运营22年贵清一级公路路面维修特点研究

刘 克，徐 福，杨 波，詹成根

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)



运营22年贵清一级公路路面维修特点研究

刘 克，徐 福，杨 波，詹成根

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)

依托2013年维修工程调研了贵清公路的交通荷载、气候条件、路面结构、病害类型及分布，总结了维修工程的方案、筑路材料以及质量、安全和进度。研究表明：长期维护施工使路面结构复杂化，路面总厚度较原设计增加超过10.5 cm；重车分布主导了贵清公路的病害分布，而路基干湿状况对局部病害面积有控制性作用；二灰碎石基层强度丧失与路基潮湿是贵清公路路面病害的直接内因；路基病害位置的路面补强寿命较短，维修质量与维修投入的矛盾决定维修工程的寿命；维修施工的混合料开放式降温历时较长，料温设计矛盾突出，建议添加温拌剂。

道路工程；长期使用性能；路况调查；养护；沥青混合料

实体工程包含着丰富而有价值的信息，实体工程研究一直是路面科研的重要方法。目前，中国面临大规模的路面维护任务[1]，长期服役后的山区高等级公路路面状况如何，病害有何特点，维修工程又面临哪些问题是路面养护工作者需要关注的内容，其答案只能来源于实体工程调查和分析。

贵阳至清镇一级公路(后称贵清公路)是贵州省第1条山区高等级公路[2-3]，运营已达22年，其现存问题具有一定先导性和代表性，笔者将依托2013年维修工程对上述问题进行调查、记录和研究。

贵清公路全长24 km，双向4车道，设计车速60 km/h，设计路面结构为：6.5 cm中粒式沥青混凝土+10 cm沥青碎石+20～42 cm二灰碎石+15 cm填隙碎石，其中K14+000以前路段“二灰”为石灰、粉煤灰，K14+000～K24+000为电石灰、粉煤灰[4]。1991年通车后分别在1996年、2001年、2005年和2008年进行过4次较为全面的路面维修，但各次均以表面病害处理为主，仅对局部病害严重的路段进行了浅层的基层处治。2008年维修后加铺了5 cm改性沥青AC-13，于2009年7月完工。目前贵清公路路面存在大量裂缝和沉陷病害。

1 交通与气候特点

1.1 交通量分布

采用人工现场观测法对交通量和车辆类型进行调查，结果见表1。

表1 交通量调查结果

货车比例为大、小货车及拖、挂车数量之和除以交通量，重车比例为大货车及拖、挂车数量之和除以交通量。数据表明：全线清镇方向的交通量大于贵阳方向，特别是贵阳—金华路段清镇方向的小时交通量接近贵阳方向的2倍；贵阳—金华路段贵阳方向的重车比例较大，而金华—清镇路段清镇方向的重车比例较大。

通过咨询收费站工作人员，了解到目前金关(贵阳)收费站24 h交通量变化在10 000～15 000辆，金华收费站24 h交通量变化在1 000～2 500辆，东门桥(清镇)收费站24 h交通量变化在4 000～5 000辆。综合以上信息可以判断：贵清公路全线K5～K14为重载交通路段，相对而言，该路段贵阳方向轴载较重，清镇方向轴次较多。

1.2 交通荷载组成

利用收费站动态称重系统，在金关收费站(2013-09-29T10:45—12:45，晴)对贵阳方向的货车(大、小货车及拖、挂车)轴型、总重进行了调查。货车按轴型组成分类，单轴(每侧单轮)、单轴(每侧双轮)、双联轴(每侧单轮)、双联轴(每侧双轮)、三联轴(每侧双轮)分别用“1，2，3，5，7”代表，例如“157”表示前轴单轴单轮、中轴双联轴双轮、后轴三联轴双轮的货车。图1为各类型货车数量与货车总数的百分比，可见“12”，“115”，“157”及“15”轴型组成的货车最多；图2为这4种货车的总质量分布图，“12，115，157”型货车的总质量明显具有“双峰分布”的特点，分别代表空载与满载情况，“15”型货车总重分布为单峰形态可能是因样本较少或是装载较轻。利用这些数量并结合货车轴荷分配资料，可大致了解贵清路的轴载情况。

