半刚性基层沥青路面运营后期养护对策研究

王友平

摘要：文章结合广西A高速公路管养工作实际，分析了半刚性基层沥青路面设计使用年限后期典型病害特征及产生原因，优化验证了现行养护维修方案，提出了基于路面受力特点设计沥青路面结构组合的养护对策。

关键词：半刚性基层;沥青路面;养护对策

0 引言

我国高速公路的主要路面結构形式是半刚性基层沥青路面。纵观国际上的高速公路、重交通公路主流路面结构是全厚式路面或者柔性基层沥青路面，而半刚性基层沥青路面普遍应用于交通量不大的公路。其原因在于半刚性基层除具有受力性能及稳定性良好的优点外，也存在易收缩开裂、反射裂缝普遍、渗水性差、重车轴载敏感性大，整体性会因疲劳呈现由整块向大块、小块、碎块逐渐变化衰减且损坏后无愈合能力的结构弊端。一般高速公路沥青路面设计使用年限是15年，到设计使用年限后期沥青老化速率增快、早期病害程度日趋严重、基层结构性损坏表征明显，给沥青路面的维修养护造成很大的困难。本文通过对广西A高速公路运营后期典型病害特征、病害原因、路面结构受力特点、养护维修措施等方面进行研究，提出了基于解决根本性问题，延长养护维修工程使用寿命的决策建议，对制定早期病害的预防性养护措施也有一定的借鉴意义。

1 A高速公路概况

A高速公路设计使用年限15年，全长55.527 km，双向四车道，全线53.5%（29.707 km）的路段为错幅路基，弯多路窄，行车道标准宽度为3.5 m。路面工程分两期建设，第一期完成中面层铺筑，2005年12月建成通车，第二期于2008年完成上面层施工。路面结构为：4 cm AK-13A抗滑上面层+AC-16I中粒式沥青混凝土调平层（平均厚度为2 cm）+5 cmAC-16I中粒式沥青混凝土中面层+6 cm AC-25I粗粒式沥青混凝土下面层+40 cm水泥稳定碎石+18 cm低剂量级配碎石。

2 典型病害特征及原因分析

半刚性基层沥青路面典型病害特征一般分为非基层结构性损坏和基层结构性损坏两大类型，在设计使用年限后期病害主要表现为基层结构性损坏，而非基层结构性损坏多为因环境、荷载因素的长期影响，沥青路面老化严重导致的裂缝、坑槽、松散病害。以下重点研究分析结构性损坏病害，主要有间距不规则的横向裂缝、水平纵向裂缝、局部凹陷龟裂、结构型车辙，病害成因及表征如下。

2.1 间距不规则的横向裂缝

这种裂缝一般为基层因疲劳板体的整体性损坏，由整块发展为大块或小块而导致的反射裂缝。裂缝横向贯穿位置与基层裂缝病害表现一致，深度方向贯穿上基层，车辆行驶经过时车轮受力状态发生急剧变化，有明显的瞬间跳车冲击感。

2.2 水平纵向裂缝

水平纵向裂缝病害数量相对较少，裂缝较宽，横向高差不明显，普遍发生在高填方路段、半填半挖路段。成因为路段固有的整体稳定性相对较差，以及沿线水库、河道水位变化的影响，导致路基在间断受载状态下水平位移。

2.3 局部凹陷龟裂

局部凹陷龟裂病害表征明显，多发生在行车道轮迹处以及横纵向裂缝交叉部位。成因为行车道轮迹处是行车荷载影响范围的集中部位，横纵裂缝交叉处是承载薄弱点，路表均易出现局部网裂，因局部网裂维修不及时或维修后反复损坏，雨水渗入到基层，基层水泥失效以及车辆轮胎的泵吸作用导致集料散失、基层松散，进而由网裂病害发展为明显的局部凹陷龟裂。除此之外，沥青面层与基层间存在松软夹层、基层间脱空也是局部凹陷龟裂病害的常见成因之一。

