养护大中修沥青路面病害处治探讨

李乾正

（新疆农业大学交通与物流工程学院,新疆 乌鲁木齐 830052）

我国高速公路里程已跻身世界第二位,而伴随新建公路与总里程不断增加,公路建设逐渐向养护转型,据统计,每年约有1 万多公里的高速公路需进行大中修养护[1]。而对于高速公路而言,超载重载现象严重,交通重载化趋势日益明显,重载交通对路面损坏带来的影响使路面使用寿命较预计减短,以致需制定相应养护方案,延长服役年限。本文依托实际工程,根据目标路段的气候条件、交通量情况、检测结果综合比选各养护方案。通过实例说明,为条件相似的养护项目提供参考经验。

1 工程概况

项目路段位于哈密地区伊州区境内,属G30 线连霍高速的一部分,设计速度120km/h,起点桩号为K2898+000,终点桩号为K2909+000,路线横贯于山前倾斜平原中部,由东北向西南缓倾,路线位于低山丘陵区,山丘多而散乱,相对高差不大。自然区划为Ⅵ2区,属荒漠-绿洲区,气候特征显著,夏季炎热、冬季寒冷。原有路面结构为4cm 中粒式沥青混凝土+6cm 粗粒式沥青混凝土+30cm 5%水泥稳定砂砾+15cm 天然砂砾。鉴于交通量与具体建养状况对沥青路面的影响,通过勘察调研获取相应的交通组成特点与道路状况现状情况。

1.1 交通量概况

项目区域为干线公路,近年来随着社会经济的发展,中小客车交通量增长较快,所占机动车比例逐年增长,大客车交通量虽然有所增长,但是随着时间的推移,增长速度逐渐平缓,所占比例近似保持不变。同时,货车交通量同样有增长,但是由于增长速度低于客车,所占比例有所降低,随着重载化趋势日益明显,大货车、特大货车交通量上升。结合近年来历史交通量及构成,采用弹性系数法对本项目交通量及交通组进行预测,预测结果见表1。

表1 交通组成预测表 辆/日

1.2 道路现状及养护历史

截至目前,本项目路段已运行9 年,建成通车后,仅进行小范围处理与日常养护。在自然因素和交通荷载的共同影响下,路面出现了块状裂缝、纵横向裂缝、龟裂、唧浆等病害,严重影响行车舒适性和安全性,为防止路面病害进一步发展、恶化,导致路面状况下降,需要对现有道路进行路面修复养护处治。

2 路面技术状况检测与分析

通过对全线沥青路面进行了人工徒步实地调查,仔细调查并记录路面病害类型、损坏程度、病害位置,并将沥青路面上的病害类型、数量、特征等一一记录。为进一步直观地了解工程路段的路面使用现状、病害成因分析及养护方案的制定提供参考依据。

2.1 路面病害统计

路面材料性能与结构性能的衰变最终表现为各种形式的病害,因此了解病害的构成分布也是养护大中修设计中路面方案选定的核心之一。该路段由于重载交通方向性明显,现针对下行路段进行单独统计,路段下行范围内各类型病害统计表如表2 所示,病害主要表现形式为横纵裂缝,块状裂缝、局部龟裂以及修补,其中裂缝类为主要病害类型,且纵向裂缝比例最重,对比下行行车道,超车道纵向裂缝所占比例高出30.1%,路面破损总体较为严重。

表2 下行车道病害统计表

2.2 病害成因分析

2.2.1 横向裂缝

通过钻芯取样发现,大部分芯样其裂缝贯穿沥青面层及基层,少数芯样基层底部则出现破碎现象。由于项目路段路面基层为水泥稳定砂砾半刚性基层,其病害产生结果为半刚性基层温缩性裂缝及自下而上的反射裂缝,两者共同造成路面的横向裂缝[2]。

2.2.2 纵向裂缝

该段纵向裂缝大致与道路中线平行,其病害成因为交通荷载超载严重,造成较大剪应力,而后导致产生纵缝,通过病害统计表得知,纵缝在超车道存在较多且多数贯穿基层,根本原因则为超车道范围位于扩建路段的新旧过渡区域,在交通荷载作用下受力不均匀,更易产生裂缝。

2.2.3 块状裂缝

在下行路段,裂缝类破损占病害主导,块状裂缝主要是由面层材料的低温收缩和沥青老化所引起。当沥青路面上横向或纵向裂缝出现后,水沿缝隙进入并扩散,在持续荷载及温度的反复作用下继续扩展,逐渐纵横裂缝交叉在一起,从而形成不同的多边形大块,属于进一步引发的路面病害。

2.2.4 龟裂

病害路段路表在紫外线、光、热、及水影响下老化,使混合料的低温抗裂性降低,耦合气候条件使之性能下降,从而沥青混合料低温时的伸缩形变减少,在重载交通作用下形成龟裂。

2.2.5 修补

下行行车段的修补不良均源于对老路坑槽的修补处理,根据以往施工记录发现,由于路面出现贯穿性裂缝,水分的进入与车辆荷载的反复作用使坑槽加剧。

3 路面技术状况指标统计与评价

对K2898+000 至K2909+000 下行段行车道及超车道进行路况指标检测及统计,所涉及路面性能指标包括路面破损指数PCI、道路行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、抗滑性能指数SRI、路面跳车指数PBI,（由于路面结构强度指数PSSI 不参与路面技术状况计算,后续单独进行评定）通过相关检测设备获得的数据形成指标折线图,结果见图1、图2。