图1 贵清公路货车类型分布Fig.1 Freight type distribution of Gui-Qing highway

图2 贵清公路车辆总重分布Fig.2 Gross weight distribution of Gui-Qing highway

1.3 气候条件

贵清公路位于贵阳市内，年平均气温15.3 ℃，年极端最高温度35.1 ℃，夏季平均温度23.2 ℃，最高温度平均变化在25～28 ℃。在最热的7月下旬平均气温23.7 ℃，近5年全年最高温度>30 ℃的平均日数35.8 d，>35 ℃的天数0.3 d。最冷的1月上旬平均气温4.6 ℃，年极端最低温度-7.3 ℃。贵阳年平均总降水量1 129.5 mm，其中夏季降水量占44%，夜间降水量占70%[5-6]。年平均相对湿度78%，年降雪日数平均11.3 d。紫外线强度在中午短时达4级，其余时间为弱或很弱，年平均阴天日数235.1 d，年平均日照时数1 148.3 h。

根据沥青混合料气候分区表[7]，贵清公路处于夏热冬温潮湿区，应考虑路面水稳定性。根据沥青路面水损害分区方案[8]，贵清公路处于IB区不受冻融循环的影响，主要应考虑路面的湿热稳定性，这与该地区常见水损害现象相符[9]。根据紫外线强度和日照数据，材料光照老化风险较低。根据逐小时气象资料(中国天气网)，维修作业时段现场风力常为2～3级，因此须注意混合料保温。

2 本次维修前的路面结构

开挖路面后测量其断面得到表2中的路面结构数据。可以看到经历多次维修的贵清公路路面结构已十分复杂，基层包括二灰碎石、二灰碎石+水稳碎石、二灰碎石+水泥混凝土3种类型。沥青混凝土面层厚度变化较大，除含水泥混凝土基层位置外，沥青面层厚度有所增加。路面总厚度一般为60～72 cm，最厚达到96 cm，较原设计路面厚度至少增加了10.5 cm。

表2 路面结构调查结果

3 病害分布、类型及原因分析

3.1 病害分布

2013-05-24—2013-05-26，以人工徒步巡视方式对路面病害进行调查，逐一确定病害的处治范围及方案，并进行标记、编号。初步拟定表观轻微病害作浅表处治，铣刨深度5 cm；表观严重病害作深层处治，铣刨深度12～36 cm。实际铣刨深度以揭开上层后的下层顶面情况再确定。将实施的维修面积进行统计，图3为各路段浅层处治+深层处治的总面积，图4为深层处治面积。

图3 维修面积分布Fig.3 Distribution of maintenance area

图4 深层维修面积分布Fig.4 Distribution of deep maintenance area

统计数据表明：

1)同一行车方向的主车道病害面积大于超车道，主、超车道病害面积差异的分布有明显规律。例如在贵阳方向，K12(即K12+000～K13+000，后同)、K17的主、超车道病害面积差异最大，达到2 940.0，2 927.0 m2；其次是K23，K16，分别为2 227.3，2 152.5 m2；主、超车道差异最小的是K22为592.0 m2。其它7 km维修面积差异相当，差异变化在1 168.0～1 784.5 m2。K22受东门桥收费站出入口影响，主、超车道交通量差异减少因而病害面积差异明显减少。K14的金华收费站下道车辆很少，K14又只接下道匝道，因此主、超车道病害面积差异与正常路段相当。K21～K15交通量是相同的，可以认为该段落内主、超车道之间的交通量分配基本无变化，因此除K17外主、超车道病害面积差异保持稳定。K17全段为“零填挖”路基，路侧农田水位与路表高差很小并且边沟长期堵塞，造成位于外侧的主车道病害面积进一步增大。

