高等級公路瀝青路面性能檢測與評價

段曉倩，杜西西

(1.河南省交通科學技術(shù)研究院有限公司 鄭州市 450006；2.長沙理工大學交通運輸工程學院 長沙市 410004)

高等級公路瀝青路面性能檢測與評價

段曉倩1，杜西西2

(1.河南省交通科學技術(shù)研究院有限公司 鄭州市 450006；2.長沙理工大學交通運輸工程學院 長沙市 410004)

高速公路經(jīng)過多年車輛荷載及受不良地質(zhì)影響會產(chǎn)生不同程度損壞，對路面損害情況進行檢測與評價是有必要的。以河南省鄭盧高速公路為例，對路面狀況和瀝青面層性能進行分析評價，并進一步對引起瀝青路面結(jié)構(gòu)改變的病害形成機理進行了分析，為后期路面處治提供客觀、科學的依據(jù)。

道路工程；瀝青路面；路面性能；檢測評估

道路通車后，隨著路面使用年限的延長、交通量的逐年增加，在行車荷載的反復作用下，瀝青路面疲勞損傷度累積，大量路段出現(xiàn)路面破損率、平整度超標、車轍嚴重等狀況，導致公路使用性能指數(shù)越來越差[1-3]。這些都直接影響到行車安全性、舒適性和運營成本，并造成不良的社會影響[4]。為改善公路技術(shù)狀況、提高路面使用性能、延長路面使用壽命，需對相應路段進行專項處治。而為了較準確地評判病害原因，前期路面檢測與評價工作顯得尤為重要[5-6]。鄭盧高速公路鄭少段是東起鄭州、經(jīng)少林寺景區(qū)、西至洛陽的一段高速公路，位于連霍高速公路南側(cè)，途徑新密市、登封市、伊川縣。連接了嵩山少林寺、龍門石窟等景區(qū)，是一條河南省黃金旅游線路，2016年鄭盧高速公路(鄭少段)局部路段出現(xiàn)了橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂等病害，且部分路段伴有沉陷、坑槽、車轍等現(xiàn)象。

為探究病害成因，提升高速公路的路面使用質(zhì)量，本文對鄭盧高速公路鄭少段公路技術(shù)狀況指數(shù)進行綜合分析，確定路面服務能力下降趨勢，并在此基礎上，對病害嚴重路段進行現(xiàn)場取樣，結(jié)合室內(nèi)相關(guān)試驗，對其病害成因進行分析，為后期路面處治提供客觀科學依據(jù)。

1 路面狀況分析評價

1.1 路面狀況調(diào)查

瀝青路面的病害類型以及嚴重程度決定了瀝青路面的使用性能。為合理確定鄭盧高速公路病害成因，為制定合理處治措施奠定基礎，對鄭盧高速公路進行病害調(diào)查，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該路段主要病害類型為裂縫和車轍，現(xiàn)場調(diào)查主要典型病害如圖1、圖2所示。

1.2 路面服務質(zhì)量變化趨勢

為系統(tǒng)分析路面服務質(zhì)量隨時間的變化規(guī)律，根據(jù)跟蹤檢測數(shù)據(jù)，綜合對比近幾年鄭盧高速鄭少段公路路況指數(shù)PCI，繪制近幾年路況指標變化趨勢如圖3所示。

由圖3可知，公路路況指數(shù)PCI大致趨勢是隨著使用時間的增加而逐年降低，并呈現(xiàn)出前期下降速度較慢，后期下降速度越來越快的趨勢。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當路況指數(shù)下降到某一數(shù)值后，下降速度將會急劇增加，路面將會在短時間內(nèi)損壞嚴重。分析原因是路面出現(xiàn)損壞現(xiàn)象未得到及時維修養(yǎng)護，會不同程度影響路面使用質(zhì)量，隨時間推移，伴隨最初損壞會出現(xiàn)新的病害并不斷相互作用導致?lián)p壞更加嚴重，最后導致路面狀況迅速惡化。

為保證高速公路的服務能力，確保通行質(zhì)量，應在適當節(jié)點制定有針對性的處治措施，而制定合理處治措施的前提條件是對現(xiàn)有路況、瀝青路面力學性能具有充分的了解，因此，對瀝青路面進行鉆心取樣，對其性能進行分析，為制定合理養(yǎng)護措施奠定基礎。2 瀝青面層性能分析評價

