高速公路沥青路面使用性能及评价

刘佳庆

(山东省滨州公路工程有限公司，山东 滨州 256600)

1 引 言

随着我国经济的不断发展，高速公路进入了新的发展阶段，其发展方向由大规模的建设阶段转换为运维阶段，意味着对高速公路的养护成为我国现阶段的研究热点[1]。我国针对道路养护提出了“预防性养护”的技术方法[2]，预防性养护减少了高速公路路面病害的数量。但是在行车荷载与环境因素的作用下，高速公路路面仍然产生病害[3]。为了对路面病害程度进行评定，在进行病害养护之前需要对公路技术状况进行评级，确定公路技术状况等级[4]。山东省是我国交通大省，交通量大且特点突出[5]，山东省高速公路行驶车辆类型多为大型车辆，交通等级为重载交通，在重载交通的作用下高速公路路面产生大量病害，因此对高速公路沥青路面使用性能的调查刻不容缓[6]。以山东省某高速公路段为例，调查了该高速公路段交通量特点，并且对该高速公路段病害数量、类型及位置进行调查分析，得到该高速公路段路面使用性能评分，并对路面使用性能进行评价为后续养护工作奠定基础。

2 高速公路沥青路面病害分析

2.1 高速公路段概况

高速全线采用沥青路面，沥青路面结构为上面层选用4 cm的SMA-13沥青马蹄脂碎石，中面层选用6 cm的AC-20沥青混凝土，下面层选用8 cm的AC-25沥青混凝土，在面层与基层连接处设置13 cm的LSPM-30大粒径透水性沥青混合料作为排水层，排水层下设基层选用54 cm的水泥稳定类碎石分三层铺设。通过对山东省某高速公路交通量分析，得到该高速公路段交通量，如表1所示。

表1 山东省某高速公路段公路货车统计表

由表1可得该高速公路段主要荷载为车辆荷载，荷载类型包括小货车、中货车、大货车及拖挂。2013～2018年间，该高速公路段车辆通过类型主要为中货车与大货车，占总交通总量的75%左右。2013～2018年间该高速公路段大货车与拖挂交通量逐渐增加，小货车与中货车交通量逐渐减小，大货车与拖挂交通量分别增加28.8%、61.9%。由此可得，该高速公路段交通量多为重载交通，重载交通占比达到60%以上，当高速公路重载交通严重时，沥青路面使用性能会低于正常交通量下沥青路面使用性能，在车辆荷载作用下，重载交通沥青路面易出现变形类病害与结构性裂缝类病害，由此在进行高速公路沥青路面使用性能影响因素分析时需着重考虑重载交通的影响。

2.2 沥青路面使用性能病害分析

高速公路路面使用性能决定了行车舒适性，当沥青路面出现病害时，会降低行车质量严重的造成交通事故[7]。在环境因素及行车荷载的长期共同作用下，高速公路沥青路面出现一定的变形类病害及结构性裂缝。其中典型的结构性裂缝病害包括横向裂缝、纵向裂缝等。变形类病害包括车辙、波浪拥包等。当高速公路沥青路面病害严重或多种病害同时存在时，需要对该高速公路段必须进行封闭处理。为了研究高速公路路面使用性能病害类型及成因，对山东省某高速公路段进行路面病害调查分析，其中调查结果如表2所示。

表2 山东省某高速公路段病害统计表

通过对山东省某高速公路段路面病害调查得到高速公路病害统计表及病害分布图，由表2和图1分析可知，该高速公路段主要存在的路面病害包括横向裂缝、纵向裂缝、车辙、龟裂及修补五类病害。其中横向裂缝与修补路面病害最为严重，横向裂缝与修补病害占到总体病害的89.3%，且该段高速公路上行段横向裂缝数量要大于下行段。由于该高速公路段重载交通严重出现了大量的车辙，车辙占到调查总病害的8.12%，且根据调查分析发现下行段高速公路路面车辙大于上行段。该高速公路段龟裂病害较轻，基本无龟裂病害。由此可以得出横向裂缝是该公路段出现的最主要的结构性病害。

图1 山东省某高速公路病害分布图

通过对图1分析可得，该高速公路段上、下行段病害类型一致，且病害占比较为接近。但是上行段裂缝类病害要高于下行段，说明上行段交通量较大，在行车荷载与温度作用下，路面基层出现疲劳开裂反射至面层，产生路面裂缝。通过对上、下行段高速公路车辙病害分析，得出下行段车辙数量大于上行段，表明下行段车辆荷载较大，多为重载交通，当夏季温度较高时，在重载交通的作用下造成高速公路路面出现车辙类病害。通过对上、下行段修补病害分析可得，该高速公路段修补量大，修补总量在50%～60%之间需要对该高速公路段进行路面病害分析及处理。

2.3 山东省某高速公路沥青路面病害分析

(1)裂缝类病害

通过对该公路段沥青路面病害调查可以得出，裂缝类病害为该高速公路段主要病害，其中横向裂缝占比最高。并且该高速公路横向裂缝病害分布均匀，上、下行段均出现大量横向裂缝。通过对高速公路段交通量特点进行分析，得到重载交通与环境因素的影响造成沥青路面产生疲劳损害，出现横向裂缝，在路面结构设计时，考虑基层反射裂缝的产生在水泥稳定类基层上铺设了13 cm的LSPM排水层，有效的减少了路面的疲劳损害。

(2)车辙类病害

根据山东省某高速公路路面病害调查结果，车辙类病害是高速公路最常见的病害之一。普遍存在于行车道车辆轮迹处，当气温升高时，路面温度可以达到70 ℃以上，沥青由弹性向粘性转变，在重载交通的作用下沥青混合料发生永久性变形，产生了车辙病害，导致沥青路面的抗剪切能力下降。

3 山东某高速公路段沥青路面使用性能评价

根据《公路状况技术评定标准》(JTG 5210-2018)对沥青路面使用性能进行评价，对于路面使用性能评价选用路面技术状况指数PQI作为评价指标，规范中要求对损坏、平整度、车辙、跳车、磨耗、抗滑性能及结构强度分项指标进行检测，按照公式1进行路面技术状况指数PQI计算，得到沥青路面的评价结果。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(1)

式中：PQI为路面技术状况指数；PCI为路面损坏；RQI为路面平整度；RDI为路面车辙；PBI为路面跳车；PWI为路面磨耗；SRI为路面抗滑性能；PSSI为路面结构强度；w为各技术状况在PQI中的权重。

根据对该公路段沥青路面病害调查结果进行公路技术状况指标计算，计算结果如表3所示。

表3 山东省某高速公路沥青路面技术状况明细表

通过对沥青路面技术状况明细表分析可以得到该高速公路段技术状况指数PQI大于95分，可以判定该高速公路段技术状况等级为优。但是由于重载交通量的逐渐增大，会对沥青路面的疲劳特性造成一定的影响，为防止沥青路面出现大量横向裂缝及结构性损坏，应提高沥青路面的使用性能。

4 结 论

综上所述，以山东省某高速公路为例，通过调查该路段K00+000～K24+523桩号的交通量，得到该高速公路段交通荷载多为大型车辆荷载，交通量特点为重载交通严重。通过对该高速公路段路面病害分析，得出该路段裂缝类病害与修补类病害严重，占到了总体病害的89.3%，并且分析了结构性病害产生的原因，主要由于重载交通和环境因素影响了沥青路面的耐久性。依据调查结果对该路面沥青技术状况指标进行了计算，得到该高速公路沥青路面技术状况等级为优。