2)K14和K17为病害最为严重的段落。K14为路床渗水，二灰碎石基层细集料缺失；K17贵阳方向外侧农田水位较高，加之边沟堵塞导致路基潮湿。

3)贵阳方向病害面积总体大于清镇方向，这与交通量分布相反。排除K17附近路基水毁段后，K15～K21段(金华—清镇)清镇方向的深层维修面积大于贵阳方向，而K14～K12段(金华—贵阳)仍然是贵阳方向病害面积更大，说明病害分布(特别是深层维修的病害分布)与重车分布有较好的对应关系。以上分析表明，贵清公路路面病害分布受重车分布主导，而路基干湿状况对局部段落的病害程度起控制性作用。

3.2 病害描述

3.2.1 轮迹带病害

该类病害占全路病害总面积的90%以上，主要形态是纵缝主导的网裂〔图5(a)〕。对不同病害程度部位观察可以发现，其初期有平行的几条短横缝或龟裂，也有纵向单缝或平行的几条纵缝，然后逐步发展为纵缝主导的网裂，病害严重的部位形成了辙槽或沉陷，少数部位发展为坑槽〔图(5b)〕。

受路面横坡及外侧路基稳定性影响，主车道的外侧轮迹带破坏面积远大于内侧轮迹带。受轮迹分布、弯道超高及下承层模量影响，部分平曲线、填挖结合路段的裂缝只出现在超车道，而裂缝从主车道过渡至超车道的过渡段长度为4～12 m，极少数路段两个车道同时存在裂缝。据业主叙述，部分裂缝经过灌缝处理后没有继续发展。

3.2.2 基层病害

从面层铣刨后的基层顶面和全厚挖除的断面观察发现，二灰碎石基层整体松散〔图5(c)〕，无抗拉强度，混合料潮湿并缺失细集料，渗水路段的二灰碎石几乎只剩下大粒径粒料并成为主要的渗流通道。水泥稳定碎石基层病害主要是网裂与块状龟裂〔图5(d)〕，其次为单一纵缝，局部挤浆，浆体为灰绿色或黄色；水泥混凝土基层病害包括横向与斜向的断板。

3.2.3 面层变形

路面出现连续辙槽和推移的路段是贵阳方向K13～K14，沥青面层向外侧推移明显，最大辙槽深处超过6 cm，其余路段主车道零星分布有少量面层变形。贵阳方向K13～K14病害原因除了重车比例较大和基层渗水破坏，金华匝道口与主线车辆冲突点恰好位于路线纵坡起坡点(上坡)，爬坡车辆车速较低也一个重要因素。

图5 贵清公路路面病害形态Fig.5 Pavement disease morphology of Gui-Qing highway

3.2.4 路基病害

贵阳方向K22+500(路基填高约3 m)为54 m长纵向错台〔图5(e)〕，错台高度1 cm，裂缝宽度1～2 cm，深度约10 cm。2010年4月对错台主车道开挖40～45 cm深后发现，其二灰碎石底基层底部裂缝宽4～5 cm并继续向下延伸，浇筑30 cm厚水泥混凝土进行补强后该处2年内再次出现路面错台。错台原因为路堤侧滑或地基沉陷。贵阳方向K17～K18主车道路面反复出现较严重的网裂和沉陷，主要是路侧水田及边沟堵塞引起的路基潮湿所致。贵阳方向K13+700～K14+300路基开挖后多处有渗水，其中K13+700～K14+000为路堤段，渗水来源于K13+600路侧山体，沿路基和二灰碎石基层纵向渗流而来；K14+000～K14+300为“零填挖”段，路基水来源可能还包括横向路侧渗水。该处虽在2009年8月进行主车道基层补强(25 cm水泥混凝土+5 cm改性沥青AC-13)，但仍在2年内出现较严重的病害。

3.2.5 构造深度不足

表面层虽采用玄武岩粗集料，但细集料大都为白云质灰岩，强度较低易磨耗，混合料设计级配偏细，而细集料又多为不太规格的0～5 mm，4.75 mm以上含量较多，加上用料管控问题最终导致路面构造深度下降较快。

