湖北武黃高速公路路面養(yǎng)護(hù)方案研究

黨高峰，宗 煒，宋 挺，夏俊波

（1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051；2.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，湖北 武漢 430051；3.湖北武黃高速公路管理處，湖北 武漢 430205）

1 項(xiàng)目簡介

湖北武（漢）黃（石）高速公路是上海至成都國家高速公路（簡稱滬渝高速公路，編號G50）和福州至銀川國家高速公路（簡稱福銀高速公路，編號G70）在湖北境內(nèi)的共線路段。里程約70 km，現(xiàn)狀技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度24.5 m的雙向4車道高速公路。老路于1991年2月建成通車，2001年對全線原水泥混凝土路面進(jìn)行了加鋪瀝青面層改造。

近年來，隨著交通量逐年增大，超載重載車輛逐年增多，武黃高速路況嚴(yán)重下降，出現(xiàn)大量病害。為了保證武黃高速公路恢復(fù)快速、通暢、安全、舒適的使用功能，于2016年～2017年對老路路面進(jìn)行了專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)。

2 交通量調(diào)查

為全面、準(zhǔn)確地掌握武黃高速公路老路的交通狀況，了解通行的各類車輛的分布，尤其是重車、超載車輛的分布，項(xiàng)目組利用收集到的交通量資料，對武黃高速歷年交通情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 近5年交通量調(diào)查統(tǒng)計(jì)

近5年的歷史交通量見表1。

由表1可知，2014年，武黃高速交通量呈一定程度的下降，經(jīng)分析，主要是因?yàn)橥趨^(qū)域內(nèi)與本項(xiàng)目平行的武漢城市圈高速公路黃咸段建成通車的分流作用所致。2014年～2016年，武黃高速公路交通量再次進(jìn)入增長期。

表1 近5年的歷史交通量 輛/d

2.2 貨車調(diào)查統(tǒng)計(jì)

經(jīng)項(xiàng)目組收集的交通量資料分析，武黃高速公路2012年～2016年貨車比重基本持平，約占總流量的18%～22%。但是貨車中重載車型占比很高，一直維持在95%左右，且主要是六型車等特貨（重）車型。湖北省高速公路車輛通行費(fèi)車型分類見表2。

表2 湖北省高速公路車輛通行費(fèi)車型分類

3 老路路面技術(shù)評定

項(xiàng)目組分別調(diào)查并統(tǒng)計(jì)了全線路面使用性能指數(shù)（PQI）、路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面平整度指數(shù)（RQI）、路面車轍深度指數(shù)（RDI）和路面抗滑性能評定結(jié)果（SRI）[1]。

3.1 路面使用性能指數(shù)評定結(jié)果（PQI）

PQI評定表見表3。

表3 武黃高速公路路面PQI評定表

武黃高速路面使用性能指數(shù)PQI（雙向平均）得分92.2，其中武黃向路面使用性能指數(shù)PQI得分92.8，等級“優(yōu)”路段所占比例96.5%，等級“良”路段所占比例3.5%；黃武向路面使用性能指數(shù)PQI得分91.5，等級“優(yōu)”路段所占比例83.2%，等級“良”路段所占比例16.8%。

3.2 路面技術(shù)狀況分項(xiàng)指標(biāo)評定結(jié)果

3.2.1 路面損壞狀況指數(shù)（PCI）

PCI評定結(jié)果見表4及圖1、圖2。

表4 老路PCI等級比例匯總表

圖1 武黃向PCI分布圖

圖2 黃武向PCI分布圖

武黃向每公里路面損壞狀況指數(shù)（PCI）評定等級“優(yōu)”占總路段的94.7%、“良”占5.3%；黃武向每公里路面損壞狀況指數(shù)（PCI）評定等級“優(yōu)”占總路段的77.0%、“良”占23.0%。但是部分路段存在橫向、縱向裂縫及路面修補(bǔ)的情況。

3.2.2 路面平整度指數(shù)（RQI）

根據(jù)調(diào)查檢測結(jié)論揭示，武黃向每公里路面平整度指數(shù)（RQI）評定等級“優(yōu)”占總路段的96.5%、“良”占3.5%；黃武向每公里路面平整度指數(shù)（RQI）評定等級“優(yōu)”占總路段的 96.5%、“良”占3.5%，路面行駛質(zhì)量良好。

