高速公路沥青混凝土路面预防性养护技术

刘 辉

(上海城建养护管理有限公司，上海市200063)

0 引言

(1)高速公路预防性养护的概念

高速公路预防性养护是高速公路养护的一种新的理念，是指高速公路养护部门在高速公路路面结构良好或是路面病害发生初期，即对其进行养护，不让公路病害进一步向更深层次发展，从而延长路面使用寿命、保持公路完好率和平整度、提高道路质量、降低道路寿命成本的作业方式。

(2)预防性养护技术的特点

沥青路面在其寿命周期内可分为三个阶段:第一阶段为建成投入使用,沥青逐渐被氧化、损耗;第二阶段,沥青路面出现微小裂缝、坑槽或脱皮现象;第三阶段则是沥青路面出现较大面积裂缝,并贯通形成龟裂,最终出现结构问题。预防性养护是对沥青路面采取的一种高标准的养护方式,实质上是一种周期性的强制保养措施。其最佳时期,应在路面尚处于良好状态时即采取保护性养护措施,把病害消灭在萌芽状态,从而使路面始终处于良好的服务状态。是一种效益费用比非常良好的养护措施。

图1为某高速公路管理局的资料。在道路使用寿命达到设计年限的75%时，道路使用质量从优良状态变化为中等状态，使用质量降低约40%左右。在随后12%的使用时间内，将发生40%的质量衰减，道路损坏率急剧增加，道路使用质量处于很差的状态。若在道路处于中等状态时就进行修复，修复费用为1个单元，但若修复工作延迟，使路面使用状态达到很差的质量水平时，再进行修复所需要的费用将增加4~5倍，所以延迟养护将付出高昂代价。

(3)高速公路沥青路面预养护的宏观和微观路况指标与标准

对高速公路沥青路面状况的评价采用路面弯沉系数(SSI)、路面状况指数(PCI)、行驶质量指数(RQI)和抗滑系数(BPN或SFC)4项指标。上海市公路设施管理系统对所有的4项指标也都给出了高速公路的评价标准，见表1。

表1 上海市公路设施管理系统的路况评价指标与标准

在预养护标准的制定中，我们以上海市的路况评价标准作为基础，提出了基于PCI、SSI和RQI的上海市高速公路沥青混凝土路面预养护的宏观路况标准，见表2。

表2 上海市高速公路沥青混凝土路面预养护的宏观路况标准

(4)沥青路面预防性养护时机确定

通过大量的高速公路调查，发现技术人员的目测判断对预防性养护时机的确定作用较大。调查过程中发现，构造深度与集料的脱落存在一定的相关性，考虑各路段级配变异及混合料的离析，分析时用路段平均值来进行评定。通过数据分析发现，构造深度大小与集料脱落程度有对应性，即同一段段落构造深度越大，对应的集料脱落越严重。集料脱落轻微路段平均值在0.6mm左右；根据以往检测，沥青路面竣工时构造深度一般在0.4~0.60mm之间，特大、特小值分析应该为沥青混合料离析所致，结合路段调查结果，发现构造深度0.7mm左右为集料脱落程度的临界值。当测点构造深度在0.8mm以上，对应集料脱落严重，已经处于不利状况。综合考虑确定，当构造深度处于0.7~0.8mm时，为实施第一次预防性养护的临界时机。

调查中发现，当集料脱落继续加重，构造深度达到0.8mm甚至更大时，路表将出现大量的微裂缝，并且微裂缝有连通、加剧的趋势，这时一些粗集料也开始脱落，使得集料之间的束缚减弱，部分集料已经凌空，在一次或几次大吨位轮胎作用下可能很快就脱落，进而形成坑洞及坑槽，也加大了雨水进入引起水损坏的机会。所以，综合考虑实施微表处和薄层罩面的临界构造深度为0.8~1.0mm和大于1.0mm。

此外提出一个新指标，即轮迹带构造深度与两轮迹带中间构造深度比，简称构造深度比TDR。调查显示，行车道轮迹带受车轮的长期碾压、磨损,表面集料脱落明显较行车道中间带大，调查中TDR数据表明构造深度比均大于1。部分路况较好段，构造深度比在1.2以下，故以此为临界值。另外建议各路段建立相应的数据库资料，对比分析，建立本段的构造深度比的临界值，使该指标能够更准确地评价路面性能。

1 高速公路沥青路面破坏原因

1.1 功能性破坏

(1)局部裂缝一般是在路面使用3~5 a后发生的，其表现多是细线状裂缝。引起局部裂缝的原因可归纳为基层和路基的压实度不均匀，施工质量控制不严格，局部材料质量等问题。

(2)车辙是在道路横断面上由于车辆轮胎重复行驶久而久之产生的一种路面沉陷现象，表现为沿行车带出现横向高差，主要是由于沥青混合料级配设计不合理，稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起。另外，重载和超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。

(3)桥头跳车现象发生在桥和涵洞等构造物与路面交接的部位，是由于材料压实不均匀而产生的与构造物间的高差所致。

(4)波浪的主要原因是路面组成材料设计不合理或施工质量差，导致路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用；在纵坡段，由于高温的原因也会出现这种病害。