3.2.6 桥头搭极处裂缝

工程范围内中、小桥桥头搭板处均有不同程度的路面横向裂缝，病害严重位置出现网裂和沉降，横向裂缝产生于搭板与桥台连接位置以及搭板与路面基层接缝位置的。

4 维修方案

考虑有限维修资金和减少交通影响，为最大程度改善通行质量，本次维修工程力求恢复全线表层破损并进行局部深层处治，具体方案由业主现场确定。

4.1 局部维修

多年没有发展或发展缓慢的稳定裂缝暂不作处理；零星分布且缝宽、面积较小的裂缝采用自黏式贴缝条处理；零星分布的小面积坑凼，先人工凿除后回填热拌混合料，振动夯实再贴贴缝条。

4.2 面层维修

连续、大面积病害且未出现翻浆时，采用机械铣刨5 cm或12 cm厚，具体由业主确定。铣刨后人工凿出弧线横向端头，人工除渣。铣刨5 cm时摊铺回填5 cm改性沥青AC-13；铣刨12 cm时摊铺回填5 cm改性沥青AC-13和7 cmAC-20，纵向不错缝但横向错缝。黏层为人工撒布乳化沥青，设计用量0.3～0.5 kg/m2。压实完成后贴自黏式贴缝条封闭施工缝。在部分铣刨后发现基层或下层顶面有裂缝的，先铺设土工格栅在回填沥青混合料〔图6(a)〕。

图6 贵清公路病害处治Fig.6 Disease treatment of Gui-Qing highway

4.3 基层维修

反复维修的严重网裂、沉陷，或是出现翻浆的路段，维修厚度18 cm或30 cm。面层回填同前所述，基层采用1层或2层ATB-25回填。

4.4 路基维修

贵阳方向K13+600～K13+900路基渗水段的主车道设置横向排水路面盲沟共21道〔图6(b)〕，间距6～22 m。盲沟厚80 cm，宽50cm，沟顶位于路面基层内部，沟底位于路床内部，具体位置由渗水情况判定。盲沟沟底为8 cm厚细粒式水泥混凝土，内部为坎嵌牢固的手摆片石，沟壁及沟顶包裹土工布。沟顶至路表分层回填沥青混合料并压实，最后用贴缝条封闭路表施工缝。渗水量较大的K13+600～K13+700盲沟间距缩短为6～8 m，并在路面下设置碎石垫层与盲沟联通〔图6(c)〕。较常见的边沟沟底盲沟而言，路面盲沟具有排水效果好、易于施工作业等优点，但路面盲沟可能会使其顶部路面出现反射裂缝和沉陷。贵阳方向K22+500的路面错台，主车道作12 cm面层维修，超车道路面挖除深度50～70 cm，分2层浇筑钢筋混凝土，养生后铺筑12 cm沥青混凝土。贵阳方向K23+100因岩质边坡碎屑堵塞的边沟作人工清淤和修砌。

4.5 桥头搭板维修

挖除沥青层、混凝土搭板及台背土，深度35～40 cm，浇筑钢筋混凝土增加搭板厚度至40 cm左右，搭板增长至4～5 m〔图6(d)〕。

5 筑路材料

AC-13表面层采用SBS改性沥青和玄武岩粗集料。改性沥青进场抽样的5 ℃延度均值20.2 cm，25 ℃针入度40～53(0.1 mm)，软化点均值70.1 ℃。玄武岩集料规格为S10，S12，受生产工艺影响，下限筛孔通过率偏大。S15石灰岩细集料受原石材质影响，前期外观偏黄，0.075～0.3 mm粒径的颗粒含量偏少。

