高速公路沥青路面裂缝分析与处治措施研究

刘畔

（河北省高速公路邢汾管理处，河北　邢台　054009）

高速公路沥青路面裂缝分析与处治措施研究

刘畔

（河北省高速公路邢汾管理处，河北邢台054009）

通过对裂缝类病害表征的仔细判别和成因的深度调研，分析裂缝类病害的特点；结合不同处置策略的机械、人工、材料使用费用建立多属性决策系统，对处治策略进行客观评价，并对处治策略的使用效果进行长期观察和比较，提出合理的有针对性的处治方案。

公路；裂缝；成因分析；处治策略；多属性决策系统模型

中国高速公路建成后，经历几个寒暑交替的使用便出现各种裂缝损害，严重影响路面寿命。裂缝是沥青路面出现最多的病害，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝。国内对裂缝类病害的处治方法有多种尝试，但至今尚未有裂缝类病害的成套处治指南。该文在路面精确检测数据的基础上，运用管理学中关于多决策优选的原理，结合高速公路自身的特点，对路面进行综合评价定级，进而建立基于多属性方法的路面裂缝综合养护处治系统。

1　沥青路面裂缝病害评定及成因分析

1.1裂缝调查与分析

初步划定裂缝病害的轻、中、重程度标准。某高速公路常见病害类型及程度见表1。

表1　高速公路常见病害类型

结合该高速公路路面病害特点，对JTG H20-2007《公路技术状况评定标准》中路面病害特征描述予以细化（见表2）。

1.2路面病害成因分析

在试验路段选取具有代表性的裂缝，进行路面钻芯取样，依据芯样所反映的裂缝形态进行裂缝成因分析。

（1）路面横向裂缝的发展主要归因于开槽灌缝，由于灌缝胶与槽壁的粘结丧失，导致雨水渗入路面结构进而造成破坏。另外，粘结的丧失无法阻止温度荷载的作用，从而加剧横向裂缝的发展。

（2）路面纵向裂缝的出现主要与疲劳荷载作用有关，裂缝深度均小于2 cm，与温度的荷载作用关系不大，主要属于疲劳开裂。这种裂缝通过开槽灌缝可得到有效控制。

（3）路面网裂的出现主要与疲劳荷载作用有关，也与表面层贫油有一定关系，沥青老化，导致混合料抵抗疲劳荷载的能力下降。这种裂缝通过开槽灌缝可得到有效控制。

表2　沥青路面病害定义与标准定义的差别

2　基于多属性决策的路面病害处治模型

在高速公路大中修罩面工程中，原路面裂缝的处理方法有很多，主要包括抗裂贴、玻璃纤维格栅、聚酯玻璃纤维布、条形挖补、开槽灌缝等，各种处理方式各有优劣。综合5种处治方式的生命周期、材料消耗、机械消耗、人工消耗数据，采取拉格朗日函数制定客观赋权向量，根据最小距离方法建立多属性决策系统，通过对各种处治方式的客观评价选择合适的处治方法，摒弃主观选择的弊端。

2.1多属性决策的基本原理

多属性决策主要解决具有多个属性指标的有限决策方案排序问题，决策者根据特征属性确定方案，以决策准则为前提对各方案排序。各特征属性优先程度用权系数表征，权系数的确定尤为重要。为了使多属性决策的排序结果更科学，将不同赋权法所得的权重系数按照一定的方法进行组合，通过主、客观组合赋权，使排序结果既能体现主观信息，又能体现客观信息。

2.2属性集的建立

遵照多属性决策的基本原理，建立方案集和属性集。方案集为S｛s1，s2，s3，s4，s5｝T=S｛抗裂贴，玻璃纤维格栅，聚酯玻璃纤维布，条形挖补，开槽灌缝｝T；属性集主要选择对裂缝处治方案最有影响的参数，即P｛p1，p2，p3，p4｝=P｛人工费，材料费，机械使用费，使用寿命｝。3种费用的计算可参照JTG/T B06-03-2007《公路工程机械台班费用定额》和冀交定［2010]31号《河北省高速公路小修保养和中修工程预算定额》中的相关规定进行，使用寿命可参照室内疲劳试验所计算的裂缝发展速度及实际调查所得裂缝开裂速度通过计算确定（见表3）。

2.3多属性决策目标值的建立

图1为多属性目标建立模型。

表3　多属性决策分析的属性特征值

图1　多属性目标建立模型

按照图1中的步骤对裂缝处治方式建立属性集，得：

对决策矩阵进行规范化处理，得到规范化矩阵：

按照图1所示公式计算得到加权系数矩阵：

进而计算得到各方案的目标评价值：

目标评价值的排序为d3玻璃纤维格栅>抗裂贴>开槽灌缝>条形挖补。

2.4多属性决策目标值的验证

多属性决策计算结果属于理论计算，几种裂缝处治策略的优劣还需结合实际使用情况进行验证。5种裂缝处治方法的实际使用情况如下：

（1）玻璃纤维格栅使用中难以固定，易于膨胀而不服贴，影响沥青混合料的正常摊铺和其加筋作用，适合于养护中铣刨一定深度后进行格栅铺设。

（2）抗裂贴的施工较方便，为了使抗裂贴更好地粘结，在与底层接触部位涂刷70#热沥青。但罩面层抗裂贴范围内形成2 mm左右的凹陷（见图2），这主要是由于高聚物类的抗裂贴本身材质较硬，使用时不能完全与原路面贴服，而是存在一定间隙，间隙的存在一方面会影响上层混合料的平整程度（见图3），另一方面可能会给水分进入路面结构提供内部通道。

图2　抗裂贴不服帖现象

图3　抗裂贴部位造成的路表凹陷

（3）聚酯玻璃纤维布的施工较方便，且自身便于固定。为了使聚酯玻璃纤维布更好地粘结，在与底层接触部位喷刷70#沥青。聚酯玻璃纤维布材质稍软，且自身具有吸油的特点，在喷刷沥青后，与罩面层底部的粘贴效果好，不会发生抗裂贴施工的凹凸现象，因而对行车舒适性没有影响。聚酯玻璃纤维布的粘结效果见图4。

图4　聚酯玻璃纤维布的施工效果

（4）条形挖补的成本较高，施工采用人工摊铺，容易离析，接缝处易透水，且虚铺系数不稳定，施工质量无法保证。

（5）开槽灌缝施工便利，需耗费的人工、材料、机械均最少，但其施工工艺的缺陷导致其对裂缝的抑制能力最差，进而目标评价值也较低。

综合人工、材料、机械、使用效果、使用寿命等因素，聚酯玻璃纤维布>玻璃纤维格栅>抗裂贴>开槽灌缝>条形挖补的排序符合实际情况。

3　结语

该文结合某高速公路路面病害特点，通过路面芯样采集，分析了裂缝类病害的产生原因；根据多属性决策理论，针对目前主要5种裂缝处治方式，制定了包括人工费、材料费、机械使用费、使用寿命的属性集，并计算了5种处治策略的目标值，得到聚酯玻璃纤维布>玻璃纤维格栅>抗裂贴>开槽灌缝>条形挖补，聚酯玻璃纤维布更适合处治裂缝类病害。

［1］JTG H20-2007，公路技术状况评定标准［S].

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［6］JTG/T B06-03-2007，公路工程机械台班费用定额［S].

U418.6

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1671-2668（2016）01-0141-03

2015-07-06