道路路面坑洞修復施工管理研究

王宏崗

(壺關縣交通運輸局,山西 長治 047300)

1 路面情況

1.1 某國道現場路面狀況

路面服務一段時間后,難免會產生損害狀況,不論是南下或北上車道,路面破壞的位置大多出現在第3車道,第3車道是重載車輛行駛的車道,破壞狀況多為疲勞龜裂、車轍和粒料松脫,上述路面破壞情形都可能讓路面產生弱面,下雨時經車輛行駛后,容易產生坑洞[2]。

1.2 坑洞與修補

該國道路面約8年前的坑洞破壞和補修情形,坑洞以單一或連續方式產生,施工人員往往只能短暫封閉車道,進行緊急補修。由于緊臨交通,工作危險,為減少維修次數與提升材料耐久性,從工法調整和選擇更好材料方向思考,經過8年來通過不斷調整防治對策,坑洞頻率和嚴重性,已大幅度降低。

2 坑洞修復的材料提升

2.1 改性瀝青取代傳統瀝青

管養單位現場調查結果顯示坑洞產生前,路面的破壞情形以龜裂、車轍和粒料松脫為多[3]。2014年以前,國道路面使用針入度60/70的瀝青為主,黏度大約在200 Pa·s左右,較難抵抗重車所造成上述路面破壞狀況。管養單位2014年后,開始采用改性瀝青,改性瀝青在該國道路面的使用效果顯著,有效降低車轍、減少龜裂和防止粒料松散,改性瀝青黏度在800 Pa·s以上,為傳統瀝青黏度的4倍以上,具有抵抗重車荷載,延長路面性能,減少坑洞產生機會[4]。

2.2 水泥取代石粉

瀝青混凝土一般存在5%的填充料,填充料就是通過200號篩的細粉。由于粗粒料和細粒料也都有少量的細粉,因此,實際上,大都添加2%～3%的石粉做為填充料,瀝青拌合廠往往以回收粉塵措施石粉,質量不穩[5]。水泥為良好的抗剝脫劑,添加2%～3%的水泥在瀝青混凝土中取代石粉,管養單位在2014年后,全面要求瀝青拌和廠設置水泥桶,不斷提升抗水侵害,對在降低粒料分離具有實質幫助,減少坑洞發生頻率。

2.3 多孔隙瀝青混凝土

公路管養單位鋪設多孔隙瀝青混凝土路面的路段,優先選擇車輛高速行駛的區域、需減噪路段、具備側向排水邊溝及雨天容易發生肇事的路段。鋪筑多孔隙瀝青混凝土路面前,先鋪設適當厚度的密級配調整層,增加平整性,消除刨除面積水機率;并控制縱向和橫向坡度以利排水,調整層與多孔隙瀝青混凝土緊密接合,防止水分侵入基底層或路基,保固路面結構承載力[5]。

2.4 爐渣多孔隙瀝青混凝土

該國道K35+000～K36+200間的北上路段,以爐渣替代粗粒料,在2016年鋪設改質爐渣多孔隙瀝青混凝土[6]、傳統材料多孔隙瀝青混凝土和開放級配瀝青混凝土,進行路面性能評估。爐渣多孔隙瀝青混凝土路面至今性能良好,傳統材料多孔隙瀝青混凝土和開放級配瀝青混凝土,2021年刨除重鋪。國道管養單位持續評估新材料鋪筑情形,應用在坑洞路面,以減少坑洞發生頻率。

3 施工管理

3.1 施工監督機制

公路管養單位為提升2014年度路面施工質量,成立現場考核小組,成員為5位資深路面專家。在各段進行路面整修工程期間,請監理單位提報“修補計劃書”,小組委員在各段整修工程進行時,不定期至現場及拌和廠考核施作注意事項及流程等。另請資深路面專家考核后,以段為單位提報1份施工考核情形紀錄送發監理單位及施工單位,并請監理單位將缺失改善情形,在當季路面分組會議報告。