2.4 结构型车辙

半刚性基层沥青路面结构型车辙一般很少，多因高速公路运营后期基层施工不良存在的隐患逐渐显现，车辆荷载和环境因素的综合作用下在轮迹处路面产生的永久竖向变形。另外，部分结构型车辙的发展规律类似于路面局部凹陷龟裂。

3 现行养护维修方案分析

2018—2020年以延长养护维修工程使用寿命为目标，采取地质雷达勘测、钻芯取样分析等手段诊查A高速公路的病害，设计实施养护维修方案，并对使用效果进行跟踪观测。养护维修方案介绍及研究分析具体如下。

3.1 养护维修方案

养护维修方案主要分为两部分内容：（1）基层病害处治;（2）重铺沥青路面结构。基层处治根据病害程度而定，轻微裂缝病害采用SBS改性沥青修补，将基层有松散、严重裂缝、破碎板块的用机械挖除，旧基层（20 cm厚）置换为C20贫混凝土。同时实施1 km试验路段，采用地聚合物浅层注浆处治层间松散病害，以探究基层病害处治的最佳方案。2018—2019年沥青路面重铺结构设计如下：6 cm普通70 #A级沥青AC-25C下面层+5 cm SBS改性沥青AC-20C+4 cm SBS改性沥青SMA-13。2020年对重铺沥青路面结构进行了优化，下面层采用SBS改性沥青混合料，上面层采用SMA-13木质素纤维SBS改性沥青混合料。各类沥青混合料配合比设计如表1～5所示：

3.2 养护维修方案分析

在2018—2019年处治路段使用情况跟踪观测的基础上，2020年对沥青路面结构进行了优化设计，但以上养护维修方案仍存在以下问题：

（1）旧沥青路面老化严重，接缝处不易压实，雨水易从接缝处渗入，在行车荷载作用下新旧沥青路面结合处易出现松散及坑槽病害。

（2）C20贫混凝土置换旧基层，横向范围处治一个单向车道，新旧基层是独立受力的块体，易破坏。

（3）基层浅层注浆可以有效提升旧路面结构强度，但基层与面层的刚度不匹配性会更加显著，同时基层间存在注浆液夹层是受力薄弱点。

（4）路基水平位移病害路段处治层位仅至基层，病害未得到根本性处治。

（5）旧路面结构无垫层，沥青路面结构组合设计仅注重沥青路面性能的优化，未改善原路面适应变形能力差的问题。

4 养护维修方案优化设计

总结近三年养护维修工程实际经验，对病害作进一步的深度分析，研究路面结构整体受力特点，从根本上解决工程实践中的问题，以提高养护维修工程的使用寿命为原则，提出新的养护维修方案：

（1）沿纵向裂缝深度注浆并预埋钢管，同时在路侧施作树根桩以抑制路基水平位移。

（2）沥青路面结构优化设计为3 cm AC-10SBS细粒式改性沥青混凝土+8 cm SBS改性沥青AC-20C+4 cm SMA-13木质素纤维SBS改性沥青混合料，细粒式改性沥青混凝土作为应力吸收层以改善旧路面结构适应变形能力差的问题。

（3）基层病害处治范围调整为横向处治两个行车道并与应急车道搭接30 cm，纵向处治范围大于病害范围且长度>6 m，以保证维修后的基层能够真正形成板体。

5 结语

研究半刚性基层沥青路面的养护维修方案，实现经济效益与使用寿命的最大化具有重要意义。本文通过分析在役沥青路面运营后期典型病害特征，跟踪观测历年养护维修方案使用性能，提出了基于优化路面结构受力特点的维修方案，为高速公路沥青路面科学养护提供参考。本文提出的养护维修方案尚需工程实践检验，建议同行对设计有应力吸收层的沥青路面结构适应车载变形能力方面作进一步的研究探索。

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