施工过程中，对沥青混合料进行了逐日离心抽提试验，按标定试验结果对原始数据进行修正后，统计如表3。

表3 沥青混合料组成统计

表3表明：AC-13，AC-20的4.75 mm筛孔通过率均值均大于规范中值，属于悬浮型级配；受测试方法精密度的影响，油石比、0.075 mm筛孔通过率的变异性较大，但其均值接近设计值；AC-13，AC-20级配粗集料均偏细，而细集料均偏粗。从材料组成上看，悬浮型级配相对容易压实，抗渗性好，特别适用于路面修补、刮风等工况。受S15集料的影响，两种混合料0.075～1.18 mm含量偏少，因此沥青混凝土孔隙结构将具有细而密的特点。按施工日顺序统计，AC-13关键筛孔通过率见图7。AC-25施工面积很少统计数据代表性不足，因而仅给出均值。

图7 AC-13关键筛孔通过率统计Fig.7 Key sieve passing rate statistics of AC-13

沥青混合料的马歇尔试验直接在拌和站取样，击实温度变化在155～164 ℃，双面各击实75次。图8是AC-13的表干密度及马歇尔稳定度，按施工日顺序进行统计(稳定度除以5后与密度置于同一图内以便于比较)。

图8 AC-13表干密度与稳定度统计Fig.8 Bulk density and Marshall stability statistics of AC-13

图8显示：两项指标具有一定相关性，都是随施工日增加而增长并在后期略有下降，说明后期沥青混合料的质量优于前期，由图7可见，主要原因是0.075～2.36 mm粒级含量逐渐增加，混合料密实性提高。虽然减少2.36～4.75 mm含量可以实现更好的效果，但这将导致溢料增加而未采用。施工初期稳定度最低10.8 kN说明沥青混合料在湿热环境下的稳定性具有一定保障。马歇尔密度偏低主要与混合料0.075～0.3 mm粒料含量偏少有关，相应地通过加强现场压实予以弥补。

6 施工安全、质量与进度

为减少维修施工对现有交通的影响，本项目采用单车道逐段封闭施工。贵清公路无连续的紧急停车道，单幅主车道+超车道路面净宽仅7.5 m。为降低安全风险，施工时采取限制铣刨进度措施以缩短封闭段长度。在维修面积较为密集的主车道，实际封闭长度变化在1.2～2.8 km。在维修面积较分散的超车道，采用“封闭+完全开放+封闭+…”的跳跃式封闭方案，使被拥堵在超限、超重车后的车流能够在开放段超车，总封闭长度<5 km。现场作业一般安排在09:00—18:00避开车流高峰时段，不进行夜间施工。此外，还采取了增派安全协勤指挥施工车辆出入封闭段，加强安全巡视，规范临时安全设施等措施。实践证明以上措施有效缓和了维修工程与交通流的矛盾，并实现单车道封闭维修施工的零伤亡。

维修工程采购了安顺市某公司的商品沥青混合料，生产设备为意玛4000型拌和楼，平均运距60 km。拌和站一般07:30—09:00发料，运输时间2.0～2.5 h，17:00～18:00结束摊铺。因此混合料的延迟时间为4～9 h，料温偏高时有老化风险。现场10:30左右开始摊铺，即摊铺时间约7 h，按日产量均值计算平均摊铺速度37.3 t/h，间接反映了在摊铺过程中混合料开放式降温历时较长。实测数据表明，AC-13摊铺温度主要变化于160～175 ℃，但气温偏低或拌和楼异常时料温偶尔偏高，在个别小尺寸修补较密集或修补坑槽距离较远时有料温偏低的情况。摊铺作业日的日最高气温变化范围15～31 ℃，摊铺作业最低气温13 ℃；摊铺作业日的日最大风力变化范围2～4级，其中2级风占36.8%，3级风占57.9%，4级风占5.3%(气象资料来源于中国天气网清镇市逐小时实况数据)。

维修坑槽设计宽度为2.0，3.5 m两种，2.0 m宽坑槽人工摊铺，3.5 m坑槽机械摊铺。5 cmAC-13松铺系数1.2，7 cmAC-20松铺系数1.25，初压采用1台12 t双钢轮压路机弱振2遍，再用26 t“前4后5”胶轮复压5～8遍。考虑交通后续压实作用，修补范围较周边路面高约1.5 cm，修补范围内3 m直尺平整度变化在0.8～4.2 mm，均值2.0 mm。除坑槽接头位置人工补料造成混合料偏粗以及材料波动造成的少量油斑外，压实完成的沥青混凝土外观离析程度较轻。实测路表渗水系数变化在88～148 mL/min，均值107 mL/min。

