右），適當(dāng)提高縱向線形標(biāo)準(zhǔn)（降低縱坡、越嶺路線隧道穿越、提高彎道半徑）。

d）基層設(shè)計(jì)上在干線和重交通礦區(qū)路上采用半剛性基層和柔性基層的組合設(shè)計(jì)。

e）調(diào)整透層油噴灑時間，嚴(yán)格執(zhí)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》9.1.5條規(guī)定，確保透層油滲透深度滿足要求，以增加層間結(jié)合度[2]。

f）在瀝青面層施工級配設(shè)計(jì)上和施工中嚴(yán)格按規(guī)范操作，大力推廣機(jī)制砂摻配，以提高抗磨擦能力和嵌擠性。在施工中嚴(yán)格工藝管理，確保壓實(shí)度，減小空隙率，注意防止瀝青面層之間面層與基層之間的層間污染。

g）在建成路段，建議養(yǎng)護(hù)上采取高溫季節(jié)灑水降溫，盡量遏制重載交通通行，栽植高大喬木遮陰等措施，以提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

這次我們組織的瀝青路面推移病害早期損壞調(diào)查、檢測分析研究工作，得到了相關(guān)單位、部門的大力支持，在此表示感謝。但由于水平所限，調(diào)查研究數(shù)據(jù)樣本量偏小，可能還存在這樣那樣的問題，歡迎專家和同行們批評、指正。如果說，通過發(fā)表這篇文章，能在公路同行們之間起到研究、鉆研技術(shù)問題拋磚引玉的作用，那我們就知足了。