2.1 芯樣表觀性能分析

全線共選取了38處出現(xiàn)病害路段與路面狀況良好路段進行現(xiàn)場取樣。一般取樣深度為路面面層，個別路段芯樣取至路面基層(如縱向裂縫嚴重的沉陷區(qū)域等)，以此深入對瀝青路面病害程度進行分析。部分芯樣外觀描述如表1所示。

由表1可知：上行K9+195處重度橫向裂縫貫穿整個瀝青面層，層間粘結(jié)良好，并且裂縫自上而下寬度逐漸變窄，該芯樣外觀如圖4所示。由以上外觀描述可初步判定該裂縫類型為典型的Top-Down裂縫。分析其形成原因，行車荷載較大的剪應力是引起Top-Down裂縫的主因，并且隨著路面使用年限增加，老化瀝青在低溫環(huán)境下最大拉應力增加顯著，當路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大拉應力大于瀝青混合料最大抗拉強度時將導致上面層表面微開裂。受輪載繼續(xù)作用，在微裂縫處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，當應力強度因子達到斷裂韌度時，微裂縫向下擴展，直至貫穿整個面層。

表1 芯樣外觀描述

上行K32+300處上面層厚度為3.5cm，車轍較為嚴重，車轍處與正常路段芯樣對比如圖5所示(最右邊為正常路段芯樣)。由圖可知，車轍處芯樣粘結(jié)良好，中下面層無斷裂碎化現(xiàn)象，可初步判定該車轍是受行車荷載作用上面層密實形成。

2.2 芯樣力學性能分析

為對比了解發(fā)生病害處瀝青面層各項性能降低程度，對病害處與未發(fā)生病害路面鉆取芯樣進行室內(nèi)力學指標對比分析，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 芯樣力學指標

由表2分析可知：不同結(jié)構(gòu)層的空隙率、壓實度、穩(wěn)定度指標基本滿足規(guī)范要求。個別病害路段空隙率超出要求范圍，行車道輪跡帶部位、裂縫病害嚴重部位出現(xiàn)極端現(xiàn)象。表中所列病害處芯樣上面層壓實度平均值為96.31%，完好路面處為94.28%；病害處上面層穩(wěn)定度平均值為18.92kN，完好路面處為16.80kN。對比分析可知，芯樣馬歇爾穩(wěn)定度遠大于規(guī)范要求值，表明瀝青混合料級配較為合理，施工過程中壓實較為充分。

2.3 芯樣級配分析與評價

芯樣經(jīng)過切割烘干處理，對上面層瀝青混合料進行抽提試驗，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E42-2005)中干篩法對礦料進行篩分試驗。篩分結(jié)果如圖6所示。

由圖6篩分結(jié)果可知：無論病害路段還是正常路段4.75mm以上篩孔礦料通過率均位于級配中值附近；病害路段與正常路段2.36mm以下篩孔礦料通過率均高于級配中值，且0.3mm以下粉料超出規(guī)范級配范圍。表明瀝青混合料礦料分布較為均勻，施工質(zhì)量較好，同時由于輪載沖擊導致骨料碎化以及芯樣外圍周圈骨料受切割機切割影響骨料細化，導致了細集料超出規(guī)范級配范圍。

3 瀝青面層病害成因分析

通過對路面芯樣進行室內(nèi)分析，混合料壓實度、穩(wěn)定度、級配均滿足規(guī)范要求，結(jié)合鄭盧高速公路實際運營狀況及氣候特征，綜合分析各病害成因如下：

(1)橫縫、縱縫病害

鄭盧高速公路鄭少段車流量較大，2015年冬季較為寒冷，并且降雪較多，部分行車加護防滑鏈，導致路面瀝青混合料抗剪強度降低，當路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大拉應力大于瀝青混合料最大抗拉強度時將導致上面層表面微開裂。冬季不能及時對微裂縫進行處治，在輪載作用下微裂縫處出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，并且水進入裂縫內(nèi)凍結(jié)，溫度升高形成毛細水，增加水損作用，最終形成Top-Down裂縫。

