城市道路瀝青路面病害分析與改造措施探討

■莊志福

（福州市規劃設計研究院集團有限公司，福州 350108）

瀝青路面作為一種常見的路面類型，具有施工工藝簡單、減振好、噪音低、行車舒適等優點，廣泛用于城市道路。 隨著交通量的增加，城市道路瀝青路面出現了不同程度的病害，如何進行瀝青路面改造，是城市道路改造需要解決的問題。 現以福州某主干路改造為例，探討城市道路瀝青路面改造方法。

1 項目背景

該道路位于福州市北城區， 大致呈南北走向。道路起于銅盤路，沿線經過屏山公園，分別與二環路、三環路平交，終于審知路。 道路長度約5 km，銅盤路至二環路段，雙向4 車道，車道寬度15.5 m；二環路至三環路及三環路至審知路段， 雙向6 車道，車道寬度23 m。 道路標準為城市主干道，設計車速40 km /h。

該道路是市區重要北向通道， 于2010 年完成改擴建。 原路面結構為“白改黑”瀝青混凝土路面，現狀路基較為穩定，但由于交通量較大、荷載重，各種路面病害比較嚴重。 從提高行車安全性和提升城市形象等方面考慮，需對該道路路面進行提升改造。

2 現狀調查與分析

2.1 交通量調查

根據交通量調查，該道路交通量數據見表1。

表1 各路段現狀交通量（2020 年）

由數據可知，二環路至三環路段交通量南北向不均勻，南往北的交通量占比較大，二環路至三環路段的交通量較大。道路各車型比例：小客車84%、大客車10%、大貨車2%、鉸接車4%。

2.2 交通量分析

根據瀝青路面彎沉與瀝青層層底彎拉應力計算軸載換算公式，當瀝青路面以設計彎沉值為設計指標時， 各種軸載換算成標準軸載P 的當量軸次Na如下式：

C1為軸數系數，當軸距≥3 m 時，應按1 個單獨的軸載計算，即C1=1。 當軸間距＜3 m 時，雙軸或多軸系數按C1=1+1.2（m-1）。 C2為輪組系數，單輪組為6.4，雙輪組為1.0。K 為軸載級別。Pi為各類車型軸重。

通過以下公式計算設計基準期內1 個車道的累計當量軸次。

交通量年平均增長率γ 為5%， 主干路設計準期取15 年，車道分布系數η：單向2 車道取0.65，單向3 車道取0.55。

根據計算，福飛路各段道路設計基準期內的1 個車道累計當量軸次，見表2。

表2 福飛路各路段累計當量軸次

2.3 地質調查與分析

根據地勘資料，福飛路（銅盤路至二環路）段路基地層分布從上到下分別是：1～2 m 厚雜填土、1.5～3.5 m 厚粉質粘土、5～15 m 厚殘積粘性土、>10 m 厚強風化花崗巖。 該段路基位于屏山西側，未存在軟基，地基強度高，路基穩定。

福飛路（二環路至審知路）段路基地層分布從上到下分別是：1.5～2.5 m 厚雜填土、4.7～5.1 m 厚淤泥、3～13 m 厚粉質粘土、0.5～2.6 m 厚淤泥質土、8～10 m 厚殘積粘性土、>10 m 厚強風化花崗巖。 經過多年的路基沉降和行車碾壓，路基已趨于穩定。

2.4 路面結構調查

福飛路已經過瀝青路面“白改黑”，根據路面取芯報告，福飛路（銅盤路至二環路）段路面結構層為：4 cm 厚AC-13C 細粒式瀝青混凝土+5 cm 厚AC-16C 中粒式瀝青混凝土+6 cm 厚AC-25C 粗粒式瀝青混凝土+24 cm 厚水泥混凝土路面+15 cm 厚水泥穩定碎石+20 cm 厚級配碎石。

福飛路（二環路至審知路） 段路面結構層為：4 cm 厚AC-13C 的SBS 細粒式瀝青混凝土+6 cm厚AC-16C 中粒式瀝青混凝土+7 cm 厚AC-25C 粗粒式瀝青混凝土+24 cm 厚水泥混凝土路面+20 cm厚水泥穩定碎石+20 cm 厚級配碎石。

2.5 路面病害調查及分析

通過對各路段的交通量與病害數量統計分析，福飛路3 個段落的病害情況及分析如下：（1）福飛路（銅盤路二環路）段路面病害較少，主要病害是縱橫向裂縫和磨光，裂縫成因是道路底層水泥路面出現錯臺、變形，反射到瀝青面層，導致瀝青面層出現裂縫。 道路邊緣的路面擁包病害主要原因是行道樹樹根侵入瀝青結構層導致路面隆起。 （2）福飛路（二環路至三環路）段的病害嚴重，主要病害是縱裂縫、橫裂縫、剝落、龜裂、坑槽和車轍。 病害主因是車流量大、重車多，造成路面疲勞破壞。 （3）福飛路（三環路至審知路）段路面病害較嚴重，主要病害是裂縫、剝落和車轍。 病害原因是該段道路車流量較大，重車較多。 同時由于北向出城貨車數量多且滿載，導致該路幅病害較嚴重。