图1 下行行车道路面指标分布

图2 下行超车道路面指标分布

由指标分布图可知,路段下行车道指标中除PCI 空间波动相对较大外,其他指标差值偏小,参考《公路技术状况评定标准》（JTG 5210-2018）[3],RQI、PBI 等级划分优等率近似100%。路段内RDI 评价等级指标为优及良,其中行车道优等占比75%,共计9km,有3km 的下行行车道车辙深度超过10mm,病害较为严重。超车道车辙深度指数评级均为优等。路面抗滑性能指数SRI 显示在行车道有16.67%的路段评定等级为优,剩余83.33%的路段评定等级为良。超车道范围有5km 定级为优,7km 定级为良,综合评价路面抗滑性能较好。在该养护路段通过统计破损状况检测数据,行车道路面损坏指数PCI 评定等级为中及次,其中评定等级为中的共7km,占比58.33%,评定等级为次的共5km,占比 41.67%；下行线超车道路面损坏指数PCI 评定等级为良及中,其中评定等级为良的共3km,占比25%。评定等级为中的共9km,占比75%,路面整体损坏较为严重。目前我国公路性能评价使用的体系为PQI 体系,路面技术状况指数PQI 按式（1）计算,计算结果统计于图3。该路段隶属新疆气候分区Ⅵ区[4],气候特征的强蒸发与悬殊的昼夜温差加剧裂缝严重性,加之PCI 指标在各项指标中所占权重最高,因此最终通过分析PQI、PCI 等主要技术状况指标评定路段质量等级并科学合理的制定养护方案。

图3 下行行车道、超车道PQI 指标图

式中：WPCI——PCI 在PQI 中所占比重；WRQI——RQI在PQI 中所占比重；WRDI——RDI 在PQI 中所占比重；WPBI——PBI 在PQI 中所占比重；WPWI——PWI 在PQI 中所占比重；WSRI——SRI 在PQI 中所占比重；WPSSI——PSSI 在PQI 中所占比重；其中路面抗滑性能指数SRI 和路面磨耗指数PWI 应二者取一,各比重取值参照表3。

表3 PQI 各分项指标权重表

4 养护方案制定及比选

在进行养护方案制定时,立足于专项调查评价所收集到的数据信息,参照《公路修复养护工程勘察设计规范》（DB65T 4181-2019）[5]的相关规定,贯彻经济与技术并重、结构与功能统一的设计理念,确定详细的养护设计内容[6]。由于老路路面整体结构强度较好,PSSI 各桩号评级皆定等为优等,而路面表面层破损较为严重,结合上述指标统计结果,按照《公路修复养护工程勘察设计规范》（DB65T 4181-2019）、《公路沥青路面养护技术规范》（JTG 5142-2019）[7]中路面养护类型划分及养护对策选择原则,制定养护方案为功能型修复养护。根据行、超车道指标具体情况,考虑如下两种处治方案,方案及适用条件见表4。

表4 比选方案及适用条件

基于上述规范,为避免方案设计前期判断不合理的性能优劣互补情况[8],调研表面该路段的主要病害类型为裂缝类,下行行车道平均PCI 指数为71.2,超车道平均PCI 为76.5。对比直接加铺罩面方案,铣刨加铺罩面的做法可以利用原有路面标高,施工简捷,工期较短,且在经济效益的长远角度比较,其工程造价相对较低。针对以上分析,工程适用表面层铣刨加铺罩面的养护方案。

而对于路面结构类型选择,制定出以下两种可行方案,方案一为5cm 中粒式SBS 改性沥青混凝土搭配原路面剩余完整结构层,另一方案则为4cm 细粒式SBS 改性沥青混凝土上面层+原有剩余完整结构层,此方案虽然相较于前者造价较低,但考虑到交通量组成中重载化趋势日益严峻,在选择路面结构类型时需要求面层具备较强的抗变形能力,因此表面层采取5cm 中粒式SBS改性沥青混凝土的罩面方案,后续工作只需进行过渡段处理来消除1cm 的高差。这样选择的结果可以有效地修复和预防路面面层由于变形产生的病害。根据图1、图2、图3 分析知下行车道行超车道的路面破损状况有所不同,在经济及施工质量有所保证的前提下可以实施对超车道进行精铣刨重铺复合封层的施工方案,但由于施工工艺较为复杂且使用年限较短,不建议对行、超车道分别处置。推荐统一对行、超车道进行铣刨重铺罩面的施工操作。

5 总结与展望

该养护路段总体破损较为严重,考虑养护资金及施工规模,对路面病害进行针对局部处治已不再适用。基于《公路修复养护工程勘察设计规范》（DB65T 4181-2019）中方案决策的措施及适用条件,最终对目标路段行超车道进行表面层铣刨加铺罩面的修复养护方案,该方案在施工质量、时间及匹配重载交通化方面存在优势,但在方案制定考察废料弃渣问题的前提下,该养护工程因沿线配置等客观原因同样存有废料堆堵、不能有效利用、降低交通效率的缺陷,相信随着养护技术的发展,更具潜在价值且能合理制衡环境与效益问题的绿色养护技术必将产生。