養護大中修瀝青路面病害處治探討

李乾正

（新疆農業大學交通與物流工程學院,新疆 烏魯木齊 830052）

我國高速公路里程已躋身世界第二位,而伴隨新建公路與總里程不斷增加,公路建設逐漸向養護轉型,據統計,每年約有1 萬多公里的高速公路需進行大中修養護[1]。而對于高速公路而言,超載重載現象嚴重,交通重載化趨勢日益明顯,重載交通對路面損壞帶來的影響使路面使用壽命較預計減短,以致需制定相應養護方案,延長服役年限。本文依托實際工程,根據目標路段的氣候條件、交通量情況、檢測結果綜合比選各養護方案。通過實例說明,為條件相似的養護項目提供參考經驗。

1 工程概況

項目路段位于哈密地區伊州區境內,屬G30 線連霍高速的一部分,設計速度120km/h,起點樁號為K2898+000,終點樁號為K2909+000,路線橫貫于山前傾斜平原中部,由東北向西南緩傾,路線位于低山丘陵區,山丘多而散亂,相對高差不大。自然區劃為Ⅵ2區,屬荒漠-綠洲區,氣候特征顯著,夏季炎熱、冬季寒冷。原有路面結構為4cm 中粒式瀝青混凝土+6cm 粗粒式瀝青混凝土+30cm 5%水泥穩定砂礫+15cm 天然砂礫。鑒于交通量與具體建養狀況對瀝青路面的影響,通過勘察調研獲取相應的交通組成特點與道路狀況現狀情況。

1.1 交通量概況

項目區域為干線公路,近年來隨著社會經濟的發展,中小客車交通量增長較快,所占機動車比例逐年增長,大客車交通量雖然有所增長,但是隨著時間的推移,增長速度逐漸平緩,所占比例近似保持不變。同時,貨車交通量同樣有增長,但是由于增長速度低于客車,所占比例有所降低,隨著重載化趨勢日益明顯,大貨車、特大貨車交通量上升。結合近年來歷史交通量及構成,采用彈性系數法對本項目交通量及交通組進行預測,預測結果見表1。

表1 交通組成預測表 輛/日

1.2 道路現狀及養護歷史

截至目前,本項目路段已運行9 年,建成通車后,僅進行小范圍處理與日常養護。在自然因素和交通荷載的共同影響下,路面出現了塊狀裂縫、縱橫向裂縫、龜裂、唧漿等病害,嚴重影響行車舒適性和安全性,為防止路面病害進一步發展、惡化,導致路面狀況下降,需要對現有道路進行路面修復養護處治。

2 路面技術狀況檢測與分析

通過對全線瀝青路面進行了人工徒步實地調查,仔細調查并記錄路面病害類型、損壞程度、病害位置,并將瀝青路面上的病害類型、數量、特征等一一記錄。為進一步直觀地了解工程路段的路面使用現狀、病害成因分析及養護方案的制定提供參考依據。

2.1 路面病害統計

路面材料性能與結構性能的衰變最終表現為各種形式的病害,因此了解病害的構成分布也是養護大中修設計中路面方案選定的核心之一。該路段由于重載交通方向性明顯,現針對下行路段進行單獨統計,路段下行范圍內各類型病害統計表如表2 所示,病害主要表現形式為橫縱裂縫,塊狀裂縫、局部龜裂以及修補,其中裂縫類為主要病害類型,且縱向裂縫比例最重,對比下行行車道,超車道縱向裂縫所占比例高出30.1%,路面破損總體較為嚴重。

表2 下行車道病害統計表

2.2 病害成因分析

2.2.1 橫向裂縫

通過鉆芯取樣發現,大部分芯樣其裂縫貫穿瀝青面層及基層,少數芯樣基層底部則出現破碎現象。由于項目路段路面基層為水泥穩定砂礫半剛性基層,其病害產生結果為半剛性基層溫縮性裂縫及自下而上的反射裂縫,兩者共同造成路面的橫向裂縫[2]。

2.2.2 縱向裂縫

該段縱向裂縫大致與道路中線平行,其病害成因為交通荷載超載嚴重,造成較大剪應力,而后導致產生縱縫,通過病害統計表得知,縱縫在超車道存在較多且多數貫穿基層,根本原因則為超車道范圍位于擴建路段的新舊過渡區域,在交通荷載作用下受力不均勻,更易產生裂縫。

2.2.3 塊狀裂縫

在下行路段,裂縫類破損占病害主導,塊狀裂縫主要是由面層材料的低溫收縮和瀝青老化所引起。當瀝青路面上橫向或縱向裂縫出現后,水沿縫隙進入并擴散,在持續荷載及溫度的反復作用下繼續擴展,逐漸縱橫裂縫交叉在一起,從而形成不同的多邊形大塊,屬于進一步引發的路面病害。

2.2.4 龜裂

病害路段路表在紫外線、光、熱、及水影響下老化,使混合料的低溫抗裂性降低,耦合氣候條件使之性能下降,從而瀝青混合料低溫時的伸縮形變減少,在重載交通作用下形成龜裂。

2.2.5 修補

下行行車段的修補不良均源于對老路坑槽的修補處理,根據以往施工記錄發現,由于路面出現貫穿性裂縫,水分的進入與車輛荷載的反復作用使坑槽加劇。

3 路面技術狀況指標統計與評價

對K2898+000 至K2909+000 下行段行車道及超車道進行路況指標檢測及統計,所涉及路面性能指標包括路面破損指數PCI、道路行駛質量指數RQI、路面車轍深度指數RDI、抗滑性能指數SRI、路面跳車指數PBI,（由于路面結構強度指數PSSI 不參與路面技術狀況計算,后續單獨進行評定）通過相關檢測設備獲得的數據形成指標折線圖,結果見圖1、圖2。

