高速公路路面结构性能大修后评价

叶文亚，李 继，周师师

（1.宁波工程学院，浙江 宁波 315211；2.宁波招商公路交通科技有限公司，浙江 宁波 315000；3.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804）

引言

道路的使用性能在运营期间会随着时间延长逐渐衰弱，而交通量要求道路需保持较好的服务水平[1]。因此，对于运营期间性能弱化的道路，采取养护维修措施是提高路况的必要途径。对于路面性能衰变较为严重的道路，已经无法适应现有交通量增长和荷载的需求，因此，需要对道路进行综合修理，以全面恢复到原有技术标准，称为道路大修工程[2]。

路面结构性能是路面诸多使用性能中最为关键的一类，若路面发生结构性破坏，则会对维修造成很大困难。且由于维修时要求封闭部分路段甚至完全封闭道路，严重影响道路通行能力，使得相邻路段交通量突增，造成交通拥堵。故应当采取有效的措施对高速公路的路面结构性能开展检测和评估。沥青路面加铺罩面是一种有效的养护措施，不仅可以修复路面的功能性损坏，而且通过调节加铺层厚度可以处理路面结构性损坏，提高路面结构的承载力[3]。

路面养护的效果后评价是道路养护中重要的一环，后评价可以跟踪养护路段的路面使用性能，对养护效果进行分析和总结，对养护方案进行评价，用以指导后续养护决策，从中吸取教训，从而提高公路养护决策和管理水平[4-5]。

1 试验路段

1.1 路面结构组合

甬台温高速公路指的是浙江省境内宁波市经台州市至温州市的高速公路，其中甬台温高速公路宁波段（一期）连通北仑港和奉化市，路段全长49 km。自2000 年12 月建成通车以来，甬台温高速宁波段车流量逐年增长。由于路面运营期限较长，交通量大，路况已无法满足交通量的需求。因此，于2014—2015 年对路段开展了路面更新改造工程。

甬台温高速宁波段（一期）路面的实际路况为路面破损较严重，局部路段结构强度较差，特别是基层厚度总体较设计偏薄，沥青表面层老化现象较为严重，宜采用加铺罩面进行处理。

根据路面性能聚类划分，路面破损较少路段结构强度基本处于中及以上水平，该类路段主要以功能性加铺为主。路面破损状况评价为次和差的路段，根据钻取芯样并结合路面弯沉测试，该路段基层状况较差，局部路段基层完全破损，对于该类路段主要以结构性加铺为主。两种加铺形式见图1。其中原路面结构从上到下依次为4 cm AC-13 改性沥青混凝土上面层+5 cm AK-16 中粒式沥青混凝土中面层+7 cm AC-30 粗粒式沥青混凝土下面层+1 cm 下封层+18 cm 二灰稳定碎石基层+18 cm 二灰稳定碎石底基层+15 cm 级配碎石垫层。

图1 路面加铺结构

1.2 测试路段选取

甬台温高速公路宁波段（一期）路段较长（49 km），且交通量很大，2020 年主线双向的断面流量日均已达2.9 万辆。对于路面结构状况检测，弯沉值一直是路面结构层承载能力的重要检测指标。钻芯取样是一种传统检测方法，但该方法不仅测试速度低，而且安全性差，无法满足要求，常用于局部抽样检测。目前贝克曼梁法已经发展得比较成熟，但其速度慢，且是静态测试，难以有效模拟行车荷载的作用。落锤式弯沉仪（FWD）利用重锤自由落下的瞬间产生的瞬间产生的冲击荷载测定弯沉，属于动态弯沉，测试效率大大提高，是目前常用的一种路面结构检测方法[6-7]。但仍然无法做到不停车连续检测，为确保安全，需要封道测试，一定程度影响车辆通行。

因此，结合现场实际情况与各结构检测方案的优劣，选取测试路段，采用落锤式弯沉仪检测其路面结构性能，并加以分析。路段选取时考虑的因素：各典型路段不宜太过密集，应当尽量覆盖大范围；均衡考虑上下行方向；由于路段重车多，故应在重车道测试。综合考虑试验选择了4 个测试路段，路段基本参数见表1。

表1 测试路段基本参数

2 路面结构性能评估

2.1 弯沉盆数据采集

2019 年，采用SHN-FWD-MV 多点车载落锤式弯沉仪，对选取的4 个路段进行了FWD 动态弯沉测试。测试过程各测点的间隔为纵向20 m，每个测点都能基于9 个传感器的测试结果得到弯沉盆数据。传感器距荷载中心点的距离分别为0 mm、200 mm、300 mm、450 mm、600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm，编号为D1～D9，对应的传感器数值为d1～d9。测试用的荷载板半径为15 cm，荷载为50 kN。4 个典型路段的平均弯沉盆见图2。

图2 各路段平均弯沉盆

由图2 可知，路段3 的弯沉值整体偏大且曲线斜率较陡，说明路段3 路面结构状况较差。同理可知，路段4 的结构状况也较弱。路段1 和路段2 路面结构状况较好，且相差不大。

2.2 弯沉盆参数分析

除直观地用弯沉盆图进行分析与评价外，也可以采用弯沉盆参数对路面结构强度进行量化评价。通常用中心弯沉值（d1）评价路面结构的整体强度，d1 值越大，则结构强度越差。此外，表面曲率指数（SCI）和基层损坏指数（BDI）分别可以表征路面结构面层结构和基层结构的强弱，一般来说，指数值越大，结构强度越弱。SCI 和BDI 计算：

计算4 个典型路段的弯沉盆参数均值，柱状图见图3。

图3 弯沉盆参数均值

综合弯沉盆曲线和弯沉盆参数均值来看，4 个典型路段路面结构状况优良关系：路段2＞路段1＞路段4＞路段3，其中路段3 的各弯沉盆参数均值较大，说明结构相对较弱。

2.3 大修前后对比分析

大修前对路面结构性能进行了检测，采用路面结构强度指数（PSSI）进行评价。将此次FWD 检测得到的各路段的平均中心弯沉值与大修前测得的PSSI 进行比较，见表2。

表2 各路段中心弯沉值与PSSI 值

中心弯沉值越小，路面整体结构强度越高；PSSI 值越大，路面结构强度越好。由表2 可知：（1）根据弯沉值看，路段1、路段2 的结构性能要优于路段3 和路段4。（2）根据大修前的PSSI 值，路段2的结构性能优于路段3、路段1 和路段4；其中路段3 大修时采用双层罩面，由此可知，经过双层罩面后，路段3 的结构性能有较大提升，但在4 个路段中仍是相对最差。

3 结语

通过对甬台温高速公路宁波段（一期）大修前后的路面结构性能进行检测与分析发现，经过大修后，各路段结构性能都有较大的提升。其中，大修前路段3 的结构性能最弱，而经过双层罩面后其结构性能提升最为显著。由此可见，对于路面结构弱化较为严重的道路，采取双层罩面是一种有效的维修措施。因此，对于路段结构强度不低于“中”的路段，维修时可以采取以单层功能性加铺罩面。对于路面结构前度评价为“次”和“差”的路段，可以双层结构性加铺罩面为主要维修措施。