二级沥青公路水毁路段修复方案设计研究

摘要：简要介绍重庆市垫江县峡口至石梁子路段及水毁概况，通过调查摸清了该路段现状交通流量、车辆荷载及路面弯沉情况，深入分析其水毁严重路段和水毁较轻路段的成因。按照相关标准和规范对水毁路段状况进行评价并提出处理措施，制定两个可供选择的水毁严重路段修复设计方案，经过细致比较，最终选用沥青混凝土路面结构层作为水毁严重路段修复设计方案。

关键词：二级沥青公路；水毁病害；修复方案；设计研究；路面破损率

0 " 引言

G243起于重庆市开州区，途经重庆、贵州、广西3省市区，终于广西壮族自治区凭祥市，路线呈南北走向，主要公路等级为一级沥青公路，其中重庆市垫江县峡口至石梁子路段为二级沥青公路。重庆是山城，气候多变，特别是夏季雨水偏多，是公路路面水毁的高发期，峡口至石梁子路段出现了水毁病害。本文针对该路段沥青路面不同的水毁情况，采取了不同的修复措施。

1 " 路段及水毁概况

G243线重庆市垫江县峡口至石梁子路段为二级沥青公路，该公路于2008年进行路面改造，设计速度为60km/h，起点桩号为K156+340，终点桩号为K173+340，路线全长17.0km，采用整体式路基，路面设计宽度为12.0m，路面自上至下结构为：厚度为9cm的沥青混凝土面层、厚度为25cm的水泥稳定碎石基层和厚度为25cm的手摆片石底基层。该国道重庆市垫江县峡口至沙坪石梁子段受雨季连续暴雨侵蚀，以及较多重载车辆的反复作用，多处路面出现了比较严重的水毁病害，直接影响到车辆行驶安全，需要进行修复施工。

2 " 水毁路段病害成因调查和分析

2.1 " 调查方法

向公路建设单位了解该路段的修建过程、路面结构、地基、地质、气象、交通量及目前的养护维修使用情况。勘察该路段现场，丈量水毁路段里程，并进行该路段弯沉测试，根据弯沉测试结果将该路段划分为路面水毁严重路段和路面水毁较轻路段。根据《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）[1]的规定，对路面水毁严重路段和路面水毁较轻路段的路面破损分别进行路面检测和评价。

2.2 " 调查内容

2.2.1 " 现状交通流量及荷载调查

该公路段为垫江县对外交通联络的主干线，承担着分流县城片区大量过境车辆和片区内部中长距离运输的重要作用。根据业主单位提供和现场调查的该路段2023年交通量统计，得出全年平均日交通量数据。

其中小货车的全年平均日交通量为427辆/日，中货车的全年平均日交通量为238辆/日，大货车的全年平均日交通量为161辆/日，小客车的全年平均日交通量为560辆/日，大客车的全年平均日交通量为136辆/日，拖挂车的全年平均日交通量为39辆/日。各类车辆全年平均日交通量合计为1561辆/日。其中大货车、大客车和拖挂车等重载车辆全年平均日交通量为336辆/日，占各类车辆全年平均日交通量合计的21.5%，且发现大多数重载车辆普遍存在超限超载情况。

2.2.2 " 沥青路面弯沉值调查

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）[2]的规定，当沥青混凝土路面的设计使用年限为12年时，标准轴载BZZ-100累计作用次数为1.16×107，设计弯沉值为31.7（0.01mm）。通过落锤式弯沉仪法对该路段作弯沉测试可知，桩号K159+740～K161+140、K164+740～K165+440、K169+240～K170+120总共3段范围内，合计长度为2.98km的弯沉值测试结果较差，其弯沉值均大于33（0.01mm），因此将这3段范围内的路段划分为路面水毁严重路段，其余路段均划分为路面水毁较轻路段。

2.3 " 水毁病害成因分析

2.3.1 " 水毁严重路段成因分析

一是雨季连续降水。由于雨季连续降水，在雨水浸湿、浸泡作用下造成路基松动、垮塌，路面起壳、翻桨，基层、面层损毁，导致车辆不能通行或存在通行风险。

二是公路排水系统损坏。公路两侧许多农户靠近公路建房，造成边沟损坏或堵塞，导致雨水沿路面漫流；沿线乡镇建设占用公路的排水系统，导致路面雨水无法有效排出；一些居民在路边修建的洗车场、加水站没有排水设施，路面经长期浸泡，加速了路面病害的发生。

