基于高速公路检测评价养护标准的研究

孙继川 陈祖峰

(1.唐山三友远达纤维有限公司，河北唐山 063305;2.珠海兴业绿色建筑科技股份有限公司，广东珠海 519000)

自从20世纪30年代德国波恩—科隆高速公路——世界上的第一条高速公路建成通车以来，高速公路的发展历史已有70多年。早在20世纪70年代许多发达国家都已经建成了本国各自的高速公路网，并进入了养护维修阶段。因此都具有比较先进水平的养护维修技术。近年来，欧美等发达国家已拥有十分成熟的高速公路养护技术，例如:坑槽修补技术主要是针对龟裂、坑槽、局部网裂等病害进行的修补和加强。坑槽修补技术类型较多，大致可划分为:压力喷射修补、再生修补法、常规的有热补法和逐步兴起的新型材料修补［1-5］;路面再生技术包括冷铣削重铺再生技术、冷再生技术、就地热再生技术;裂缝修补技术是采用改性沥青等灌缝材料进行修补的，在使用过程中配以热风镐、清缝机、扩缝机等小型机械，具有人力劳动强度低和机械化水平较高的特点。与此同时，许多国家在高速公路自动化补坑技术方面取得了重大的成绩［6-8］。

1 路面典型病害成因分析

根据路面损坏检测数据并结合现场勘查，各条高速公路因道路所处的环境、运营年限、交通组成、交通量大小、路面结构及材料等差异，各条道路的病害严重程度不同，主导性病害也不尽相同。下面以典型的具有代表性的病害进行病害分析。

通过对路面病害调查数据进行统计分析，高速公路沥青路面的主导损坏形式为修补损坏、网裂(伴随沉陷、唧浆)、横纵裂缝、车辙等，其他病害数量较少，程度也较轻。下文将结合现场踏勘情况和详细检测结果，对所辖高速公路沥青路面各种主导损坏类型进行综合分析，以此来判断路面损坏的成因和层位，为后续研究养护标准和养护对策提供依据。

1.1 修补损坏

路面连续修补或修补不良是调查路段最严重的病害类型之一，在石太高速表现尤为突出。其主要表现为修补块数量众多，而且有很多地方是连续修补(即俗称的“补中补”，是指修补后的路面在补块内部或补块衔接处又产生病害的一种修补损坏类型)。经调查，修补不良病害主要分为以下几类:补块龟裂、补块唧浆、补块坑槽、补块沉陷等。通过钻芯取样发现:补块龟裂主要是由于层间粘结不好，面层与基层脱开，导致面层承受较大行车荷载而破碎;补块唧浆是由于修补材料空隙率过大且新旧沥青混合料衔接处密封不良，水进入路面结构后不容易排除，在重载车辆作用下产生较大的动水压力不断冲刷基层，形成灰浆，导致补块唧浆;补块坑槽的产生主要是由于混合料级配的原因，下层沥青混合料致密而上层透水性好，水在上层向下渗透比较困难，在行车荷载的作用下，动水压力逐渐使上面层沥青从集料表面剥离，碎石被甩出，导致补块坑槽;补块沉陷主要是由于基层与沥青面层脱开，面层修补材料强度不足，下面层材料破碎导致。修补不良损坏的类型多种多样，综合分析其产生的原因，主要是修补材料的空隙率过大、新旧材料衔接不良以及层间粘结不良。路面局部修补因面积较小，且补块与原路面存在材料、结构等差异，压实及修补后的整体性能都受一定限制，极易因压实不足，在行车荷载的反复作用下形成网裂、沉陷等病害。此外，路面修补处较大空隙率给水分的进入提供了便利条件。水进入路面后，滞留在修补块与下层的交界面上，在高速行车的泵吸作用下，产生较大的动压力使基层产生冲刷进一步形成唧浆。在动水压力和孔隙水压力的反复作用下，整个修补范围内的基层粒料出现松散，并反射到面层。如此恶性循环加速了网裂、沉陷等病害的发展，严重影响了行车舒适性和路容美观。综合考虑经济、适用、耐久等原则，可以采用“坏到哪处理到哪，先挖补病害再罩面处理”的养护方案。

