高速公路瀝青路面病害分析及養(yǎng)護(hù)辦法

葛 晗

(廣東省高速公路有限公司粵贛分公司，廣東 河源 517000)

0 引 言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善，公路工程的建設(shè)速度日益提高，建設(shè)長度已突破100 000 km。其中廣東高速公路通車總里程將突破9 000 km，連續(xù)5年居全國第一。在未來，高速公路工程必然會從擴(kuò)張施工慢慢轉(zhuǎn)變至養(yǎng)護(hù)運(yùn)營。同時，經(jīng)調(diào)查可知國內(nèi)高速公路路面結(jié)構(gòu)層大概80%以上均為瀝青混合料路面。高速公路瀝青料路面如果不及時養(yǎng)護(hù)，容易出現(xiàn)多個類型的病害，干擾車輛行駛舒適度及安全，故確定合理、經(jīng)濟(jì)的高速公路路面治理方案已經(jīng)成為要解決的重要問題。傳統(tǒng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施往往只針對某一類病害形式，但是路面病害是相互作用、相互影響的復(fù)雜系統(tǒng)。隨著路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，養(yǎng)護(hù)設(shè)計理念的不斷完善，國內(nèi)外學(xué)者也結(jié)合經(jīng)過多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和瀝青路面的特點(diǎn)研發(fā)了一些新的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。但是，很多工程技術(shù)人員在開展高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)作業(yè)時，仍不能有針對性的選擇經(jīng)濟(jì)合理的養(yǎng)護(hù)措施，往往導(dǎo)致設(shè)計施工偏于保守、費(fèi)用過高。因此，研究瀝青路面病害機(jī)理及相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施是十分必要的。

1 高速公路瀝青路面病害類型

高速公路在運(yùn)營期間，由于溫濕度變化、降雨、車輛等外部荷載原因，可能導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)一定程度的損傷。根據(jù)損傷原因不同，可能同時出現(xiàn)多種類型病害，典型的瀝青混合料路面病害有裂縫、坑槽、車轍等。同時，各種瀝青路面病害形式隨機(jī)組合，相互作用，形成復(fù)雜路面病害系統(tǒng)。

(1)裂縫

裂縫是高速公路瀝青路面最常見病害，根據(jù)裂縫的特征可將其劃分成橫向裂縫、縱向裂縫、不規(guī)則裂縫、網(wǎng)狀向裂(龜裂)，其中橫向裂縫一般是垂直于車輛行駛方向，按照裂縫寬可分成輕度和重度，前者較細(xì)(小于5 mm)，裂縫沒有剝落現(xiàn)象或輕微剝落，后者裂縫較寬(大于5 mm)，裂縫剝落明顯；縱向裂縫是平行于車輛行駛方向，按照裂縫寬同樣分成輕度與重度，前者裂縫散落程度低，支縫數(shù)量少，后者支縫數(shù)量多；網(wǎng)狀裂縫通常是由多條的橫向裂縫與縱向裂縫相互交錯而成。

(2)坑槽

坑槽是一種“凹狀結(jié)構(gòu)”，屬于水損破壞的一種。高速公路瀝青料路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范把坑槽視為松散類病害，各種坑槽具體特征如表1所示。

表1 高速公路瀝青路面坑槽特征

(3)車轍

車轍是高速公路瀝青路面最嚴(yán)重病害之一，根據(jù)車轍產(chǎn)生原因可將其劃分成失穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)性(永久性)、壓密性及磨耗性車轍。各類車轍的具體特點(diǎn)如下：第一，失穩(wěn)性車轍危害程度大，經(jīng)常出現(xiàn)在高速公路上坡路段，尤其是山區(qū)高速更加嚴(yán)重。失穩(wěn)性車轍往往呈“W型”，其形狀主要與車輪構(gòu)造，車速、車輪胎行駛所受的橫向應(yīng)力等因素密切相關(guān)；第二，結(jié)構(gòu)性車轍一般呈“U型”，它的出現(xiàn)是因?yàn)槁坊芎奢d產(chǎn)生變形，并發(fā)射到瀝青路路面所引起。結(jié)構(gòu)性車轍地變形量小，但寬度十分明顯，不易修復(fù)；第三，壓密性和磨耗型車轍主要是因?yàn)楣窞r青路面結(jié)構(gòu)層在反復(fù)車輛荷載、自然環(huán)境等因素作用下，瀝青被碾壓實(shí)或侵蝕所導(dǎo)致。