三是超负荷作用。该公路段沿线的大货车、大客车和挂车众多，交通运输任务繁忙，大货车的70%为载重30～50t的货运车辆，其中一些货车超限超载，造成路面过早出现裂缝、坑槽、沉陷等病害。四是排水涵洞设计不到位。排水涵洞的设计位置和形状不当、孔径不足，造成水流不畅、排水阻力大，导致排水涵洞出现水毁。

2.3.2 " 水毁较轻路段成因分析

一是沥青路面裂缝。沥青路面建成后，路面经过汽车反复碾压、长期暴露在空气中发生的化学腐蚀，会产生各种形式的裂纹。夏季高温炎热、雨季多雨、交通任务繁重、重载车辆较多，都会加速路面裂缝的发展。

二是沥青路面车辙。沥青是粘弹性材料，其力学性能会随着温度的变化而变化。当路面达到较高温度时，其刚度减小、路面“变软”。此时经过车轮荷载的反复作用，就会出现车辙。环境因素（光照强、降水多、冻冰破坏等）、交通因素（超出沥青路面承载限制）、施工因素（沥青路面压实度和路基强度不足），均会使沥青路面产生车辙。

三是沥青路面松散。沥青路面松散的成因主要有材料因素（沥青混合料配合比不合理）、环境因素（高温天气使得沥青粘度降低、流动性增强而发生松散变形）、交通因素（车辆重载、超载超过设计标准）、施工因素（沥青混凝土温度控制不当、碾压工艺不合理、摊铺厚度不均匀等），均会使沥青路面松散。

四是沥青路面水损害。沥青路面水损害发生的原因，主要有水的渗入、集料的水吸附力、行车荷载的影响（在行车荷载的作用下，水会产生流动，形成水的动压力，进而使沥青剥落、流失）等。

五是沥青路面沉陷及坑槽。沥青路面沉陷及坑槽产生的主要原因有土质路堑排水不畅（路床下部路基过于湿润而产生不均匀沉降，从而引起路面局部下沉）、路面强度不能适应日益增长的交通量而产生的疲劳破坏。

3 " 水毁路面状况评价与处理措施

3.1 " 评价方法

为更准确地确定原有沥青路面的破坏状况，用路面损坏状况指数（PCI）来评价其状况。结合现场调查情况，按照《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）规定的方法计算路面破损率及路面损坏状况指数。路面损坏状况指数计算公式如下：

PCI=100-a0DRa1 " " " " " " "（1）

式中：PCI为路面损坏状况指数；DR为路面破损率（%），为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比；对于沥青路面，a0系数取15.00，a1系数取0.412。

根据规范《公路沥青路面养护技术规范》（JTG 5142—2019）[3]的规定，路面破损情况可分为优、良、中、次、差五个等级。按照公式（1）计算结果，将该路面破损情况划分等级。

3.2 " 水毁严重路段路面状况评价结果

公式（1）计算结果表明，水毁严重路段路面状况评价等级均为差，路面破损状况评价结果如表1所示。

3.3 " 水毁较轻路段路面状况评价结果

公式（1）计算表明，水毁较轻路段路面状况评价等级大部分为良和优，少部分路段评价等级为中，综合评价等级为良。其中：评价等级为优的有3个路段；评价等级为良的有9个路段；评价等级为中的有K165+440～

K166+440、K168+440～K169+240和K172+120～K173+340等3个路段。

3.4 " 水毁路面处理措施

根据水毁路段路面病害调查及评价结果，根据水毁路面不同等级的病害情况，分别采取大修、中修、养护等措施，以提高其承载能力。对水毁严重的2.98km路段，采取大修措施，即对路面结构层进行整体挖除，对路基存在病害的位置进行土方换填，重新铺筑路面结构层。

对水毁较轻的其他路段，采取养护为主、中修为辅的措施，即对局部破损路基路面挖除后进行土方换填。对路面裂缝较多路段采用灌封胶条进行裂缝修补。对水毁较轻路面面层进行改性沥青混凝土罩面施工。

