沥青路面预防性养护技术在农村公路中的应用

蓝杨虹

（桐庐县公路服务中心，浙江 杭州 310000）

0 引言

农村公路包括县道、乡道、村道等，是直接服务于广大农民和农村经济的基础性设施。沥青路面因具备噪声小、行车舒适、养护简单等优势，在农村公路建设中的应用越来越广泛。但是，农村公路沥青路面在建设时，普遍存在投资金额不足、设计水平不高、缺乏专业施工队伍等问题，施工质量有待提高，在车辆荷载的反复作用下，容易出现纵向裂缝、横向裂缝、车辙、沉陷等病害，会降低农村公路的使用性能和服务水平，影响行车安全性和舒适度。需及时对农村公路的沥青路面开展预防性养护，合理分配养护资金，打造“畅、平、美、安”的农村公路行车环境[1]。因此，进一步研究沥青路面预防性养护技术在农村公路中的应用有重要意义。

1 农村公路预防性养护技术类型

预防性养护技术是指在沥青路面病害恶化前，采用稀浆封层、碎石封层、微表处、超薄磨耗层技术等对沥青路面实施养护，以改善沥青路面的抗滑性能、抗裂性能等。将预防性养护技术应用在农村公路中，能延长沥青路面的使用寿命，降低养护资金投入[2]。

1.1 雾封层技术

农村公路沥青路面在运营几年后，部分细集料磨损缺失，产生轻微裂缝，使得沥青路面的渗透性增加。在降雨天气下，地表径流会沿着裂缝渗入沥青混合料内部，从而加剧沥青路面破损，甚至会演化为龟裂、网裂、坑洞等病害，雾封层技术是解决沥青路面渗水问题的有效措施。

雾封层技术是利用专用洒布设备将养护剂、改性乳化沥青等材料喷洒在沥青路面损伤处，其应用优势主要体现在以下几个方面：其一，雾封层在沥青路面上能够形成防水层，封闭路面裂缝、稳定松散集料，增强路面骨料间的黏结力；其二，雾封层可提高沥青路面的抗磨耗能力；其三，雾封层的原材料流动性好，在自重作用下能够顺利流淌进沥青路面裂缝内部。

1.2 碎石封层技术

应用碎石封层技术，需要先在原沥青路面上洒布一层沥青类黏结剂，随后再洒布一层集料，用轮胎压路机碾压。碎石封层主要用于修复路面龟裂、网裂、轻微磨损等非结构性病害，不能提高沥青路面的承载力，因此不宜用于修复车辙、坑槽、沉陷等结构性病害的养护。碎石封层施工前，应做好局部路面病害处理及补强工作。尤其是对于宽度＞5mm 的裂缝，应使用填缝料进行填补。同时，采用路面清扫车将路面灰尘清理干净，保持路面整洁、干燥。

1.3 稀浆封层技术

稀浆封层技术是在常温条件下，将矿料、填料、乳化沥青、水等，按照某一配合比均匀拌和而成，其成形之后的外观与细粒式沥青混合料相似。稀浆封层具有防水、防滑、耐磨、填充等作用，应用在农村公路沥青路面预防性养护中，能有效延长其运营寿命，提高其耐久性。

2 农村公路预防性养护决策方法

2.1 预防性养护时间决策

农村公路沥青路面的预防性养护时间不宜太早也不宜太晚。养护时间太早，沥青路面性能尚未衰减，会浪费大量人力和养护资金；养护时间太晚，沥青路面已经破损严重，预防性养护措施无法发挥作用。因此，应结合沥青路面的技术状况和性能衰减规律确定预防性养护时间[3]。

2.1.1 沥青路面技术状况

沥青路面技术状况体现在平整度、抗滑能力、路面破损等方面，单用某个评价指标难以准确判断。

根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)，（沥青）路面技术状况指数PQI 能够综合反映沥青路面的使用性能（见表1）。

表1 沥青路面使用性能分级

因此，可用沥青路面技术状况指数PQI 来判断沥青路面是否需要预防性养护。根据相关研究成果，PQI 数值＜80时，要对路面开展预防性养护。

2.1.2 沥青路面使用性能衰减规律

要想得到农村公路沥青路面在任意时刻的PQI值，必须通过沥青路面使用性能衰减模型对现状路况调查数据进行拟合，建立路面状况指数和公路运营时间的函数关系。根据相关研究成果，农村公路沥青路面使用性能衰减模型有凸型曲线、凹型曲线两种，如图1所示[4]。

凸型曲线是农村公路沥青路面使用性能最常见的衰减模型，主要原因在于沥青路面在运营初期，结构强度高，承载力大，能承受行车载荷的反复作用。但随着运营时间的增加，沥青路面会逐渐出现裂缝，使用性能和服务水平会随之降低。凹型曲线表示农村公路沥青路面的使用性能衰减速度先快后慢，出现这种现象一般是因为沥青混合料配合比不合理、原材料性能不合格、施工质量变异性大等，致使沥青路面在开始运营的较短时间内便产生了结构性损坏，大幅降低沥青路面的使用性能。

2.2 预防性养护措施决策

不同的预防性养护措施，对农村公路沥青路面使用性能的改善效果不同，养护资金的投入也不同。可利用等效年度费用法、综合评分法等对各个预防性养护方案的经济性开展比选，对计算出的等效年度费用或评分按从高到低的顺序排列，作为预防性养护措施抉择的重要依据。