(5)沉陷主要是由路基压实度不足引起的，特别是在一些高填方和压实困难的半填半挖路段以及构造物两端出现。

(6)松散和剥落松散主要出现在水损坏严重的路段上，如果沥青混合料中使用了中性或酸性石料，会造成集料与沥青之间的粘附性不足，在行车荷载的作用下，集料从路面剥落，使路面形成麻面，进而可能发展成为坑槽、松散等病害。施工时混合料离析也是产生剥落的原因之一。

(7)坑槽是龟裂和松散等其他损坏进一步发展的结果。

1.2 水破坏

水损害是我国高速公路沥青路面最严重的早期损坏原因之一。其破坏特征是：沥青表层泛油并伴有严重的推移变形和车辙变形，沥青中、下面层潮湿，并出现油-石分离、松散，多发生在重车交通量较大的行车道上。水破坏的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。在其他条件都相同的情况下，上海为多雨潮湿地区，沥青路面的水破坏要比半干旱地区(特别是干旱地区)沥青路面的水破坏在数量上多得多，在速度上快得多。

网裂、形变发展成坑洞的速度也与上述诸多因素有关。网裂、形变可能在随后的一、二个雨季中发展成坑洞，也可能过更长的时间才发展成坑洞。

2 高速公路沥青路面预防性养护措施

根据上海地区预防性养护工程实践，结合其他地区实例，高速公路沥青路面预养护主要分为以下几种：

(1)雾封层和还原剂封层

此类封层是将雾状的乳化沥青或专门的再生剂喷洒在老化的沥青路面上,其目的是更新和还原表面已氧化的沥青膏体。雾封层和还原剂封层都有一些共同的特点，即施工后需要较长的时间才能开放交通。必须严格掌握单位面积的喷洒量,过多的喷洒量会在路表面形成一层薄膜而使路面丧失摩擦阻力,必要时需用铺砂的方法来改善其抗滑阻力。因此,雾封层和还原剂封层通常主要用于低交通流量、低车速的道路和停车场上。

(2)稀浆封层

稀浆封层是一种由乳化沥青、破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆状的混合物,它在拌和均匀后被摊铺到原有的沥青路面上形成一层与原路面结合牢固、具有抗磨表面结构的均匀养护层。普通稀浆封层技术与改性乳化沥青技术都是利用由级配集料、乳化沥青、填料和水所组成的混合料进行施工的,不同的是后者所采用的材料是经过严格检测筛选出来的,其中还包括高分子聚合物和其他添加剂,因而相比之下改性乳化沥青稀浆封层技术具有更多的优点。

(3)灌缝

采用人工方式进行灌缝作业，虽然操作工具简单，在一定程度上达到防止雨水渗入的效果，但加热温度不容易控制，灌缝深度很难达到要求，灌缝均匀性差，且容易将灌缝材料抛撒路面影响路容，因此目前普遍推广使用压力式灌缝机。

灌缝作业前，一般先要进行清缝后再进行灌缝，大于3mm宽的裂缝一般还需要进行开槽作业，灌缝机主要配有压力控制装置、密封材料的加热保温装置、喷枪软管加热装置和及时泵送系统等。利用这种灌缝机作业，能保证灌缝料与裂缝有良好的粘附性能，能达到灌缝标准的要求。

(4)路面热再生修补

为了节约路用材料，减少旧料对环境的污染，我国一些地区开始采用旧料的再生利用，其中沥青就地热再生利用与冷铣——厂拌再生工艺相比，减少了旧料运输费用以及厂拌连续式拌合设备等。沥青路面在使用过程中，经受着行车和各种自然因素的作用，逐渐脆硬老化，其实是旧路面材料中的沥青结合料发生了老化。主要表现为针入度减小、软化点有所上升、延度降低。沥青材料不是单体，主要是由油分、胶质、沥青质等组成。在生产作业和使用一段时间后，沥青的化学组分及性质也随之改变，以致使沥青变硬，降低粘性而产生龟裂，松散病坏(除路基和路面基层质量问题外)。厂拌热再生技术通过掺入适量的再生剂在混合料中，经过加热拌合产生物理化学反应，使旧沥青恢复路用性能(必要时增加少量新沥青)，达到路用技术要求后实现再生利用目的。

3 结语

预防性养护在国内起步晚，尚未得到充分发展，“重建设、轻养护”的思想观念根深蒂固，因此向公路管理者及其他相关人员宣传预防性养护理念成为道路养护工作者的首要任务之一。同时对于不同的路面，其破坏类型及原因各不相同，而各种养护措施的机理、工艺、应用范围及其所达到的效果各不相同，因此，选择合适的处置措施至关重要，否则，既浪费了资金，又达不到预期的效果，甚至会引起其他问题的产生。

[1]王玉顺,朱敏清.高速公路沥青路面预防性养护技术与应用[M].北京:中国建材工业出版社,2008.

[2]JTJ0 73.2-2001，公路沥青路面养护技术规范[S].

[3]JTG F40－2004，公路沥青路面施工技术规范[S]．