基于基層損壞狀況的高速公路瀝青路面再生維修對策

詹磊

【摘 要】通過“點對點”測基層彎沉和厚度、底基層彎沉和厚度及路基模量的方法，建立了半剛性基層各類損壞和模量的關(guān)系。根據(jù)此關(guān)系，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)層承載力的要求，采用乳化瀝青再生技術(shù)，提出了基于半剛性基層損壞狀況的高速公路瀝青路面維修對策。經(jīng)試驗路驗證，這些再生維修對策是可行的。

【關(guān)鍵詞】半剛性基層；損壞狀況；高速公路瀝青路面；乳化瀝青冷再生；維修對策

中圖分類號： U416.217；U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）14-0091-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.041

20世紀(jì)90年代后，在“強基薄面”設(shè)計理念的影響下，半剛性基層瀝青路面成為了我國高速公路的主要結(jié)構(gòu)形式，約占75%多[1]。這種路面結(jié)構(gòu)具有板體性好、承載能力強等優(yōu)點。但是經(jīng)過多年的使用，該種路面也暴露出了一些不容忽視的缺陷和不足，如基層的裂縫問題和模量過大的問題[2]。這些缺陷和不足，導(dǎo)致了大量的高速公路瀝青路面在通車7～8年左右，充其量10年的時間里（高速公路設(shè)計年限15年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計作用次數(shù)），就發(fā)生程度不同的網(wǎng)裂、坑槽、車轍等早期損壞而必須進(jìn)行維修。這種路面在進(jìn)行維修時，往往是“開膛破肚”地翻修[2]，瀝青面層首先被銑刨掉，而半剛性基層是該種路面結(jié)構(gòu)的主要承重層[1]，此結(jié)構(gòu)層的好壞和承載能力直接決定了路面的承載力大小，因此研究半剛性基層的損壞情況和承載力并做出正確評價和相應(yīng)的維修對策，是對半剛性基層瀝青路面進(jìn)行科學(xué)維修的前提和依據(jù)。

1 半剛性基層承載力評價指標(biāo)

我國的《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》[3]采用彎沉作為評價路面結(jié)構(gòu)層整體承載力的指標(biāo)，但是彎沉無法評價各路面結(jié)構(gòu)層的承載力，這也是彎沉與路面損壞狀況不對應(yīng)的重要原因[2]，因此彎沉不能作為評價半剛性基層承載力的指標(biāo)。

目前比較常用的瀝青路面設(shè)計理論是多層彈性體系理論，該理論認(rèn)為路面各結(jié)構(gòu)層都是均質(zhì)彈性體，結(jié)構(gòu)層承載力的大小由結(jié)構(gòu)層的模量（彈性模量）表征[4]，根據(jù)這一理論可以用半剛性基層的模量評價該結(jié)構(gòu)層的承載力。

2 半剛性基層模量的檢測方法

半剛性基層的模量很難直接檢測得到。本論文采用以下方法，通過檢測和計算得出半剛性基層模量：（1）銑刨掉瀝青面層，利用貝克曼梁測定半剛性基層頂面的彎沉[5]；（2）銑刨掉基層，利用貝克曼梁點對點（與基層彎沉測點的位置上下豎直對應(yīng)）測定底基層頂面的彎沉（見圖1）；（3）銑刨掉底基層，利用承載板點對點測定路基頂面的模量[5]；（4）在銑刨的斷面上（見圖2），直接測量基層和底基層彎沉測點處的厚度；（5）根據(jù)測量得到的彎沉、模量和厚度，泊松比參數(shù)的取值參照規(guī)范[3]，由有限元計算程序就可以反算出底基層和半剛性基層的模量[4]。

3 半剛性基層損壞狀況和模量的關(guān)系研究

3.1 半剛性基層損壞的類型及調(diào)查方法

多條高速公路半剛性基層的損壞調(diào)查表明，半剛性基層損壞的主要表現(xiàn)形式是裂縫，單一裂縫對其模量沒有影響，塊狀裂縫的影響比較大，為此，本研究將半剛性基層的損壞現(xiàn)象分成六大類（表1）。通過高速公路半剛性基層的損壞調(diào)查還發(fā)現(xiàn)半剛性基層的損壞無車道相關(guān)性，即各個車道的基層損壞局限在本車道范圍內(nèi)，我國高速公路一個車道的寬度為3.75m[6]，因此，在進(jìn)行半剛性基層損壞的分類調(diào)查時，只需要調(diào)查并記錄損壞面積3.75m×3.75m的各類損壞的位置。半剛性基層損壞現(xiàn)象的詳細(xì)分類及調(diào)查內(nèi)容見表1。

