福泉扩建段高速公路路面病害成因浅析

艾 畅

（福建省高速技术咨询有限公司）

福泉扩建段高速公路建成通车后，随着车流量的增加，路面使用性能逐年下降，路面病害更是反复维修，其中最典型的路面病害有车辙、龟裂沉陷、纵缝以及修补类四种。本文主要依据历年福泉扩建段高速公路路面养护维修工程，对其路面病害成因进行分析与研究。

1 工程概况

福泉高速公路全长共154.423公里（K2076+319～K2230+742），双向四车道行驶，于1999年建成通车。2010年，K2100+490～K2230+742路段扩建为双向八车道，采用拼宽为主、局部分离的扩建方案。扩建前原有老路面为半刚性基层沥青混凝土路面结构，具体路面结构为 4cm AC-16C上面层+5cm AC-25I中面层+6cmAC-25II下面层+30cm 5%水泥稳定碎石基层+22cm 3%水泥稳定碎石底基层，扩建后又加铺4cm SMA-13罩面。扩建段新建路面为倒装式结构，采用4cm SMA-13上面层+6cm AC-20C下面层+18cmATB-25上基层+16cm级配碎石下基层+35cm 3%水泥稳定碎石底基层路面结构。

根据公路技术状况指标检测数据以及现场勘验发现，福泉扩建段高速公路三、四车道整体的路面损坏状况较差，是影响整体路面使用性能，缩短路面使用寿命的主要因素。下面对福泉扩建段高速公路路面病害以及成因进行分析，为后续养护维修提供参考[1]。

2 福泉扩建段高速公路路面病害类型

根据现场病害调查发现，福泉扩建段路面主要病害形式为车辙、龟裂沉陷、纵缝、修补，局部病害为横缝、坑槽、唧浆、松散麻面、泛油、构造物破损。本文主要分析出现的车辙、龟裂沉陷、纵缝以及修补类四种典型病害。

2.1 车辙

在高速公路运行的过程中，车辙是一种较为普遍的病害。车辙一般的表现为沿着行车带方向出现高度差，主要是由于沥青路面在车辆荷载反复作用后，竖向发生变形逐渐积累。由于沥青属于具有粘弹性的材料，长时间外力作用，会导致其发生蠕变，进而导致路面的变形。这种情况主要发生在高温天气，主要原因为渠化交通以及低速交通[2]。

2.2 龟裂沉陷

龟裂主要是由于沥青老化，失去自身的粘聚力，在车辆荷载的长期作用下，进而导致路面自身的结构强度减小，当使用超过一定的次数，路面就会形成龟裂[3]。沉陷主要是由于路面发生竖向变形进而导致路面发生下沉。

2.3 纵缝

根据现场调查，长纵缝基本伴随车辙发育，为路面强度散失而引发的结构性破坏。一方面是由于路基自身压实度不够均匀进而导致其发展为纵向缝隙，另一方面是由于车辆的负载导致路面的承载能力不够，进而产生纵缝。

2.4 修补类

福泉扩建段的高速公路路面修补类病害主要具有以下三条特点：第一，块状修补分布于全路段，主要分布于行车道轮迹带；第二，严重的块状修补周围已出现车辙、龟裂沉陷等病害；第三，部分块状修补进行了多次修补。这种修补类病害主要从下到上发展，由于水、路面材料本身以及车辆荷载的作用下，导致修补不久的路面很快就会继续发生病害[4]。

3 福泉扩建段高速公路路面病害成因

3.1 车辙病害成因

第一，柔性路面刚度较小、抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用，在反复荷载作用下在荷载作用下产生的弯沉变形较大，容易产生累积变形。

第二，由于福泉段高速为国家干线高速，交通量大，尤其是重载车多，对路面持续疲劳荷载严重。

第三，根据取芯和部分开槽探坑情况，第三车道左轮迹带芯样为半刚性路面，右轮迹带芯样为倒装结构，路面拼宽搭接位于第三车道。由于拼宽两侧路基沉降不均匀，导致病害主要发生在三车道右侧，局部呈现V型车辙，具体如图1所示。

图1 第三车道的V型车辙

第四，由于基层滞留的层间水冲刷，导致左轮迹带处半刚性基层表面脱空，右轮迹带处ATB上基层与级配碎石下基层层间脱离，沥青混合料出现水损坏，强度散失，在行车荷载的作用下产生车辙。三车道左侧轮迹带取芯情况如图2所示，三车道右侧轮迹带取芯情况如图3所示。

图2 三车道左侧轮迹带取芯

图3 三车道右侧轮迹带取芯

第五，由于路面结构层材料级配不合理，压实度不够，孔隙率大，在重载作用下产生二次压实，出现较为严重的车辙情况[5]。路面病害处取芯情况如图4所示。

图4 病害处的取芯情况

3.2 龟裂沉陷病害成因

第一，结构层疲劳、修补不到位，在车辆荷载冲击下，导致路面产生龟裂。

第二，由于路基沉降以及 ATB上基层被压密，导致路面出现沉陷。以BK2131+510龟裂沉陷处为例，开槽探坑如图5所示。原路面沉陷最深处达8cm，经分层开挖测量各点位后发现，上、下面层厚度均未改变，而ATB基层各处厚度不均匀，表明ATB层以及路基均发生了沉陷。

图5 开槽探坑情况

3.3 纵缝病害成因

第一，由于车辆荷载同时作用在拼宽接缝处两侧，柔性路面持力层强度散失，形成车辙，接缝处面层应力集中，疲劳开裂形成纵缝。如图 6所示，该处纵缝位于第三车道两个轮迹带中间，右侧轮迹带处车辙严重，在不均匀荷载作用下，接缝处应力集中，面层受拉应力疲劳开裂。该处病害探坑情况如图7所示，ATB基层已泥浆化，水损坏严重，强度散失。

图6 三车道纵缝

图7 三车道纵缝处探坑

第二，柔性路面在重载作用下，轮迹带路面结构强度不足，轮迹下切形成的纵缝。如图 8所示，纵缝基本位于车辙处，呈现凹型网状纵缝，多道裂缝并存，缝间沥青面层多呈块状且松动[6]。

图8 四车道轮迹带出纵缝

3.4 修补类病害成因

第一，该类病害多位于轮迹带上，尤其是路面拼宽搭接处，如图 9所示。对该处病害探坑发现，上层沥青混合料潮湿、松散严重，基本已无结构强度；下层沥青混合料间隙充满泥浆，集料表面基本已无沥青裹覆，水损害严重，探坑情况如图10所示。造成此类病害的主要原因是由于路面结构层积水无法及时排出，造成沥青混合料水损坏，导致路面结构强度散失，在行车荷载作用下形成沉陷、坑槽、纵缝等病害。

图9 左侧轮迹带处连续修补块

第二，由于修补回填的沥青砼压实度达不到要求，在车辆荷载的作用下，二次压实形成沉陷、龟裂等病害。

4 结语

本文主要以福泉扩建段高速公路为例，基于高速公路中的各种病害并对典型病害原因进行研究与分析，为后续养护维修工作提供参考。