圖1 下行行車道路面指標分布

圖2 下行超車道路面指標分布

由指標分布圖可知,路段下行車道指標中除PCI 空間波動相對較大外,其他指標差值偏小,參考《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210-2018）[3],RQI、PBI 等級劃分優等率近似100%。路段內RDI 評價等級指標為優及良,其中行車道優等占比75%,共計9km,有3km 的下行行車道車轍深度超過10mm,病害較為嚴重。超車道車轍深度指數評級均為優等。路面抗滑性能指數SRI 顯示在行車道有16.67%的路段評定等級為優,剩余83.33%的路段評定等級為良。超車道范圍有5km 定級為優,7km 定級為良,綜合評價路面抗滑性能較好。在該養護路段通過統計破損狀況檢測數據,行車道路面損壞指數PCI 評定等級為中及次,其中評定等級為中的共7km,占比58.33%,評定等級為次的共5km,占比 41.67%；下行線超車道路面損壞指數PCI 評定等級為良及中,其中評定等級為良的共3km,占比25%。評定等級為中的共9km,占比75%,路面整體損壞較為嚴重。目前我國公路性能評價使用的體系為PQI 體系,路面技術狀況指數PQI 按式（1）計算,計算結果統計于圖3。該路段隸屬新疆氣候分區Ⅵ區[4],氣候特征的強蒸發與懸殊的晝夜溫差加劇裂縫嚴重性,加之PCI 指標在各項指標中所占權重最高,因此最終通過分析PQI、PCI 等主要技術狀況指標評定路段質量等級并科學合理的制定養護方案。

圖3 下行行車道、超車道PQI 指標圖

式中：WPCI——PCI 在PQI 中所占比重；WRQI——RQI在PQI 中所占比重；WRDI——RDI 在PQI 中所占比重；WPBI——PBI 在PQI 中所占比重；WPWI——PWI 在PQI 中所占比重；WSRI——SRI 在PQI 中所占比重；WPSSI——PSSI 在PQI 中所占比重；其中路面抗滑性能指數SRI 和路面磨耗指數PWI 應二者取一,各比重取值參照表3。

表3 PQI 各分項指標權重表

4 養護方案制定及比選

在進行養護方案制定時,立足于專項調查評價所收集到的數據信息,參照《公路修復養護工程勘察設計規范》（DB65T 4181-2019）[5]的相關規定,貫徹經濟與技術并重、結構與功能統一的設計理念,確定詳細的養護設計內容[6]。由于老路路面整體結構強度較好,PSSI 各樁號評級皆定等為優等,而路面表面層破損較為嚴重,結合上述指標統計結果,按照《公路修復養護工程勘察設計規范》（DB65T 4181-2019）、《公路瀝青路面養護技術規范》（JTG 5142-2019）[7]中路面養護類型劃分及養護對策選擇原則,制定養護方案為功能型修復養護。根據行、超車道指標具體情況,考慮如下兩種處治方案,方案及適用條件見表4。

表4 比選方案及適用條件

基于上述規范,為避免方案設計前期判斷不合理的性能優劣互補情況[8],調研表面該路段的主要病害類型為裂縫類,下行行車道平均PCI 指數為71.2,超車道平均PCI 為76.5。對比直接加鋪罩面方案,銑刨加鋪罩面的做法可以利用原有路面標高,施工簡捷,工期較短,且在經濟效益的長遠角度比較,其工程造價相對較低。針對以上分析,工程適用表面層銑刨加鋪罩面的養護方案。

而對于路面結構類型選擇,制定出以下兩種可行方案,方案一為5cm 中粒式SBS 改性瀝青混凝土搭配原路面剩余完整結構層,另一方案則為4cm 細粒式SBS 改性瀝青混凝土上面層+原有剩余完整結構層,此方案雖然相較于前者造價較低,但考慮到交通量組成中重載化趨勢日益嚴峻,在選擇路面結構類型時需要求面層具備較強的抗變形能力,因此表面層采取5cm 中粒式SBS改性瀝青混凝土的罩面方案,后續工作只需進行過渡段處理來消除1cm 的高差。這樣選擇的結果可以有效地修復和預防路面面層由于變形產生的病害。根據圖1、圖2、圖3 分析知下行車道行超車道的路面破損狀況有所不同,在經濟及施工質量有所保證的前提下可以實施對超車道進行精銑刨重鋪復合封層的施工方案,但由于施工工藝較為復雜且使用年限較短,不建議對行、超車道分別處置。推薦統一對行、超車道進行銑刨重鋪罩面的施工操作。

5 總結與展望

該養護路段總體破損較為嚴重,考慮養護資金及施工規模,對路面病害進行針對局部處治已不再適用。基于《公路修復養護工程勘察設計規范》（DB65T 4181-2019）中方案決策的措施及適用條件,最終對目標路段行超車道進行表面層銑刨加鋪罩面的修復養護方案,該方案在施工質量、時間及匹配重載交通化方面存在優勢,但在方案制定考察廢料棄渣問題的前提下,該養護工程因沿線配置等客觀原因同樣存有廢料堆堵、不能有效利用、降低交通效率的缺陷,相信隨著養護技術的發展,更具潛在價值且能合理制衡環境與效益問題的綠色養護技術必將產生。