1.2 网裂沉陷

龟裂是指在高速公路路面局部区域范围内，产生的类似龟纹状的裂缝;龟裂的产生往往还伴随着沉陷和唧浆现象。一般情况下，龟裂是高速公路路面结构在重复荷载的不断作用下的疲劳破坏，是路面结构强度不足的体现。相互交错的裂缝是其在初期阶段表现形式，而后发展成为锐角多边形裂块。

1.3 路面车辙

路面车辙是由车辆荷载反复碾压而形成，车辙的实质是沥青路面在与时间有关的荷载因素和环境因素共同作用下产生竖直方向永久变形的积累，其表现形式是在车辆轮迹处产生的纵向带状凹槽。根据形成原因，国内外一般将路面车辙划分为4种类型:结构型车辙;流动型车辙;压密型车辙;磨耗型车辙。

在车辙较严重部位钻芯取样，发现上、下面层厚度基本不变，车辙变形主要发生在中面层，属于比较典型的流动型车辙。车辙产生的原因较多，外因包括交通荷载、路面线形、气候条件等;内因包括材料性能、级配类型、沥青用量和沥青性质等。对路面进行钻芯取样分析和相关资料调查分析后发现:

材料性能:部分面层结构的粗集料的压碎值达不到规定的要求;有些粗集料可以看到明显的裂痕，且含有较多针片状集料;小于0.075 mm的细集料含量偏多;沥青用量:通过车辙部位芯样抽提试验发现，部分面层油石比显著偏大;沥青性质:河北省高速公路建设普遍采用AH-90道路石油沥青，该类沥青针入度偏大，沥青粘度较低，在高温条件下容易产生车辙变形;交通荷载:据调查，河北省高速公路上超载车辆较为普遍，对路面的影响较大;气候条件:近两年的夏天河北省持续高温，夏季中午路表温度最高超过60℃，有时路表大于60℃的时间持续3 h～4 h，高温下产生车辙也是必然的。通过分析认为，高速公路发生车辙变形的外因是重载、超载车重复作用和渠化交通，内因是沥青混合料的高温稳定性和抗塑性变形能力差，在车辆荷载的碾压下产生横向剪切流动变形。通过在车辙位置钻芯取样证明，中、上面层抗剪强度不足是引发重度车辙变形的主要原因，但在重度车辙路段下面层也会发生不同程度的变形，而且单一发生车辙病害的路段，基层结构强度往往并不存在问题。因此，对沥青面层的治理是解决车辙问题的重点。具体而言，对于轻度或中度的路面车辙病害(车辙深度不大于15 mm)，挖补两层是至关重要的，通过多条高速公路的车辙钻芯表明，变形主要来自于中面层，而仅对表面层进行处理是不彻底的;对于深度大于15 mm的重度车辙病害，钻芯统计数据表明，车辙变形主要来自于中下面层，此时应挖除全部沥青层，重新铺筑，如此才能彻底解决问题。上述处理方法在河北省京秦、石安、保津、京沪等高速公路的车辙病害处治中都曾采用过，达到了良好的效果。

1.4 路面抗滑

路面表面的抗滑能力是由良好的微观构造、宏观构造和防止滑溜性污染3个要素构成的。目前随着交通量的增加，高速公路大量行车荷载反复作用，加剧了轮胎对路面的磨耗，露出表面碎石的沥青膜被车轮磨去，外露的碎石逐渐被磨光，摩擦系数逐渐降低，致使路表光滑路面抗滑能力不足。同时，沥青表面层被进一步压实，其表面的外露碎石相互间被压得更为致密，宏观构造深度显著减小。由前期路面技术状况检测数据分析可知，多数路段横向力系数偏低，这些路段中大都是路面破损状况指数及路面行驶质量指数较好。在方案设计时可以考虑采用微表处理来改善路面抗滑性能;而对于石太高速抗滑性能不足路段因路面技术状况指数较差可以通过其他方案一并处治。

2 养护标准的研究

2.1 各项指标对路面使用性能的影响

交通运输部现行的JTJ 073.2-2001公路沥青路面养护技术规范与JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面养护技术规范中对路面养护质量标准提出了建议值，如表1，表2所示。