2.2.1 等效年度费用法

等效年度费用法考虑资金的时间价值，计算所需指标少、计算方法简单、计算结果可对比性强。预防性养护措施等效年度费用EAC的计算如式（1）所示：

式（1）中：C为单位费用（元/m2）；ic为资金折现率（%）；n为预期使用寿命（年）。

等效年度费用法用于预防性养护措施决策的具体步骤如下：第一，调查需要预防性养护的农村公路，记录沥青路面上各种病害的类型、尺寸及可能的发展趋势；第二，分析调查结果，从技术角度提出多个预防性养护方案；第三，通过市场询价方式，查询农村公路所在地的人、料、机等费用，对不同预防性养护措施进行组价，得到其单位费用；第四，将预防性养护措施典型寿命、资金折现率等代入公式中计算出EAC值；第五，比较不同预防性养护措施的EAC值，最小值所对应的养护方案为最佳方案[5]。

2.2.2 综合评分法

影响农村公路沥青路面预防性养护质量的因素较多，涉及的评价指标也多。利用综合评分法评价沥青路面预防性养护措施前，需要先建立评价指标集（如投入资金、寿命、与病害适应度、施工难易、对交通的影响等），然后邀请多个路面养护领域专家确定每个评价指标的权重和评分，并加权求和计算出农村公路沥青路面预防性养护措施的综合评分。综合评分S的计算如式（2）所示：

式（2）中：Si为预防性养护措施第i个评价指标的评分（百分制）；wi为预防性养护措施第i个评价指标所占的权重。

综合评分S越高，表明该预防性养护措施对沥青路面的使用性能和服务水平的提升幅度最大，经济效益最好。

3 农村公路预防性养护措施的具体应用

3.1 工程概况

某农村公路全长16.5km，起讫桩号为K0+000—K16+500，建设标准为四级公路，双向两车道，设计荷载为公路Ⅱ级，设计速度为30km/h。路基标准横断面宽7.5m（土路肩0.5m+行车道2×3.25m+土路肩0.5m），路拱及路肩横坡均取2%。路面为沥青路面，厚20cm。由于项目所处区域年降雨量较充足，近年来交通量快速增长，沥青路面局部路段产生了横纵向裂缝、龟裂等病害，影响了行车安全。为恢复沥青路面的使用性能，拟采用预防性养护措施。

3.2 预防性养护时机决策

根据路况历年数据，计算该农村公路在运营第1年、第2 年、第3年的PQI指数，分别为98.6、94.3、85.8。随后使用软件Origin 用多项式函数对该农村公路的运营时间和PQI 值的关系进行拟合，得到沥青路面使用性能衰减模型（见图2），以此评价沥青路面的使用性能，明确预防性养护时间。

图2 农村公路沥青路面使用性能衰减模型

由图2 拟合结果可知：随着农村公路运营时间的增加，沥青路面PQI 值逐渐减小，且两者之间的关系基本符合凸型曲线衰减模型规律。经计算，当运营时间=4时，PQI 值为79.6，因此建议在该农村公路沥青路面运营第4 年时实施预防性养护。

3.3 预防性养护措施决策

根据沥青路面病害调查结果，拟采用雾封层技术、碎石封层技术、稀浆封层技术，对沥青路面开展预防性养护。同时，基于综合评分法，邀请路面养护领域的多名专家，确定各个预防性养护措施的评价指标权重，评分结果如表2 所示。

表2 沥青路面预防性养护措施综合评分

由表2 可知，上述预防性养护措施的综合评分为稀浆封层技术＞碎石封层技术＞雾封层技术。因此，该农村公路沥青路面预防性养护措施采用稀浆封层技术。

3.4 稀浆封层技术应用要点

3.4.1 施工机械

稀浆封层机是稀浆封层施工的关键设备，其结构组成包括：底盘系统，供稀浆封层机平稳运行；发动机和液压系统，为稀浆封层机提供动力储备、传送动力；乳化沥青系统、骨料仓系统、水系统等，用来调整稀浆封层配合比；摊铺箱，存储、摊铺混合料[6]。除稀浆封层机外，其他所需机械如表3 所示。

表3 稀浆封层技术所需机械设备

3.4.2 混合料配合比

第一，修建长度不小于200m 的试验段，并根据试验段摊铺情况确定混合料配合比。第二，设计稀浆封层施工混合料配合比时，油石比、矿料级配等与设计值的偏差需控制在-0.2%～+0.2%，否则需重新设计稀浆封层混合料的配合比。

3.4.3 施工流程

进行稀浆封层摊铺前，需要对准走向控制线，调整摊铺箱拱度及厚度，确保填料、矿料、水拌和均匀，稀浆稠度适中；稀浆封层摊铺过程中摊铺机应保持1.5～3km/h 的速度匀速前进，中间不得随意变换摊铺速度、不得掉头摊铺；稀浆封层摊铺结束后，应及时人工找平，重点关注过薄、过厚、纵向接缝等位置。

4 结论

通过分析农村公路沥青路面的预防性养护技术特点、养护时间和养护措施决策方法，主要得出以下结论：其一，农村公路预防性养护措施包括雾封层技术、碎石封层技术、稀浆封层技术等；其二，沥青路面预防性养护时间不宜太早或太晚，可结合沥青路面技术状况和使用性能衰减规律进行预测；其三，在确定沥青预防性养护措施方面，可采用等效年度费用法、综合评分法等进行综合比选；其四，稀浆封层技术应用在公路预防性养护中，需选择合适的机械设备、合理设计混合料的配合比，并控制好摊铺速度。