2 瀝青路面病害成因及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

為了提高高速公路瀝青混凝土路面建設(shè)水平及運(yùn)營壽命，技術(shù)人員應(yīng)在理解其病害機(jī)理的前提下，掌握針對各種病害的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和具體的施工要求，依托惠河高速某段瀝青路面工程，路面結(jié)構(gòu)層總厚度為71 cm：上面層1 cm微表處+4 cm普通瀝青(AK-13B)+5 cm普通瀝青中面層(AC-20I)+6 cm普通瀝青下面層(AC-25I)+35 cm基層(5%水泥穩(wěn)定級配碎石)+20 cm底基層(4%水泥穩(wěn)定級配碎石)。經(jīng)調(diào)查，該路段在運(yùn)營期間出現(xiàn)了連續(xù)坑槽、裂縫、車轍、松散等病害，自2005年通車以來，在2007年開始先后實(shí)施了微表處、霧封層、UTAC-10罩面、加鋪AC-13、16C等養(yǎng)護(hù)措施，本段病害處置主要采取銑刨主車道再鋪筑4 cmGAC-16C(PG82)改性瀝青混凝土。

2.1 裂縫病害機(jī)理及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

(1)裂縫產(chǎn)生機(jī)理

高速公路瀝青路面裂縫病害根據(jù)發(fā)生機(jī)理能分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類。低溫收縮裂縫出現(xiàn)機(jī)理是瀝青受溫度影響大，在冬季氣溫較低，導(dǎo)致瀝青應(yīng)力松弛無法抵消溫度應(yīng)力地持續(xù)增長。當(dāng)溫度應(yīng)力大于瀝青混合料抗拉強(qiáng)度，路面則可能出現(xiàn)橫線裂縫；反射裂縫主要出現(xiàn)在基層為半剛性材料(如水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、二灰土等)的瀝青混合料路面，這是因?yàn)闉r青混合料路面所處地外界環(huán)境溫度驟降時，基層材料會大幅度收縮，使得瀝青面層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)或增大原有裂縫。同時，反射裂縫還會受應(yīng)力疊加效應(yīng)的影響，加劇裂縫處應(yīng)變，使裂縫寬度增加；荷載裂縫產(chǎn)生機(jī)理是在反復(fù)車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的拉應(yīng)力σt超過瀝青混合料容許拉應(yīng)力[σ]，從而使面層出現(xiàn)荷載裂縫。

(2)養(yǎng)護(hù)技術(shù)

目前針對高速公路瀝青路面裂縫處治主要有開槽灌縫法、填縫法等技術(shù)。開槽灌縫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，它是利用開槽機(jī)沿著原裂縫鑿出寬1.2～1.5 cm、深1.5～1.8 cm槽，并使用灌封機(jī)把加熱后的灌縫材料壓入裂縫，作業(yè)效率高、使用壽命長，但前期設(shè)備費(fèi)用和施工成本偏高。填縫技術(shù)通常用于裂縫寬度小于3 mm的非工作縫處治。此外，修補(bǔ)材料選擇是影響裂縫養(yǎng)護(hù)成效關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，修補(bǔ)材料應(yīng)具有良好的粘彈性、抗裂性、低溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)，不得直接采用熱瀝青混合料(熱瀝青難以滲入面層，大多殘留在路表效果不佳)。

2.2 車轍病害機(jī)理及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

(1)車轍產(chǎn)生機(jī)理

高速公路瀝青路面車轍病害發(fā)生機(jī)理主要有內(nèi)因和外因兩個方面，前者包括瀝青混合料和路面結(jié)構(gòu)類型等，后者包括氣候變化、交通條件、施工質(zhì)量等因素。