2.6 路面舊路彎沉

根據舊路彎沉檢測數據，剔除局部數值較大的彎沉值，計算彎沉平均值，再根據以下公式求得彎沉代表值。

其中主干路保證率Za=1.645，S 為標準差，K1、K2和K3分別為季節影響系數、 濕度影響系數和溫度修正系數，值均取1。 舊路彎沉值匯總見表3。

表3 各路段舊路面實測彎沉值

3 路面提升改造方案

3.1 改造方案的擬定

瀝青路面提升改造的方案多種多樣，各有優缺點。 根據路面病害情況，初步擬定了5 種方案進行改造。

3.1.1 直接罩面

對瀝青路面無病害的路段，通過對舊瀝青路面清洗并干燥后，根據計算后的罩面厚度，在現狀瀝青面層上直接加鋪瀝青面層。 對于病害路段，需要對現狀路面病害進行處理后，再進行罩面。 這種罩面方式一般是用于瀝青路面的表面性能下降，為了恢復其表面層性能所采取的一種方式。

3.1.2 銑刨罩面

銑刨罩面是銑刨掉一定厚度的瀝青面層后，再加鋪新的瀝青面層。 通常用于瀝青路面老化處理或瀝青表面層病害較多的情況。

3.1.3 超薄罩面

超薄罩面指在原瀝青路面上加鋪（30±5）mm 以下厚度的瀝青混凝土面層。 罩面所用的瀝青混合料是由瀝青、粗集料、細集料、填料和纖維按一定配合比拌和而成。 超薄罩面只作為路面的罩面層，不能作為結構補強層，適用于結構強度足夠、表面狀況尚好的路面。 超薄罩面使用的路面損壞類型和程度包括：輕微不規則裂縫、輕微龜裂、輕微車轍、麻面、輕微松散、泛油和磨光等。

3.1.4 瀝青路面就地再生

瀝青路面就地再生可分為就地熱再生和就地冷再生。 就地熱再生是采用專用設備對瀝青路面就地加熱、翻松，摻入一定數量的新瀝青、新瀝青混合料、瀝青再生劑等，經熱態拌和、攤鋪、碾壓等工序，實現舊瀝青路面面層再生的技術[2]，適用于僅存在輕微表層病害的瀝青路面表層就地再生利用，是一種預防性養護。 要求原路面整體強度滿足設計要求，路面病害主要集中在路面表面層，且瀝青的25℃針入度不低于20（0.1 mm）。就地冷再生是采用就地冷再生設備，對瀝青路面進行現場銑刨后，加入水泥、碎石集料、舊瀝青材料組成混合料，經拌和、攤鋪、碾壓等工序，一次性實現瀝青路面再生的技術[3]。一般用于高等級道路的下面層及基層或低等級道路的面層。

3.1.5 挖除重建

一般應用于路面結構層整體損壞嚴重，通過瀝青路面表層處理已經無法徹底解決路面病害問題的情況，該方式能徹底解決路面結構層病害，無遺留病害問題， 是徹底解決路面病害的辦法之一，但該方式工程量較大，造價高。

3.2 改造方案比選

路面提升改造方案各有優缺點，具體見表4。

表4 各方案優缺點分析

3.3 比選結果

直接加鋪作為比較常用的瀝青路面提升改造方式，一般應用于路基強度符合要求、且路面病害修復后的路段。 超薄罩面是一種超薄瀝青混凝土磨耗層技術，主要用于高等級路面的預防性養護和輕微病害的矯正性養護。 銑刨罩面也是一般應用于瀝青面層老化和表層病害的路面罩面， 路面標高受限、無法加鋪的路段較為常用。

根據病害調查及彎沉測量，福飛路（銅盤路至二環路）段的病害以縱橫反射裂縫為主，路基狀況良好，路面平整度較好，但抗滑性能較差。 通過比選，該段路面采用高彈高粘超薄瀝青能較好地處理裂縫和抗滑問題。

福飛路（二環路至三環路）段和福飛路（三環路至審知路）段的路基狀況較差，病害較為嚴重，路面平整度較差，不適合采用超薄罩面。 由于該段瀝青面層已經使用12 年，老化較嚴重，采用熱再生工藝難以解決老化問題。 鑒于該段道路交通量較大，采用銑刨加鋪或挖除重建工藝影響交通， 且不環保。因此，該段采用病害修復后直接加鋪的方案。