由于不及時維護，局部排水不暢，在行車輪胎擠壓力的作用下，自由水由裂縫進入基層，導致路面局部失穩(wěn)，造成輕度龜裂，龜裂的形成加劇了水分的滲入速度，進一步導致了重度龜裂的產(chǎn)生。

(2)車轍病害

鄭盧高速公路鄭少段車轍病害較為嚴重，主要有以下兩種原因。一是未采用改性瀝青，動穩(wěn)定度相對較差或由于基層及面層施工時壓實度不夠，使輪跡帶處的面層和基層材料在行車荷載的反復作用下出現(xiàn)固結(jié)變形和側(cè)向剪切位移引起。二是在高溫條件下，經(jīng)車輪反復碾壓作用，荷載應力超過瀝青混合料的穩(wěn)定極限，使變形不斷積累形成車轍。

(3)沉陷病害

本路段上行K8+800、K11+200、K43+000等處產(chǎn)生不同程度的沉陷現(xiàn)象。沉陷是路面在荷載作用下，其表面產(chǎn)生的較大的凹陷變形，凹陷變形與正常路段之間一般都伴隨著重度裂縫。沉陷的成因主要是道路在使用階段由于路基不能承受通過路面?zhèn)鬟f給路基的輪載應力，就會產(chǎn)生較大的豎直變形，最終導致路面沉陷。

4 結(jié)語

(1)公路路況指數(shù)PCI隨著道路使用年限的增加而逐年降低，并呈現(xiàn)出前期下降速度較慢，后期下降速度越來越快的趨勢。

(2)出現(xiàn)病害處芯樣上面層壓實度平均值為96.31%，完好路面處為94.28%；病害處上面層穩(wěn)定度平均值為18.92kN，完好路面處為16.80kN。病害處芯樣上面層壓實度及穩(wěn)定度高于完好路面處壓實度，分析原因可能是由于橋頭跳車處經(jīng)車輛顛簸沖擊及車轍處較密實致使壓實度較高引起的。

(3)通過對試樣進行篩分得出：無論病害路段還是正常路段4.75mm以上篩孔礦料通過率均位于級配中值附近；病害路段與正常路段2.36mm以下篩孔礦料通過率均高于級配中值，且0.3mm以下粉料超出規(guī)范級配范圍。

(4)通過對調(diào)查路段病害成因分析，初步明確病害對發(fā)生路段路面結(jié)構(gòu)的影響程度，為后續(xù)路面專項整治方案的提出提供依據(jù)。

[1] 粱斌.高速公路路面檢測分析及養(yǎng)護維修設計[J].公路與汽運,2015(11):131-133.

[2] 劉相濡,董彪,李德彬,等.重載干線公路瀝青路面材料性能檢測與評價[J].養(yǎng)護施工與機械,2014,79(4):79-81.

[3] 張德津,李清泉.公路路面快速檢測技術(shù)發(fā)展綜述[J].測繪地理信息,2015,40(1):1-7.

[4] 程珊珊.高速公路瀝青路面養(yǎng)護與維修方案的選擇與設計[J].公路交通科技(應用技術(shù)版),2005,22(5):24-28.

[5] 王茵,胡昌斌,才華,等.高速公路瀝青路面使用性能綜合評價指標的研究[J].沈陽建筑工程學院學報,2000,16(4):264-265.

[6] 湯晴,吳大鴻.瀝青路面使用性能及其預測研究[J].公路工程,2015,40(5):217-219.

Performance Detection and Evaluation of High-Grade Highway Asphalt Pavement

DUANXiao-qian1,DUXi-xi2

(1.Henan Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450006,China; 2.School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science & Technology, Changsha 410004, China)

Expresswaysare with different degrees of damage due to many years' vehicle load and unfavorable geological influence. The detection and evaluation are performed for pavement damage condition. Taking Zhenglu expressway of Henan province as an example, it is necessary to perform analysis evaluation on pavement condition and asphalt surface course performance and further analyze the disease formation mechanism that causes asphalt pavement structure change, so as to provide objective and scientific basis for pavement treatment at later period.

Road engineering; Asphalt pavement; Pavement performance; Detection and evaluation

1673-6052(2016)11-0046-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.013

U416.217

B