3.2 半剛性基層損壞和模量的關(guān)系

3.2.1 研究方法

參照半剛性基層損壞的調(diào)查方法和模量的檢測方法，要研究各類半剛性基層損壞和模量的關(guān)系，在進(jìn)行半剛性基層損壞的分類調(diào)查時，同時檢測損壞范圍（3.75m×3.75m）中心位置的彎沉，按照半剛性基層模量的檢測方法，依次銑刨掉基層、底基層后，根據(jù)測量得到的彎沉、厚度、模量數(shù)據(jù)，就可以反算出該類型損壞對應(yīng)的基層模量。

3.2.2 半剛性基層損壞和模量的關(guān)系

我國的高速公路半剛性基層多數(shù)為水泥穩(wěn)定碎石基層，其厚度約為20～40cm左右、水泥劑量4～6%[1]。為此本文選擇高速公路A進(jìn)行研究，該高速公路采用的是比較典型的“強基薄面”半剛性基層瀝青路面（路面結(jié)構(gòu)見圖3），設(shè)計年限15年，通車時間為12年，路面因為損壞嚴(yán)重已經(jīng)進(jìn)行了多次罩面維修，上基層損壞嚴(yán)重（已無法再利用），下基層基本沒有維修過（需判斷是否再利用方式），現(xiàn)在這條道路都在進(jìn)行大修。根據(jù)本研究的調(diào)查研究方法，對該高速公路進(jìn)行了半剛性下基層損壞和模量的關(guān)系研究。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，半剛性基層的單一裂縫對其模量沒有影響，網(wǎng)狀裂縫對模量的影響比較大，各類基層損壞和模量的關(guān)系見圖4。

分析圖4的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著基層塊度的減小，基層模量存在以下的規(guī)律。

（1）沒有發(fā)生損壞的水泥穩(wěn)定半剛性基層的模量比較大。模量基本在5500～7000MPa。

（2）隨著基層塊度的減小，基層模量逐漸變小。3米塊度損壞對基層的模量基本沒有影響，小于3米塊度損壞的基層模量開始發(fā)生衰減。

4 維修對策研究

4.1 維修對策

（1）單一裂縫或塊度大于等于3米裂縫下基層，由于其模量（承載力）沒有衰減，采取防止反射裂縫的措施后，加鋪瀝青面層。

（2）下基層損壞塊度小于3米時，由于其承載力已經(jīng)發(fā)生衰減，采取新建下基層和面層的方案。

4.2 試驗路驗證

高速公路A根據(jù)本文的方法，在最大限度地利用原有路面結(jié)構(gòu)和路面材料、降低維修成本和造價、節(jié)約資源和環(huán)保的前提下，制定的維修對策如下（具體的路面結(jié)構(gòu)見表2）。

（1）下基層無損壞或有塊度3米以上損壞，基層裂縫處采用土工布防止反射裂縫，在下基層上鋪筑乳化瀝青冷再生上基層和下面層，然后加鋪熱拌瀝青混凝土新面層。

（2）下基層損壞塊度3米以下，銑刨掉原下基層后，重新鋪水泥穩(wěn)定碎石下基層，然后在下基層上鋪筑乳化瀝青冷再生上基層和下面層，然后加鋪熱拌瀝青混凝土新面層。

高速公路A試驗路段通車2年后（每天累計承受自然車輛4萬余輛，特重交通），經(jīng)檢測，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫、車轍、沉陷等損壞，說明按照本文方法制定的半剛性基層瀝青路面的維修對策是可行的。

5 結(jié)論

（1）采用“點對點”測基層彎沉和厚度、底基層彎沉和厚度及路基模量的方法，可以得到半剛性基層的模量。

（2）隨著半剛性基層塊度的減小，基層模量逐漸變小。根據(jù)半剛性基層不同塊度損壞和模量的關(guān)系，在保證承載力的前提下，對基層不同塊度的損壞應(yīng)采取不同的維修措施。

（3）經(jīng)試驗路驗證，按照本文方法制定的半剛性基層瀝青路面的維修對策是可行的。

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