高速公路瀝青路面裂縫分析與處治措施研究

劉畔

（河北省高速公路邢汾管理處，河北　邢臺　054009）

高速公路瀝青路面裂縫分析與處治措施研究

劉畔

（河北省高速公路邢汾管理處，河北邢臺054009）

通過對裂縫類病害表征的仔細(xì)判別和成因的深度調(diào)研，分析裂縫類病害的特點；結(jié)合不同處置策略的機械、人工、材料使用費用建立多屬性決策系統(tǒng)，對處治策略進(jìn)行客觀評價，并對處治策略的使用效果進(jìn)行長期觀察和比較，提出合理的有針對性的處治方案。

公路；裂縫；成因分析；處治策略；多屬性決策系統(tǒng)模型

中國高速公路建成后，經(jīng)歷幾個寒暑交替的使用便出現(xiàn)各種裂縫損害，嚴(yán)重影響路面壽命。裂縫是瀝青路面出現(xiàn)最多的病害，包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。國內(nèi)對裂縫類病害的處治方法有多種嘗試，但至今尚未有裂縫類病害的成套處治指南。該文在路面精確檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用管理學(xué)中關(guān)于多決策優(yōu)選的原理，結(jié)合高速公路自身的特點，對路面進(jìn)行綜合評價定級，進(jìn)而建立基于多屬性方法的路面裂縫綜合養(yǎng)護處治系統(tǒng)。

1　瀝青路面裂縫病害評定及成因分析

1.1裂縫調(diào)查與分析

初步劃定裂縫病害的輕、中、重程度標(biāo)準(zhǔn)。某高速公路常見病害類型及程度見表1。

表1　高速公路常見病害類型

結(jié)合該高速公路路面病害特點，對JTG H20-2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中路面病害特征描述予以細(xì)化（見表2）。

1.2路面病害成因分析

在試驗路段選取具有代表性的裂縫，進(jìn)行路面鉆芯取樣，依據(jù)芯樣所反映的裂縫形態(tài)進(jìn)行裂縫成因分析。

（1）路面橫向裂縫的發(fā)展主要歸因于開槽灌縫，由于灌縫膠與槽壁的粘結(jié)喪失，導(dǎo)致雨水滲入路面結(jié)構(gòu)進(jìn)而造成破壞。另外，粘結(jié)的喪失無法阻止溫度荷載的作用，從而加劇橫向裂縫的發(fā)展。

（2）路面縱向裂縫的出現(xiàn)主要與疲勞荷載作用有關(guān)，裂縫深度均小于2 cm，與溫度的荷載作用關(guān)系不大，主要屬于疲勞開裂。這種裂縫通過開槽灌縫可得到有效控制。

（3）路面網(wǎng)裂的出現(xiàn)主要與疲勞荷載作用有關(guān)，也與表面層貧油有一定關(guān)系，瀝青老化，導(dǎo)致混合料抵抗疲勞荷載的能力下降。這種裂縫通過開槽灌縫可得到有效控制。

表2　瀝青路面病害定義與標(biāo)準(zhǔn)定義的差別

2　基于多屬性決策的路面病害處治模型

在高速公路大中修罩面工程中，原路面裂縫的處理方法有很多，主要包括抗裂貼、玻璃纖維格柵、聚酯玻璃纖維布、條形挖補、開槽灌縫等，各種處理方式各有優(yōu)劣。綜合5種處治方式的生命周期、材料消耗、機械消耗、人工消耗數(shù)據(jù)，采取拉格朗日函數(shù)制定客觀賦權(quán)向量，根據(jù)最小距離方法建立多屬性決策系統(tǒng)，通過對各種處治方式的客觀評價選擇合適的處治方法，摒棄主觀選擇的弊端。

2.1多屬性決策的基本原理

多屬性決策主要解決具有多個屬性指標(biāo)的有限決策方案排序問題，決策者根據(jù)特征屬性確定方案，以決策準(zhǔn)則為前提對各方案排序。各特征屬性優(yōu)先程度用權(quán)系數(shù)表征，權(quán)系數(shù)的確定尤為重要。為了使多屬性決策的排序結(jié)果更科學(xué)，將不同賦權(quán)法所得的權(quán)重系數(shù)按照一定的方法進(jìn)行組合，通過主、客觀組合賦權(quán)，使排序結(jié)果既能體現(xiàn)主觀信息，又能體現(xiàn)客觀信息。