4 路面病害處理

4.1 松散處理

因瀝青與石料間的粘附性不良而造成松散的，將松散部分全部挖除后， 采用4 cm 厚細粒式瀝青混凝土AC-13C 進行面層修復。 局部因基層破損、變形而造成的路面松散，采用ATB-25 進行基層處理后再進行瀝青路面修復。

4.2 坑槽處理

對于有坑槽的瀝青砼路面，按照“圓洞方補、斜洞正補“的原則，劃出所需修補坑槽的輪廓線，處理范圍為坑槽病害面積范圍以外10～15 cm，采用瀝青細粒式和中粒式瀝青混凝土進行修復。 對于坑槽較深的區域，將瀝青混合料分2 次或3 次攤鋪和壓實。

4.3 車轍修復

在公交車站、交叉口停止線前方等位置，容易因車輛剎車、啟動等原因產生車轍，應將其面層切削或銑刨后，重鋪面層。 局部因面層與基層之間的夾層不穩定而引起的車轍，應處理夾層。 對于基層強度不足、水穩定不好等原因造成的車轍，則先處置基層。

4.4 擁包處理

表面存在擁包病害的瀝青砼路面，應將上面層銑刨后再修復。 因樹根拱起引起的擁包，將現狀3層瀝青層銑刨后，挪移或切割機動車道上的表層樹根，并在樹池路緣石位置打入鋼板進行隔離，最后再進行瀝青混凝土路面修復。

4.5 龜裂處理

對于基層強度不足引起的龜裂，挖除舊路面層和基層，采用C25 水泥混凝土或ATB-25 進行基層修復后，再修復面層。 對于因路基問題等引起的嚴重龜裂，應采用注漿、換填等措施進行路基處理后再重做面層。

4.6 裂縫處理

縫寬<3 mm 時，在清除縫內泥沙等雜質后直接加鋪罩面。 縫寬≥3 mm 時，對瀝青邊緣切割后，在其兩側銑刨各50 cm 寬瀝青上面層（4 cm），用聚氨酯填縫料灌縫搗實，貼1 層抗裂貼后，重新加鋪細粒式瀝青砼面層。

4.7 網裂處理

對于瀝青路面彎沉較小的網裂病害，銑刨現狀3 層瀝青層后，用原路面結構層修復。

4.8 沉降處理

基層強度較高，輕微沉降，可通過面層厚度調整。 因基層沉降則應將沉降的部分基層加鋪后重做面層。 因路基土層含水率高、淤泥或有機質土等引起的沉降，應根據路基土層情況，采用碎石灌砂、輕質泡沫土等進行換填處理。 因路基空洞、壓實度不夠等引起的沉降，可采用注漿提高壓實度。 注漿孔為蜂窩狀布置，深度至處理層下30 cm 為宜，采用水玻璃和水泥漿進行雙液注漿，注漿參考量為170～230 kg/m2，當注漿量小于0.4 L/min 時完成注漿。 道路封閉養生2～3 d 后開放交通，注漿處理直到彎沉達到設計值為止[4]。

4.9 磨光處理

表面淺層銑刨以恢復瀝青路面表層粗糙度，再通過統一罩面，提高抗滑效果。

4.10 橋頭跳車處理

橋頭跳車主要是因為橋頭路基沉降，引起路面下沉。 對于地基穩定的橋頭沉降，可以通過面層調整來解決；具體做法為銑刨4 cm 后舊瀝青面層，采用AC-20 cm 中粒式瀝青混凝土進行調平后， 加鋪瀝青混凝土面層。 因路基不均勻沉降引起的橋頭沉降，通過注漿進行路基處理后在進行面層銑刨加鋪。

4.11 檢查井周邊網裂沉陷修復

對于檢查井周邊網裂沉陷， 考慮其碾壓困難，采用挖除沉降范圍的路面結構層后，用C20 水泥混凝土進行墊層修復后再用C30 水泥混凝土進行基層修復，最后進行瀝青面層恢復。

5 瀝青路面結構計算

5.1 復測彎沉值

為驗證病害處置效果，應進行彎沉復測，彎沉復測值見表5。

表5 各路段病害修復后路面復測彎沉值

5.2 路面當量回彈模量

根據病害修復后的復測彎沉值，計算舊路面當量回彈模量，如下式：

其中：p 為標準軸載下輪胎接地壓強，取0.7 MPa，δ 為當量圓半徑取10.65 mm，l0′舊路面計算彎沉代表值，m1彎沉值與回彈彎沉值之比取1.1，m2當量回彈模量擴大系數取1.0。 計算結果見表6。

