倒装式沥青混凝土路面病害检测与分析

■魏 振

(福建省交通科学技术研究所，福州 350004)

1 项目概况

1.1 路面结构和材料

倒装式沥青混凝土路面结构，即在半刚性基层上设置级配碎石和沥青稳定碎石层的新型沥青路面结构，从下面层至上面层，混合料的最大公称粒径递减，小粒径集料层位于上面层。该路面结构具有良好的高温、密实性，其黏结防水层具有较高的拉拔强度，可有效避免沥青混凝土层在车辆荷载作用下的剪切推移破坏。福建西部某高速公路即采用该路面结构形式，该路段路面结构设计总厚度72cm，自上而下分别是4.5cmAC-16C改性沥青混凝土，5.5cmAC-20C改性沥青混凝土，15cmATB-25沥青稳定碎石，16cm级配碎石，1cm沥青封层，30cm 3%的水泥稳定碎石。沥青路面上下面层采用SBS改性沥青，ATB-25柔性基层采用70号沥青。通车5年后，现该路段出现坑槽，裂缝及路表沥青膜脱落等病害现象。其中连续坑槽以K266～290双向区间最为密集，路表沥青膜脱落主要位于BK267的下坡段等。

1.2 地理气候环境及交通量情况

本区气候属亚热带季风气候，受季风影响，温和潮湿、雨量充沛、四季分明。春季阴寒细雨连绵，夏季炎热多大雨，秋季晴朗多雷阵雨，冬季寒冷有霜冻，山区多见积雪。

设计时本路段竣工通车第一年标准轴载（BZZ-100）双向平均当量轴次为2367次/日，设计年限15年内的交通量年平均增长8.6%，一个车道累计当量轴次为1376万次，属于重交通等级。

1.3 路面主要问题

经实地勘查，现阶段该高速公路存在的主要问题分为三类。

（1）局部长段出现连续坑槽，大部分坑槽处已经修补。但雨后在部分路段两条轮迹带的位置仍可见连续的点状泛白，泛白处多为网裂，如图1所示。随着行车碾压及时间的推移，泛白处出现松散掉粒直至发展成坑槽。

（2）轮迹带出现连续的带状网裂，网裂处沥青混合料较松散。如BK225处一个隧道进口位置前方约数百米出现此类病害，见图2。

图1 路面轮迹带连续泛白

图2 轮迹带带状网裂

（3）路表沥青膜脱落、石料颜色裸露。石料表面的沥青膜完全脱落，面层石料颜色多样，但表面平整密实，局部少量轻微裂缝，未见坑槽等严重病害，如图3。

图3 表面沥青膜剥落

2 路面检测分析

根据病害分类，在进行现场检测前预先由专业的检测人员到路面现场进行徒步选点，遵循“病害典型、位置典型、分布合理”的原则，大致确定探坑、取芯、部分渗水及弯沉的点位。

2.1 路面裂缝现场开挖分析

为了解该段沥青路面裂缝病害的发展规律，查清不同型式裂缝产生的原因，现场检测一共择取5处典型病害位置进行探坑，选取了纵向裂缝病害较为严重的BK273+340高填方段、AK272+050半填半挖段 （含弯道及上坡路段）和AK279+950挖方上坡道位置进行了路面开挖检测，开挖的厚度范围包括上面层、下面层，开挖宽度为沿裂缝两侧各50 cm左右，长度约5 m左右，开挖形状呈槽型阶级状断面，两个位置开挖的具体状况如表 1所示。

表1 路面开挖情况表

从探坑的整体情况看，除唧浆处的基层受水浸泡发生水损坏，路面基层完整性保持较好，尽管路表已经龟裂，但下面层基路面基层未见明显病害。多数病害属于自上而下的浅表功能性损坏，而非自下而上的深层结构性损坏。

针对该路段路面病害调查及探坑情况，具体分述如下：

（1）对于沥青老化、疲劳开裂、层间脱粘现象，分析施工过程每台班前几车出料温度过高，造成沥青早期老化。运营过程中由于长时间高温老化及紫外光的氧化、车辆轴载作用下，加速沥青老化，石料的粘结强度大幅下降，造成疲劳开裂，层间脱落。

（2）半填半挖段裂缝处路面病害主要由于不均匀沉降出现裂缝，长时间降水及刹车水从裂缝进入沥青路面结构内部使沥青粘附性减小，由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，长期接触下沥青会从集料表面剥落，加上行车荷载的影响会使水产生流动，在动力水的反复作用下沥青膜逐渐脱落，混合料变的松散，直至发生唧浆、坑槽等水损害。