瀝青混合料強(qiáng)度由其內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力決定，可以用摩爾-庫倫理論解釋這一現(xiàn)象。

τ=σtanφ+c

式中：τ為瀝青混合料抗剪強(qiáng)度，kPa；σ為瀝青混合料所受正應(yīng)力，kPa；c為瀝青與填料的粘結(jié)力，kPa；φ為瀝青混合料摩擦角，度。

(2)養(yǎng)護(hù)技術(shù)

近年來，針對惠河高速瀝青路面車轍處治主要有微表處、就地?zé)嵩偕确椒āＮ⒈硖幖夹g(shù)是以改性乳化瀝青為粘接料的，在現(xiàn)場冷拌施工，其適用范圍廣、工程造價低，對環(huán)境污染較小，并能改善瀝青路面的承載能力。就地?zé)嵩偕夹g(shù)是通過對原路面加熱重熔、回收舊瀝青混合料，加入再生劑重新攪拌、攤鋪、碾壓，形成新的路面結(jié)構(gòu)層。就地?zé)嵩偕夹g(shù)對于實(shí)現(xiàn)公路的可持續(xù)發(fā)展及節(jié)能環(huán)保具有十分重要的意義，但該方法是完全依賴再生劑性能，不摻入新瀝青或集料，無法調(diào)整瀝青混合料級配，對提高路面性能作用不大。

2.3 坑槽病害機(jī)理及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

(1)坑槽產(chǎn)生機(jī)理

高速公路瀝青路面坑槽病害發(fā)生機(jī)理主要是：降雨產(chǎn)生的地表水或地下水等滲入路面結(jié)構(gòu)層，導(dǎo)致瀝青和集料間的粘結(jié)力不斷減小，在反復(fù)車輛荷載的作用下，瀝青混合料出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致坑槽。

(2)養(yǎng)護(hù)技術(shù)

高速公路瀝青路面坑槽病害處治常用挖補(bǔ)式坑槽修補(bǔ)技術(shù)，屬于永久性修補(bǔ)技術(shù)，施工流程主要包括：劃定維修面→處理坑槽→噴灑粘層油→回填瀝青混合料→碾壓瀝青混合料→封縫防水。挖補(bǔ)式坑槽修補(bǔ)技術(shù)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)是處理坑槽，處理坑槽機(jī)械主要有液壓鎬或切縫機(jī)，并確保坑槽干燥、平齊。如果坑槽壁較松散，應(yīng)先將松散瀝青混合料顆粒清掃，再開展下一步作業(yè)。熱接縫修補(bǔ)按“圓坑方補(bǔ)”的原則進(jìn)行。修補(bǔ)前應(yīng)根據(jù)坑壁的質(zhì)量狀況合理確定處治范圍，劃出邊線與路中線大致平行(或垂直)的矩形(即修補(bǔ)輪廓線)。冷接縫修補(bǔ)按“圓坑方補(bǔ)”的原則進(jìn)行。修補(bǔ)前應(yīng)根據(jù)坑壁的質(zhì)量狀況合理確定處治范圍，劃出邊線與路中線大致平行(或垂直)的矩形(即修補(bǔ)輪廓線)，并用切割機(jī)切出矩形邊線(切割深度5 cm左右)。

3 結(jié) 語

(1)高速公路瀝青路面典型病害有裂縫、坑槽、車轍等，各種病害隨機(jī)組合，形成復(fù)雜的病害體系；

(2)公路瀝青路面裂縫病害按成因可分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類，處治技術(shù)主要有開槽灌縫、填縫等；

(3)公路瀝青路面車轍病害影響因素主要有混合料、路面結(jié)構(gòu)、氣候變化、交通條件、施工質(zhì)量等因素，主要有微表處、現(xiàn)場熱再生等處治技術(shù)；

(4)水等滲入瀝青路面結(jié)構(gòu)層后，在車輛荷載的作用下，瀝青混合料會因粘結(jié)力下降而剝落，進(jìn)而產(chǎn)生坑槽，較常用的坑槽病害處治措施挖補(bǔ)式坑槽修補(bǔ)技術(shù)。