表1 JTJ 073.2-2001沥青路面养护质量标准

上述养护质量标准是根据专家调查结果和我国各省市当时的路面技术状况分布情况、道路等级和养护资金确定的。

2.2 养护标准建议值

根据新的JTG H20-2007公路技术状况评定标准，路面各项指标处于优良状态时其数值应在80分以上，因此路面性能指标中对服务水平影响较大的指标如PCI，RQI等的养护标准应设置为80左右，同时考虑到高等级公路交通量较大，对服务水平要求也较高，宜采用更高的标准。路面各项性能指标对公路技术状况和路网服务水平的影响程度是不同的，因此对不同的指标应考虑采用不同的养护标准，以解决主要矛盾为首要原则。在路面的5项性能指标中，PCI和RQI是对路网服务水平影响较大的指标，应采用较高的标准，其他指标如PSSI，RDI和SRI则可以采用稍低的标准。在确定河北省高速公路路面养护标准时，主要考虑了以下一些因素:1)现有公路技术状况水平。从全国来看河北省是高速公路较为发达的省份，在历次的公路大检查中都名列前茅，目前的路网技术状况也处在较高的水平(PQI平均值为92.8)，因此需要采用较高的养护标准，继续保持较好的路网技术水平;2)交通量水平。由于河北省地处交通要道，经济较为发达，高速公路交通流量较全国平均水平大，因此应采用较高的养护标准，以维持路网较高的服务水平;3)养护目标和水平。为迎接即将到来的全国公路大检查，养护标准的设置应能保证路面大中修养护后技术状况达到预定的目标;4)路网发达省市的平均路况水平和采用的养护标准。山东省高速公路采用的PCI和RQI养护标准为90～92;浙江、北京等地区高等级公路采用的PCI和RQI养护标准为85;天津高速公路采用的PCI和RQI养护标准为85。河北省高速公路在研究标准时应该有所借鉴;5)路面各项指标对于公路技术状况和服务水平的影响程度;6)对于结构性养护需求，应采用结构强度指标PSSI和车辙指数RDI;结构强度PSSI养护标准70分以下要进行路段的结构性养护，即大修补强设计;7)一般认为当车辙深度达到20 mm，即车辙指数RDI＜60分，路面整体结构破坏，应采取改建设计，以恢复或提高其结构完好程度;8)现行规范PCI在70分以下或RQI在80以下进行路段的功能性养护，即中修罩面;而河北省的标准显然更高(主要集中在80分～90分);9)车辙专项养护治理中，统计数据较为离散，这与规范中未能明确界定车辙的严重程度有关，直接影响了车辙专项养护对策措施的研究，另外与相关的研究和其他国家对车辙的养护标准相比，河北省高速公路对车辙的养护情况更偏于行车安全(主要集中在80分～90分);10)抗滑性专项养护治理中，统计数据同样较为离散，与规范对抗滑性的要求相比，河北省高速公路对抗滑性的养护情况更偏于行车安全(主要集中在80分～90分)。

综合统计分析结果，初步确定各指标养护标准的建议范围，如表3所示。

表2 JTJ 073.1-2001水泥混凝土路面养护质量标准

表3 各养护措施的养护标准建议范围

综上所述，在进行河北省高速公路路面养护分析时，拟设定两个层级的养护标准进行比较分析，即:1)低标准;2)高标准。将养护标准划分层级的目的，旨在分析不同养护标准产生的养护需求(养护里程、投资规模)差别，为进一步研究合理的养护对策和中长期养护规划提供决策依据。

［1］张 雁.西北地区高速公路养护对策的研究［D］.南京：南京林业大学博士学位论文，2006.

［2］Lars Forssblad，Erik Sturesson.Study of different methods for potholerepair［J］.Dynapac Research，1982(5)：23-24.

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［4］Foundation for Pavement Preservation(FP2).Pavement Preventive Maintenance Guidelines［R］.Falls Chureh，A：Foundation for Pavement Preservation，2001.

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［6］DOT FHWA，Materials and Procedures for Repair of Potholes in Asphalt-Surfaced Pavements Manual of Practice(FHWA-RD-99-168)［R］.USA，1999.

［7］FHWA.Materials and Procedures for Repair of Joint Seals in Portland Cement Concrete Pavements-Manual of Practice(FHWA-RD-99-146)［R］.USA，1999.

［8］ERES Consultants.Materials and Procedures for Sealing and Filling Cracks in Asphalt-Surfaced Pavements-Manual of Practice(SHRP-H-348)［R］.1993.