4 " 水毁路面修复设计方案研究

4.1 " 两种设计方案

根据该工程实际情况，将水毁路面修复设计分为路面水毁较轻修复设计和路面水毁严重修复设计两种情况。路面水毁较轻修复设计方案，即在原路面结构修补后加铺厚度为4cm的密级配细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）面层。路面水毁严重修复设计方案，需要将新铺筑的整体路面结构层进行方案比选，确定最终路面结构层设计方案。如下所述。

4.2 " 沥青混凝土路面结构层设计方案

4.2.1 " 路面结构组成

沥青混凝土路面结构层自上而下组成为：厚度为4cm的密级配细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）、粘层油、厚度为5cm的密级配中粒式沥青混凝土（AC-20C）、透层油、厚度为25cm的5.5%水泥稳定级配碎石、厚度为25cm的4%水泥稳定级配碎石。沥青混凝土路面结构设计如图1所示。

4.2.2 " 优缺点

沥青混凝土路面结构层优点如下：具有足够的力学性能，具有一定的弹性和塑性变形能力，与车辆轮胎的附着力较好，具有较高的减震性能，后期养护相对简单且沥青路面可再生利用，能与原沥青混凝土路面更好地搭接[4-5]。其缺点如下：车辆超载或气温过低时可面层断裂，温度较高季节容易形成车辙且会引发事故，车轮反复滚动摩擦会使面层表面光滑由此在雨季引发事故，造价相对较高[6-7]。

4.3 " 水泥混凝土路面结构层设计方案

4.3.1 " 路面结构组成

水泥混凝土路面结构层自上而下组成为：厚度为23cm的水泥混凝土、厚度为22cm的5.5%水泥稳定碎石、厚度为22cm的4%水泥稳定碎石。

4.3.2 " 优缺点

水泥混凝土路面结构层优点如下：具有较高的抗压强度、抗弯拉强度和抗磨耗能力，性能稳定且不存在“老化”现象，经久耐用且能使用20～30年，能见度好对夜间行车有利，造价相对较低。其缺点如下：施工及养护对水泥和水的需求量大，浇筑后的养护周期长开放交通迟，路面的接缝会影响行车舒适性，路面损坏后修复困难，与原沥青混凝土路面搭接施工困难且会产生不均匀沉降，后期养护相对困难。

4.3 " 两个设计方案的选择结果

经过比较认为，这两个设计方案均能满足通车需求。虽然沥青混凝土路面结构层造价较高，且容易出现车辙、裂缝等病害，但是其为半刚性路面结构，行车具有舒适感和安全感，且其旧料可再生利用，更易养护，更有环保价值；而水泥混凝土路面对水泥和水的需求量较大，接缝较多，行车舒适性较差，施工工期相对较长，且不能与既有沥青混凝土路面很好地搭接，养护相对困难。经过比较，最终选用沥青混凝土路面结构层作为水毁严重路段修复设计方案。

5 " 结束语

二级公路路面水毁修复设计要坚持“安全、耐久、经济、适用、美观”的原则，需要综合考虑诸多因素，并对原路面开展详细的调查及试验检测，以获得更为准确的基础资料。根据现行技术规范对基础资料进行必要的理论计算和系统性的归纳总结，对水毁较轻路段和水毁严重路段需分开考虑、分开设计，制定不同的水毁严重路段路面结构层设计方案，并对不同设计方案进行比较，从而确定最终的路面结构层设计方案。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部.公路技术状况评定标准：JTG

5210—2018[S].北京：人民交通出版社，2018.

[2] 中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面设计规范：JTG

D50—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.

[3] 中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面养护技术规范：

JTG 5142—2019[S].北京：人民交通出版社，2019.

[4] 中华人民共和国交通运输部.公路工程技术标准：JTG B01

—2014[S].北京：人民交通出版社，2019.

[5] 包惠明，曹晓岩.路基路面工程.北京：人民交通出版社，

2009.

[6] 蔺彪.重载交通对混合式基层沥青路面结构力学响应研究

[J].公路工程，2019，44（6）：130-134.

[7] 柳毅.二级公路路面结构优化设计分析[J].山东交通科技，

2020（6）：20-22.