表6 各路段修復后路面當量回彈模量

5.3 瀝青路面設計彎沉值

瀝青路面路表設計彎沉值應根據道路等級、設計基準期內累計當量軸次、面層和基層類型，按下式[5]計算確定：

其中，Ne為設計基準期內1 個車道累計當量軸次；Ac為道路等級系數， 主干路取1.0；As為面層類型系數， 瀝青混合料取1.0；Ab為基層類型系數，無機結合料類取1.0。 計算結果見表7。

表7 各路段的路表設計彎沉值

5.4 瀝青路面罩面厚度計算

通過病害修復后的舊路回彈模量值和設計彎沉，采用HPDS 路面計算軟件進行計算。 各路段加鋪厚度見表8。

表8 各路段加鋪厚度計算結果

根據交通量預測數據計算結合道路病害情況，福飛路（銅盤路至二環路）采用2.5 cm 厚高彈高粘超薄瀝青罩面，福飛路（二環路至三環路）和福飛路（三環路至審知路） 面層選用4 cm SMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料。

6 改造難點與措施

6.1 道路設計標高的控制

若舊路路面平整度較好，可以直接在路面直接加鋪同一厚度瀝青層。 但隨著車輛輪跡加深和路基不均勻沉降，路面出現凹凸不平、平整度較差，給瀝青路面罩面造成路一定的難度，為此需要詳細測量和設計。 道路進行精細的縱橫斷面測量，高程點采用水準測量儀器校準。 根據測量數據和罩面厚度，通過起終點及控制點的高程進行拉坡控制。 局部罩面厚度不足的，可通過局部銑刨來解決。 道路最小縱坡不應小于0.3%，當困難路段縱坡小于0.3%時，應設置鋸齒形偏溝或加密雨水口等排水措施。 對于沉降量較大的加鋪罩面段落，可以降低一級的設計速度控制最小坡長， 且應滿足相鄰縱坡差不大于5%的要求。

6.2 路緣石高度不足的解決措施

城市道路人行道內側路緣石一般高出路面邊緣10～20 cm。 隨著路面加鋪，路緣石外露高度不滿足要求。 因此，結合人行道的提升改造，將路緣石拔高。 但受周邊建筑地坪標高限制的人行道段落，無法拔高路緣石。 針對路面罩面與路緣石外露高度相矛盾的問題，提出了不等厚銑刨罩面的措施，即機動車道直接罩面，外側非機動車道采用不等厚銑刨后再罩面，內、外側車道采用不同路拱橫坡（圖1）。

圖1 不等厚銑刨罩面示意圖

6.3 橋面改造措施

為了解決橋面病害，改造其技術狀況，需對其進行橋面改造。 橋面改造有3 個難點，分別是橋梁結構承載力風險、橋梁護欄凈高控制和橋面鋪裝銑刨深度制約。 從橋梁結構安全方面考慮，需要進行橋梁承載力驗算，計算加鋪罩面厚度對橋梁跨中截面承載能力的影響。 從護欄凈高方面考慮，宜根據欄桿高度，盡量選擇不加高或薄層加鋪的方式，比如銑刨罩面或超薄罩面。 從橋面鋪裝結構安全考慮，采用銑刨罩面時，銑刨厚度不應破壞鋼筋混凝土鋪裝層。 對于老橋，橋面改造前還應對其進行橋梁檢測，選擇不影響橋梁結構安全的橋面改造方式。 而對于危橋，宜加固橋梁后再進行橋面改造。

6.4 積水問題的解決措施

部分道路加鋪在瀝青罩面之前排水順暢，但加鋪罩面后出現局部積水問題。 究其原因是加鋪罩面后調整了原路面的坡度和低點位置。 因此，在罩面縱坡拉坡和平交設計時應確保道路的低點位置有排水設施，否則應進行增設或調整坡度。

7 結語

城市道路瀝青路面改造應充分收集交通和地質資料，根據病害等情況擬定初步改造方案，經過方案比選擬定最優方案， 再通過計算確定罩面厚度。 本項目經過詳細設計，解決路面改造的難點，使得改造后的路面整體強度和平整度都有了較大提高。 通過本次瀝青路面改造實踐，總結出以下幾點經驗：（1）分析路面病害成因，判斷路面綜合狀況，分段選擇合適的改造措施；（2）應根據彎沉測量數據結合現場病害情況，采取相應的病害處理措施；（3）路面提升改造前必須進行嚴格的路面病害處理，復測彎沉值達到要求后方可進行路面罩面；（4）因路基損壞導致的路面病害應先進行路基處理再進行路面病害處置；（5）路面提升改造應進行多方案比選，選擇合適的路面提升改造方案。