维修施工从2013-06-13—10-16共计122 d，其中铣刨作业67 d，占54.9%，混合料铺筑作业62 d，占50.8%，降雨天数36 d，占29.5%。窝工原因包括交通保畅(共16 d)、质量争议(共10 d)、降雨及拌和楼故障，原材料储量不足以及混合料运输不畅也造成数日窝工。影响现场作业速度的主要因素包括：作业面狭窄，雨后坑槽排水及吹干，运输时间长与不能夜间施工限制了连续作业时间，人工除渣与清扫效率低，小面积坑槽较多造成机械化作业不连续和人工作业，AC-13与AC-20夹杂摊铺造成设备转场频繁，交通保畅的清场造成前后数日不能流水作业。

7 结 语

贵清公路病害分布与重车分布相同，与总交通量分布无明显联系。路基干湿状况对局部路段的病害程度有控制性作用。

长期服役的贵清公路二灰碎石基层整体松散，有水参与时二灰碎石基层细集料缺失，成为透水层，浅层处治或薄层加铺的维护工程寿命较短。水泥稳定碎石和水泥混凝土基层病害表现为承载力不足造成的纵向裂缝、网裂和断板。因此路面设计重心应偏向于提高基层的承载力和水稳定性，推荐用大厚度的新水泥稳定碎石CBG-25作为新建或大面积维修的基层材料。

长期服役的山区公路路基、台背等深层次病害逐渐暴露，维修作业与交通保畅的矛盾突出。作业占地面积小、速度快的路基检测、维修及新材料需求明显。

长期维护施工使路面结构复杂化，路面总厚度较原设计增加10.5 cm以上。建议建立路面工程数据库以便后续维修设计和施工。复杂的路面结构不利于材料循环利用，因此维修方案宜尽量与原结构相符。

小范围内不同类型混合料交叉作业会影响施工的连续性和进度，维修设计宜尽量使同一施工段只采用一种混合料。建议研究全厚式的细粒式沥青混凝土路用性能，以期用于填补零星分布的大厚度铣刨坑槽。

维修施工时混合料的总延迟时间与开放式降温历时都较长，混合料温度偏高时会因较长的延迟时间而老化，混合料温度偏低时会因开放式降温历时较长而不易压实，料温设计矛盾突出。建议采用温拌剂。

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Characteristics of Asphalt Pavement and Maintenance of Guiyang Qingzhen First Class Highway after 22 Years Operation

Liu Ke, Xu Fu, Yang Bo, Zhan Chenggen

(Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineering Co. Ltd., Chongqing 401336, China)

The traffic loads, weather condition, pavement structure, type and distribution of disease, maintenance design, paving materials, quality, safety and progress were surveyed, which relied on 2013 Gui-Qing highway maintenance engineering. Results showed that pavement structure became complex after long-term maintenance and its total thickness increased more than 10.5cm compared with the original design. The distribution of heavy vehicles dominated the distribution of the disease, and wet and dry conditions of subgrade controlled the quantity of disease area. Fly-ash macadam strength loss and subgrade moisture was the direct internal factor of Gui-Qing highway disease. Reinforce pavement upon deep subgrade disease had a shorter life. Contradiction between maintenance investment and maintenance quality decided the life of maintenance works. Open cooling of mixture lasts longer in maintenance engineering, and contradictions of mixture temperature design was prominent, which could be solved by adding warm mix agent.

highway engineering; long-term performance; pavement condition investigation; maintenance; asphalt mixture

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.05.14

2013-12-10；

2014-07-06

刘 克(1983—)，男，重庆人，工程师，硕士，主要从事路基路面工程方面的研究。E-mail:liuke20027@163.com。

U416.217

A

1674-0696(2015)05-069-06