3.2.3 路面車轍深度指數(shù)（RDI）

檢測結(jié)論表明，武黃向每公里路面車轍深度指數(shù)（RDI）評定等級“優(yōu)”占總路段的 29.2%、“良”占60.2%、“中”占10.6%；黃武向每公里路面車轍深度指數(shù)（RDI）評定等級“優(yōu)”占總路段的15.1%、“良”占61.9%、“中”占23.0%。從檢測情況看出，武黃高速部分路段存在一定的車轍問題。

3.2.4 路面抗滑性能（SRI）

武黃向每公里路面抗滑性能指數(shù)（SRI）評定等級“優(yōu)”占總路段的89.4%、“良”占10.6%；黃武向每公里路面抗滑性能指數(shù)（SRI）評定等級“優(yōu)”占總路段的91.2%、“良”占8.8%，路面抗滑性能總體較好。

3.3 路面技術(shù)狀況評定主要結(jié)論

武黃高速公路全線路況總體質(zhì)量較好，跟據(jù)路況評定檢測資料顯示，全線路面主要病害為主線裂縫（連續(xù)橫向裂縫、縱向裂縫、龜網(wǎng)裂）、車轍和擁包。

4 路面養(yǎng)護(hù)方案

4.1 老路瀝青路面結(jié)構(gòu)

武黃高速公路原路面主要結(jié)構(gòu)為：

（1）上面層：厚4 cm瀝青混凝土（Sup-12.5級配類型）。

（2）中面層：厚6 cm瀝青混凝土（AC-20級配類型）。

（3）應(yīng)力吸收層：厚2.5 cm瀝青混凝土應(yīng)力吸收層（STRATA）。

（4）水泥混凝土板：厚24 cm的C35水泥混凝土。

4.2 路面病害調(diào)查

通過調(diào)查，經(jīng)歸納分析，全線典型路面病害種類有：

（1）主線瀝青路面連續(xù)嚴(yán)重裂縫（橫向、縱向、網(wǎng)裂）；（2）主線瀝青路面車轍、擁包[2]。

4.3 病害成因及養(yǎng)護(hù)方案

4.3.1 路面連續(xù)嚴(yán)重裂縫

由于舊水泥混凝土路面板在結(jié)構(gòu)上和使用過程中本身就存在著相同間距的接縫和眾多不規(guī)則的裂縫，在交通荷載與溫度荷載的重復(fù)作用下，這些裂縫會不可避免地引起加鋪層底面對應(yīng)位置的應(yīng)力集中，從而使應(yīng)力集中部位因過大的豎向剪應(yīng)力與拉應(yīng)力而首先開裂，然后緩慢向上擴(kuò)展形成反射裂縫，導(dǎo)致加鋪層的破壞[3]。

現(xiàn)場調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，部分路段特別是行車道，出現(xiàn)了連續(xù)大面積的不規(guī)則裂縫，裂縫方向大致集中于輪跡帶附近，多數(shù)呈縱向排列。經(jīng)分析，該種裂縫是典型的剪切疲勞裂縫，意味著瀝青混合料接近材料疲勞壽命極限，如不及時(shí)處理將在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)坑槽病害。

對全線橫向、縱向裂縫及龜網(wǎng)裂病害，采用銑刨加鋪方案。

4.3.1.1 無破碎水泥板塊養(yǎng)護(hù)

（1）銑刨原瀝青路面上、下面層（包括應(yīng)力吸收層）。銑刨過程采用動(dòng)態(tài)控制。

（2）將銑刨面徹底清理干凈，先對接縫進(jìn)行保養(yǎng)及更換填嵌縫材料，然后再跨縫鋪單面燒毛土工布，寬2 m；水泥混凝土板上灑布PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層（1.0±0.3）kg/m2（確保土工布被乳化瀝青浸透）。

（3）攤鋪厚8.5 cm改性AC-20下面層（具體厚度可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整），及厚4 cm Sup-12.5上面層。瀝青層間灑布PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層，改性乳化瀝青用量為（0.3～0.6）kg/m2，攤鋪壓實(shí)后應(yīng)保證新舊路面平順連接。主線瀝青路面連續(xù)嚴(yán)重裂縫病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 主線瀝青路面連續(xù)嚴(yán)重裂縫病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖[4]