（3）高速公路施工控制水平对路面早期水损害有一定的影响。努力提高路面的施工控制水平和养护管理水平将有利于路面使用寿命和服务性的提高。特别是由于施工导致的沥青混合料的离析、压实度不足、层间连接不良等问题。

（4）该地区常年暴雨、台风现象频繁，导致沥青路面瞬时雨量大，而沥青路面瞬时排水能力往往达不到要求。加之中央分隔带为绿化带，具有蓄水功能，晴天时水流向路面水位低的位置，排水不畅导致水损破坏。

综合以上可以看到要解决该地区高速公路沥青路面裂缝问题，必须从施工控制、预防沉降、施工工艺、路面结构排水设计等几个方面进行研究改善，从根本上解决路面裂缝导致的水损害现象。

2.2 路面现场芯样分析

根据方案选点取芯12处，每处取芯时在病害周边或前后附近表面完好处钻分别尝试钻取全厚芯样。从现场取芯的情况看，下面层与ATB层基本脱落导致ATB层芯样无法取出，也有少部分的上下面层发生脱落，38个取芯位置仅取出7个完整的全厚芯样，比例仅15.8%。可见，层间粘结差是该路的一个重要特征。层间脱粘导致路面结构层无法发挥整体的受力，表层或者上下两层承载的各项应力增大，加速表层沥青路面的损坏。

通过现场调查、数据统计和相关检测试验，总结出该地区高速公路沥青路面的粘结性差原因如下：

（1）混合料出场时的不均匀性，部分混合料离析严重。

（2）夏季炎热，路面温度较高，沥青软化点相对偏低，荷载作用下容易发生变形。

（3）重载交通作用下，处于粘稠状态的沥青易发生“振浆”现象。

（4）集料与沥青的粘附性不足，沥青容易剥落，流动。

综合以上，可以看到沥青路面粘结性与沥青用量、沥青软化高温指标、集料表面的致密与光滑程度，当地外部的高温期环境、重载交通等因素有关。

2.3 路面渗水情况分析

根据病害的不同，路面渗水系数的检测共选取了22处，从渗水系数的检测结果看，路面渗水系数的检测结果有6处不合格，不合格的原因都是由于路表裂缝引起，其余表面完好处基本不渗水。这种现象与新建路面是截然不同的，具有密实型老路的典型特征，即沥青混合料中的沥青和骨料在长期的行车作用下发生移动和重排，沥青胶结料缓慢上移致使路表逐渐密实封水。

2.4 路面弯沉分析

路面回弹弯沉量，不仅反映了路基路面结构的整体刚度和强度，而且还与路面的使用状态存在一定的内在联系。通常回弹弯沉值越大，路面结构的塑性变形也越大(刚度差)，同时抗疲劳性能也差，难以承受重交通量；反之，则路面结构的抗疲劳性能好，并能承受较重的交通量。我国现行的沥青路面设计方法，采用设计弯沉为路面整体刚度的设计指标，并以标准轴载作用下，路表回弹弯沉值不超过满足路面使用状态和设计使用年限要求的路面设计弯沉值作为设计标准。通过路面弯沉检测，可以探明运营过程中路面的整体强度。针对K266～K290路段双向的主超车道的路基段，采用自动弯沉检测车进行路面弯沉的连续检测，扣除桥隧构造物，按照公里桩对检测结果进行评价，结果如图4和图5。

图4 AK266～AK291区间弯沉值分布

图5 BK266～BK291区间弯沉值分布

从以上两图可以看出，部分路面段落弯沉实测值较设计值发生了较大偏差。按公里区间数统计，共检测40个区间，其中弯沉代表值合格的有27个区间，弯沉总体合格率为67.5%，弯沉代表值最大的区间位于BK277+000～BK278+000，高达66.0，超设计弯沉值80.8%。另有2个区间弯沉代表值超过50，6个区间超过40，4个区间超过36.5。

弯沉值从整体上反映了路面各层次的整体刚度，如果弯沉值过大，其变形也就越大，路面各层也就容易破裂。路面段落弯沉实测值较设计值发生了较大偏差的一般是由于基层局部成型不足，强度不够，在行车荷载和自然因素等作用下形成的。

3 结语

综上所述，高速公路路面病害问题对公路质量有较大的影响。区别于半刚性基层沥青混凝土路面结构形式，倒装式沥青混凝土路面结构在福建省近几年应用广泛，由于使用时间的积累不够，病害成因分析及处理并不成熟。本文针对路面病害提出用现代化检测技术对其进行分析，并阐明病害产生机理。随着这种新型路面结构形式的广泛使用，病害预防与处理显得越来越重要，对路面使用寿命将产生重大影响。

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