3.2 落實駐廠機制

瀝青混凝土拌和廠完成驗廠程序及相關設備調整后,為控管瀝青混凝土混合料質量,落實駐廠機制,注意重要事項如下。

駐廠人員到廠應先查看瀝青儲存桶溫度,傳統瀝青應保持在145～150 ℃,不得太高,改性瀝青則是175～180 ℃為宜,以免瀝青提早老化。查看輸送回收料的馬達是否切除供電或煉條,斷絕回收料進入拌和鼓的可能性。生產混合料前,先排放2～3盤干料,因為前端級配偏粗且粒料溫度不穩,可利用這些材料來熱機[7]。上、下午需各作一次熱料篩分析,至少運轉20 min后才取熱斗篩分析,篩分析完成,視需要調整配合比。當料濕或濕度偏低需降產能時,應了解熱斗篩分析狀況。一般級配會變粗,嚴重時,應適度調整熱斗比例。管控瀝青用量為混合料總重4.8%以上,足夠瀝青包裹粒料,以減少坑洞。管控水泥用量,確認水泥進貨單數量,提升路面抗剝脫能力。

3.3 不等厚度刨鋪-調整縱坡和橫坡高程

傳統等厚度維修觀點,僅注重修復厚度是否與設計相符,而忽略路面不平現象系屬不均勻分布。縱使加鋪后,路面仍然可能不平整。進而遇雨天時,可能造成積水現象,再加上重車反復作用下,形成弱點產生坑洞。利用直接水平測量,選擇適縱-橫坡度設計高程,將原路面與設計面高程差,不等厚度刨鋪調整平順,控制高程,使雨水得以順利迅速排除,公路管養單位在合同中規定施工單位刨除機需具備6點自動縱橫坡調整高程,除了提升行車的平穩與舒適性,同時降低積水在路面上造成可能發生坑洞的誘發因子。

3.4 縱向接縫切割

公路管養單位為增加施工效率及提升施工質量,在K37+600～K39+000采用路面側邊切割工法。在側邊切割處進行取樣進行輪跡試驗,動穩定值從傳統工法的2 953回/mm,提升至側邊切割工法的4 933回/mm,效果顯著,降低縱向接縫發生剝脫坑洞機率。除此的外,加強滾壓溫度與時間管控,同時避免新舊斷面出現段差等不連續面,控制縱向和橫向坡度的一致性,避免水滯留在路面上。

4 維護管理

4.1 維修時機決定─刨鋪前裂縫深度確認

從現場觀察得知,疲勞龜裂處往往是后期產生坑洞的位置,當裂縫變成嚴重狀況前,應及時進行一般養護或大型養護[8]。刨鋪前應仔細確認路面裂縫深度,刨除厚度至少要大于在裂縫深度,才能有效消除危害因子存在,降低原有裂縫再次發生的機率,減少坑洞數目。鉆心位置應在整體裂縫前端、中心和后端,前后的鉆心可以明確裂縫成長方向,中心處鉆心可以判斷裂縫深度。

4.2 定期檢查及不定期檢查

由各轄區管養單位針對路面坑洞、破裂、跳動、伸縮縫損壞及其他缺失等項目,統計填報路面巡查成果,期望通過調查資料以加強坑洞修復時效及控管路面巡查資料,由各項檢測數據作綜合分析后,選擇最適當的養護工法,排定一般養護與大型養護最佳地點與時間。

4.3 路面承載力評估

瀝青混凝土路面受到材料、交通、施工、氣候環境等影響,路面狀況會逐漸改變,路面承載力可能與剛完工階段差異頗大,路面一旦損壞則需維修,建立維修及鋪筑策略應探討長期策略。公路管養單位為了解路面的結構能力以落錘式撓度儀建立路面評估方式,在評估路面結構成效上,由于不同點位的撓度值對路面、基底層及路基的反應具有相對性,措施推估路面壽命和養護方式的參考。