4.3.1.2 局部水泥板塊破碎較嚴(yán)重部位養(yǎng)護(hù)

（1）銑刨原瀝青路面上、下面層。銑刨過程采用動(dòng)態(tài)控制（具體長度、寬度可根據(jù)現(xiàn)場病害情況靈活調(diào)整）。

（2）將破碎水泥板塊/脫空部位水泥板鑿除，將下承層清理干凈并噴灑PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層，用量為（0.3～0.6）kg/m2。

（3）攤鋪厚24 cm改性AC-20柔性基層、厚8.5 cm改性AC-20下面層（具體厚度可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整），及厚4 cm Sup-12.5上面層。瀝青層間灑布PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層，改性乳化瀝青用量為（0.3～0.6）kg/m2，攤鋪壓實(shí)后應(yīng)保證新舊路面平順連接。主線瀝青路面連續(xù)裂縫病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 主線瀝青路面連續(xù)裂縫病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖[4]

4.3.2 路面車轍、擁包

由于武黃高速原路面為水泥混凝土板上加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)，水泥板自身剛度（模量約30 GPa）很大，而瀝青混合料模量相對很小（約1 800 MPa），容易造成路面結(jié)構(gòu)中瀝青層的剪應(yīng)力以及瀝青混凝土與水泥面板之間的剪應(yīng)力增大。在高溫下，瀝青混合料由彈性逐漸變?yōu)轲椥裕辜裟芰ο陆担瑫r(shí)在慢速重載的綜合作用下，輪跡帶附近瀝青混凝土逐漸向兩側(cè)流動(dòng)，形成車轍。

另外，通過前述武黃高速交通量分析情況來看，武黃高速全線交通量很大且重車尤其是超重車比例較大，導(dǎo)致瀝青混合料在重載作用下更容易產(chǎn)生剪切變形，從而形成流動(dòng)性車轍。

4.3.2.1 車轍深度不小于15 mm嚴(yán)重路段的養(yǎng)護(hù)

（1）銑刨原瀝青路面上、下面層（包括應(yīng)力吸收層等）。銑刨過程采用動(dòng)態(tài)控制。

（2）將銑刨面徹底清理干凈，先對接縫進(jìn)行保養(yǎng)及更換填嵌縫材料，然后再跨縫鋪單面燒毛土工布，寬度2 m；水泥混凝土板上灑布PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層（1.0±0.3）kg/m2（確保土工布被乳化瀝青浸透）。

（3）攤鋪厚8.5 cm改性AC-20下面層（具體厚度可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整），及厚4 cm Sup-12.5上面層。瀝青層間灑布PCR改性乳化瀝青防水黏結(jié)層，改性乳化瀝青用量為0.3～0.6 kg/m2，攤鋪壓實(shí)后應(yīng)保證新舊路面平順連接。主線瀝青路面車轍、擁包病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖見圖5。

圖5 主線瀝青路面車轍、擁包病害養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)圖[4]

4.3.2 .2 車轍深度大于10 mm小于5 mm輕、中度車轍路段養(yǎng)護(hù)

微表處罩面能較好修復(fù)瀝青路面輕、中度車轍，同時(shí)有利于改善路面抗滑性能，增加路面的密水性。

（1）清掃原瀝青路面，對破損部位先灌縫修補(bǔ)。

（2）攤鋪厚1 cm微表處罩面。微表處施工前，宜對原路面進(jìn)行精細(xì)銑刨，并可在原瀝青路面上灑布0.3 kg/m2的PCR改性乳化瀝青，從而增強(qiáng)層間黏結(jié)。待乳化瀝青充分破乳后，進(jìn)行微表處罩面（見圖 6）。

5 結(jié) 語

圖6 低噪音微表處[4]

在高速公路路面養(yǎng)護(hù)方案研究中，首先應(yīng)對老路路面狀況做全面科學(xué)的檢測和調(diào)查分析，全面調(diào)查老路的病害類型，分析病害產(chǎn)生的原因，并結(jié)合檢測結(jié)論，確定科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)方案，做到有的放矢，不同的病害類型，實(shí)行不同的養(yǎng)護(hù)方案。本文結(jié)合湖北武黃高速公路路面養(yǎng)護(hù)實(shí)例，較全面地介紹了養(yǎng)護(hù)方案的研究過程，可為類似項(xiàng)目提供一定的借鑒。