2.2屬性集的建立

遵照多屬性決策的基本原理，建立方案集和屬性集。方案集為S｛s1，s2，s3，s4，s5｝T=S｛抗裂貼，玻璃纖維格柵，聚酯玻璃纖維布，條形挖補，開槽灌縫｝T；屬性集主要選擇對裂縫處治方案最有影響的參數(shù)，即P｛p1，p2，p3，p4｝=P｛人工費，材料費，機械使用費，使用壽命｝。3種費用的計算可參照J(rèn)TG/T B06-03-2007《公路工程機械臺班費用定額》和冀交定［2010]31號《河北省高速公路小修保養(yǎng)和中修工程預(yù)算定額》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，使用壽命可參照室內(nèi)疲勞試驗所計算的裂縫發(fā)展速度及實際調(diào)查所得裂縫開裂速度通過計算確定（見表3）。

2.3多屬性決策目標(biāo)值的建立

圖1為多屬性目標(biāo)建立模型。

表3　多屬性決策分析的屬性特征值

圖1　多屬性目標(biāo)建立模型

按照圖1中的步驟對裂縫處治方式建立屬性集，得：

對決策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化矩陣：

按照圖1所示公式計算得到加權(quán)系數(shù)矩陣：

進(jìn)而計算得到各方案的目標(biāo)評價值：

目標(biāo)評價值的排序為d3玻璃纖維格柵>抗裂貼>開槽灌縫>條形挖補。

2.4多屬性決策目標(biāo)值的驗證

多屬性決策計算結(jié)果屬于理論計算，幾種裂縫處治策略的優(yōu)劣還需結(jié)合實際使用情況進(jìn)行驗證。5種裂縫處治方法的實際使用情況如下：

（1）玻璃纖維格柵使用中難以固定，易于膨脹而不服貼，影響瀝青混合料的正常攤鋪和其加筋作用，適合于養(yǎng)護中銑刨一定深度后進(jìn)行格柵鋪設(shè)。

（2）抗裂貼的施工較方便，為了使抗裂貼更好地粘結(jié)，在與底層接觸部位涂刷70#熱瀝青。但罩面層抗裂貼范圍內(nèi)形成2 mm左右的凹陷（見圖2），這主要是由于高聚物類的抗裂貼本身材質(zhì)較硬，使用時不能完全與原路面貼服，而是存在一定間隙，間隙的存在一方面會影響上層混合料的平整程度（見圖3），另一方面可能會給水分進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)提供內(nèi)部通道。

圖2　抗裂貼不服帖現(xiàn)象

圖3　抗裂貼部位造成的路表凹陷

（3）聚酯玻璃纖維布的施工較方便，且自身便于固定。為了使聚酯玻璃纖維布更好地粘結(jié)，在與底層接觸部位噴刷70#瀝青。聚酯玻璃纖維布材質(zhì)稍軟，且自身具有吸油的特點，在噴刷瀝青后，與罩面層底部的粘貼效果好，不會發(fā)生抗裂貼施工的凹凸現(xiàn)象，因而對行車舒適性沒有影響。聚酯玻璃纖維布的粘結(jié)效果見圖4。

圖4　聚酯玻璃纖維布的施工效果

（4）條形挖補的成本較高，施工采用人工攤鋪，容易離析，接縫處易透水，且虛鋪系數(shù)不穩(wěn)定，施工質(zhì)量無法保證。

（5）開槽灌縫施工便利，需耗費的人工、材料、機械均最少，但其施工工藝的缺陷導(dǎo)致其對裂縫的抑制能力最差，進(jìn)而目標(biāo)評價值也較低。

綜合人工、材料、機械、使用效果、使用壽命等因素，聚酯玻璃纖維布>玻璃纖維格柵>抗裂貼>開槽灌縫>條形挖補的排序符合實際情況。

3　結(jié)語

該文結(jié)合某高速公路路面病害特點，通過路面芯樣采集，分析了裂縫類病害的產(chǎn)生原因；根據(jù)多屬性決策理論，針對目前主要5種裂縫處治方式，制定了包括人工費、材料費、機械使用費、使用壽命的屬性集，并計算了5種處治策略的目標(biāo)值，得到聚酯玻璃纖維布>玻璃纖維格柵>抗裂貼>開槽灌縫>條形挖補，聚酯玻璃纖維布更適合處治裂縫類病害。

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U418.6

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2015-07-06