4.4 超載車防制措施

2010年～2019年,某國道車輛分布情形車次如表1所示,交通量為通過該地磅路段南北向車流量總和,包含小型車、大車等,比較表列各收費站車流量明顯可見2018年及2019年總過站車次明顯較2010年多,其客貨車和聯結車比例2019年比2010年約成長10.56%,同時南下及北上的車流量皆有明顯增加的趨勢。

表1 近年某國道地磅路段車流量

公路管養單位建置主線篩選式動態地磅,車輛通過時,執法照相機與動態地磅系統同時啟動,辨識車輛車號并偵測車輛總重,透過可變標志告知,可直接檢測地磅站車輛的車號,告知駕駛人是否無需入磅,入磅車輛精確量測總重,搭配執法照相機,超載車輛徑行拍照取締,屬監測取締系統防止須過磅車輛直接通過發生逃磅行為。

根據交通部相關規程試驗道路數據顯示,重車行走一次所造成的路面破壞是小型車走5 000次;尤其超載重車對路面的破壞,呈現4次級數的增加,換句話說,規定總重35 t的卡重,若重車超載至40 t,對路面的損壞將會增加(40/35)4=1.7倍,因此40 t重車走一次對路面的破壞,小型車大約要走10 000次才會有相同的路面破壞。而且重車大部分行走于第3車道,因此第3車道受到重車嚴厲的考驗,超載逃磅比例約20%,通過篩選機制,除減少回堵至主線機率,更可降低超載重車對國道造成得路面破壞。

5 近10年路面修復效果分析

表2為2010年～2019年坑洞數與該地區平均年雨量統計表,該地區2010年度平均年雨量1 970 mm,坑洞發生的數量為750個,至2017年度平均年雨量2 912 mm,坑洞發生的數量降為61個,坑洞產生機率大幅度降低,說明該公路部分2010年～2019年度雨季產生的坑洞數明顯降低,但2019年度平均年雨量2 759 mm坑洞發生的數量較為提高,通過查閱本地氣象局相關數據,2019年8月23日至29日7 d內連續大雨,平均雨量累積約1 100 mm,對比2010年全年雨量,坑洞發生的數量仍大幅降低。

表2 坑洞數與平均年雨量統計表

2010年～2019年數據分析年雨量與坑洞數關系,如圖1所示,經由線性回歸得判定系數R2為0.006 4,顯示雨量與坑洞數發生相關性較低,說明只要材料質量、施工質量,和維護管理機制策略良好,縱然大雨來襲,可以有效防治坑洞產生,公路管養單位近年使用高性能常溫瀝青混凝土,配合2012年開始持續的應用各項坑洞防制對策,對比2010年使用常溫瀝青混凝土,于連續降雨日填補坑洞后,坑洞產生及延緩重復坑洞產生的效果顯著。

圖1 降雨量與坑洞數量關系圖

6 結 論

(1)材料提升。使用改性瀝青取代傳統瀝青,提升瀝青質量,減少坑洞產生機率;采用水泥取代石粉措施防制劑,提高路面抗水侵害效果;以高性能常溫混凝土修補坑洞,延長坑洞修補的耐久性。(2)施工管控。聯合高校及科研院所,研究路面材料和施工質量的提升方法,不定期至現場及拌合場考核施作注意事項及流程等;加強滾壓溫度與時間管控,同時避免新舊斷面出現段差等不連續面,控制縱向和橫向坡度的一致性,避免水滯留在路面上;刨除機需具備6點自動縱橫坡調整高程,以利排水并提升行車平穩與舒適性。(3)維護管理。刨鋪前鉆心確認路面裂縫深度,刨除厚度超過裂縫深度,消除危害因子存在,減少坑洞數目;利用落錘式撓度儀評估鋪面承載力,作為養護方式的參考;建設主線篩選式動態地磅,防制超載車,降低超載重車造成的路面破壞。