福泉擴建段高速公路路面病害成因淺析

艾 暢

（福建省高速技術咨詢有限公司）

福泉擴建段高速公路建成通車后，隨著車流量的增加，路面使用性能逐年下降，路面病害更是反復維修，其中最典型的路面病害有車轍、龜裂沉陷、縱縫以及修補類四種。本文主要依據歷年福泉擴建段高速公路路面養護維修工程，對其路面病害成因進行分析與研究。

1 工程概況

福泉高速公路全長共154.423公里（K2076+319～K2230+742），雙向四車道行駛，于1999年建成通車。2010年，K2100+490～K2230+742路段擴建為雙向八車道，采用拼寬為主、局部分離的擴建方案。擴建前原有老路面為半剛性基層瀝青混凝土路面結構，具體路面結構為 4cm AC-16C上面層+5cm AC-25I中面層+6cmAC-25II下面層+30cm 5%水泥穩定碎石基層+22cm 3%水泥穩定碎石底基層，擴建后又加鋪4cm SMA-13罩面。擴建段新建路面為倒裝式結構，采用4cm SMA-13上面層+6cm AC-20C下面層+18cmATB-25上基層+16cm級配碎石下基層+35cm 3%水泥穩定碎石底基層路面結構。

根據公路技術狀況指標檢測數據以及現場勘驗發現，福泉擴建段高速公路三、四車道整體的路面損壞狀況較差，是影響整體路面使用性能，縮短路面使用壽命的主要因素。下面對福泉擴建段高速公路路面病害以及成因進行分析，為后續養護維修提供參考[1]。

2 福泉擴建段高速公路路面病害類型

根據現場病害調查發現，福泉擴建段路面主要病害形式為車轍、龜裂沉陷、縱縫、修補，局部病害為橫縫、坑槽、唧漿、松散麻面、泛油、構造物破損。本文主要分析出現的車轍、龜裂沉陷、縱縫以及修補類四種典型病害。

2.1 車轍

在高速公路運行的過程中，車轍是一種較為普遍的病害。車轍一般的表現為沿著行車帶方向出現高度差，主要是由于瀝青路面在車輛荷載反復作用后，豎向發生變形逐漸積累。由于瀝青屬于具有粘彈性的材料，長時間外力作用，會導致其發生蠕變，進而導致路面的變形。這種情況主要發生在高溫天氣，主要原因為渠化交通以及低速交通[2]。

2.2 龜裂沉陷

龜裂主要是由于瀝青老化，失去自身的粘聚力，在車輛荷載的長期作用下，進而導致路面自身的結構強度減小，當使用超過一定的次數，路面就會形成龜裂[3]。沉陷主要是由于路面發生豎向變形進而導致路面發生下沉。

2.3 縱縫

根據現場調查，長縱縫基本伴隨車轍發育，為路面強度散失而引發的結構性破壞。一方面是由于路基自身壓實度不夠均勻進而導致其發展為縱向縫隙，另一方面是由于車輛的負載導致路面的承載能力不夠，進而產生縱縫。

2.4 修補類

福泉擴建段的高速公路路面修補類病害主要具有以下三條特點：第一，塊狀修補分布于全路段，主要分布于行車道輪跡帶；第二，嚴重的塊狀修補周圍已出現車轍、龜裂沉陷等病害；第三，部分塊狀修補進行了多次修補。這種修補類病害主要從下到上發展，由于水、路面材料本身以及車輛荷載的作用下，導致修補不久的路面很快就會繼續發生病害[4]。

3 福泉擴建段高速公路路面病害成因

3.1 車轍病害成因

第一，柔性路面剛度較小、抗彎拉強度較低，主要靠抗壓、抗剪強度來承受車輛荷載作用，在反復荷載作用下在荷載作用下產生的彎沉變形較大，容易產生累積變形。

第二，由于福泉段高速為國家干線高速，交通量大，尤其是重載車多，對路面持續疲勞荷載嚴重。

第三，根據取芯和部分開槽探坑情況，第三車道左輪跡帶芯樣為半剛性路面，右輪跡帶芯樣為倒裝結構，路面拼寬搭接位于第三車道。由于拼寬兩側路基沉降不均勻，導致病害主要發生在三車道右側，局部呈現V型車轍，具體如圖1所示。

圖1 第三車道的V型車轍

第四，由于基層滯留的層間水沖刷，導致左輪跡帶處半剛性基層表面脫空，右輪跡帶處ATB上基層與級配碎石下基層層間脫離，瀝青混合料出現水損壞，強度散失，在行車荷載的作用下產生車轍。三車道左側輪跡帶取芯情況如圖2所示，三車道右側輪跡帶取芯情況如圖3所示。

圖2 三車道左側輪跡帶取芯

圖3 三車道右側輪跡帶取芯

第五，由于路面結構層材料級配不合理，壓實度不夠，孔隙率大，在重載作用下產生二次壓實，出現較為嚴重的車轍情況[5]。路面病害處取芯情況如圖4所示。

圖4 病害處的取芯情況

3.2 龜裂沉陷病害成因

第一，結構層疲勞、修補不到位，在車輛荷載沖擊下，導致路面產生龜裂。

第二，由于路基沉降以及 ATB上基層被壓密，導致路面出現沉陷。以BK2131+510龜裂沉陷處為例，開槽探坑如圖5所示。原路面沉陷最深處達8cm，經分層開挖測量各點位后發現，上、下面層厚度均未改變，而ATB基層各處厚度不均勻，表明ATB層以及路基均發生了沉陷。

圖5 開槽探坑情況

3.3 縱縫病害成因

第一，由于車輛荷載同時作用在拼寬接縫處兩側，柔性路面持力層強度散失，形成車轍，接縫處面層應力集中，疲勞開裂形成縱縫。如圖 6所示，該處縱縫位于第三車道兩個輪跡帶中間，右側輪跡帶處車轍嚴重，在不均勻荷載作用下，接縫處應力集中，面層受拉應力疲勞開裂。該處病害探坑情況如圖7所示，ATB基層已泥漿化，水損壞嚴重，強度散失。

圖6 三車道縱縫

圖7 三車道縱縫處探坑

第二，柔性路面在重載作用下，輪跡帶路面結構強度不足，輪跡下切形成的縱縫。如圖 8所示，縱縫基本位于車轍處，呈現凹型網狀縱縫，多道裂縫并存，縫間瀝青面層多呈塊狀且松動[6]。

圖8 四車道輪跡帶出縱縫

3.4 修補類病害成因

第一，該類病害多位于輪跡帶上，尤其是路面拼寬搭接處，如圖 9所示。對該處病害探坑發現，上層瀝青混合料潮濕、松散嚴重，基本已無結構強度；下層瀝青混合料間隙充滿泥漿，集料表面基本已無瀝青裹覆，水損害嚴重，探坑情況如圖10所示。造成此類病害的主要原因是由于路面結構層積水無法及時排出，造成瀝青混合料水損壞，導致路面結構強度散失，在行車荷載作用下形成沉陷、坑槽、縱縫等病害。

圖9 左側輪跡帶處連續修補塊

第二，由于修補回填的瀝青砼壓實度達不到要求，在車輛荷載的作用下，二次壓實形成沉陷、龜裂等病害。

4 結語

本文主要以福泉擴建段高速公路為例，基于高速公路中的各種病害并對典型病害原因進行研究與分析，為后續養護維修工作提供參考。