高速公路沥青路面预防性养护决策研究

尹进

（秦皇岛市公路养护服务中心，河北秦皇岛 066000）

1 引言

我国早期投入使用的高速公路路面不断出现病害， 为避免这些高速公路出现更多的病害， 本文提出进行预防性养护。路面预防性养护是在考虑经济效益的前提下，对未发生严重破坏的路面结构进行预防性的修补， 提高路面结构的承载能力，保证路面使用寿命[1]。目前，我国高速公路中沥青路面占90%以上，因此，对沥青路面预防性养护进行研究具有实用价值。

2 沥青路面病害类型

2.1 裂缝

2.1.1 横向裂缝

横向裂缝的发展方向垂直于车辆的前进方向， 主缝的发展还会伴随支缝的产生。 横向裂缝还可根据产生原因分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝。 横缝产生的主要原因为高速公路车辆超载行驶[2]。

2.1.2 纵向裂缝

纵向裂缝的发展方向与行车方向平行。 纵向裂缝形成主要原因为：施工缝处理不当，在外部环境的作用下产生裂缝。当路基压实度达不到要求时，随着路基沉降的发生，路面同样会出现纵向裂缝。 公路改扩建中， 新旧路基搭接处理不妥当时，会导致纵缝发生。

2.1.3 网状裂缝

网状裂缝的主要特点为裂缝分布不规则； 形成原因主要为地基处理不当、路面施工温度控制较差。 沥青混合料黏性不够，当雨水渗入后导致裂缝产生。 当行车荷载作用于路面时，会导致路面抗疲劳性能降低，最终引发网状裂缝产生。

2.2 车辙

车辙病害主要分为：磨耗型、结构型、失稳型、压密性等。由环境原因造成的是磨耗型车辙； 因为结构层强度不够引起塑性形变形成的是结构型车辙； 因为路面凹陷形成的是失稳型车辙； 因为施工阶段路面的碾压强度不足变形成的是压密型车辙[3]。

2.3 坑槽类破坏

在冻融循环和车辆荷载共同作用下， 在路面内部水分子会产生压力，降低沥青混合料的黏结特性，使路面形成松散结构，最终形成坑槽。 导致坑槽的原因有以下几点。

2.3.1 水损坏导致

当路面发生冻融循环时， 会导致路面结构的抗疲劳性能降低；当雨水作用且存在行车荷载时，会导致路面出现松散脱落现象。 对雨水不及时清理，或对病害不进行及时修补，会导致坑槽的发生。

2.3.2 施工因素

夏季对沥青路面施工时，由于外界环境温度较高，会导致沥青出现老化现象，最终导致黏结力降低。 当行车荷载作用于路面时，会出现坑槽。 当温度较低时，基层与面层黏结效果较差，最终也会形成坑槽。

2.3.3 层间接触不良

对路面结构层施工时，应保证基层与面层具有足够的黏结性。因此，施工过程中应严格按照施工流程进行。当施工与相关要求不符，导致面层密实度不足时，路面结构层整体受力不均。当行车荷载作用时，导致应力无法分散，最终形成坑槽[4]。

2.3.4 交通因素

高速公路交通量越来越多，超载情况常有发生，该现象严重影响着路面结构的稳定性，导致沥青路面发生疲劳裂缝。 在外部环境的变化下，逐渐形成坑槽。

2.4 松散破坏

沥青混合料中沥青与集料原材料间的黏结力不足时，会导致集料外渗流失，该病害称为路面松散。 松散的表现形式为麻面或坑洞。 道路松散发生位置为表面层。

3 路面使用性能评定指标

路面使用性能评定包含内容共分为5 项，分别为：损坏状况、行驶质量、车辙、抗滑性能、结构强度。 路面使用性能主要通过路面使用性能指数（PQI）表示，该指标为综合指标。 单项性能指标表示方法见表1。

表1 单项性能指标表示表

路面技术状况评价体系如图1 所示。

图1 路面技术状况评价体系图

路面使用性能指数PQI 由PCI、RQI、RDI、SRI 四项值加权得到，并赋予各单项指标一定的权重值。

式中，PCI 为路面损坏状况指数；RQI 为行驶质量指数；RDI 为车辙深度指数；SRI 为抗滑性能指数。WPCI、WRQI、WRDI、WSRI分别为相应指标的权重。

4 高速公路沥青路面预防性养护对策

4.1 预防性养护决策影响因素

4.1.1 路面状况

当路面性能各项指标触及预防性养护阈值时， 应对路面性能进行恢复。 对病害进行预防性养护，可提高路面的使用性能，保持公路畅通。 路面病害类型对预防性养护决策起到制约作用，针对病害特点采取对应的养护措施。 当预防性养护无法满足病害程度时，可通过大中修来恢复路面性能[5]。

4.1.2 交通量和轴载

交通量直接影响着路面的使用寿命， 是路面承载能力的直接体现，因为交通量与路面的作用力成正比，所以，随着交通量的增加，路面出现病害的可能性也会随之增加，因此，交通量也会影响路面预防性养护工作， 交通量较大的公路及逆行预防性养护时应做好保通工作。

4.1.3 养护效益

预防性养护效益主要分为社会效益和经济效益。 预防性养护决策需对费用效益进行对比计算。 例如，预防性养护和大中修方案中，哪个方案最为经济合理；考虑社会效益时，采用哪种养护方式对环境造成影响较小[6]。

4.2 预防性养护措施

4.2.1 裂缝填封

开槽灌缝是利用开槽机开出深1.5～2 cm， 宽1～1.5 cm 的凿缝，裂缝深度不能大于宽度的2 倍，然后用密封胶把裂缝填充紧实。

4.2.2 表面封层

公路沥青路面预防性养护方法较多，主要分为：雾封层、稀浆封层、微表处、碎石封层、就地热再生等。养护方式不同，养护效果也不同，雾封层使用寿命约为2 年，稀浆封层、微表处、碎石封层使用寿命约为2～3 年，就地热再生使用寿命约4 年[7]。

5 案例分析

5.1 工程概况

本文所依托工程为某地区的高速公路。 该公路采用双向四车道，路线全长为70 km，通车时间为2003 年。通车7 年后，对该路面进行调查，结果见表2。

表2 路面调查表

通过调查可知：该公路路面主要病害表现为抗滑能力差。通过病害调查发现车辙占比为86.3%，泛油占比8.4%，横缝占比为5.3%。

综上所述，车辙病害是路面存在的主要病害，车辙病害通常是材料自身性能、环境、施工质量以及路面厚度等多种因素综合作用的结果，本文采用微表处对其车辙病害进行修复。

5.2 沥青混凝土设计

微表处混合料中乳化沥青采用改性乳化沥青。 改性乳化沥青具有拌和过程中不破乳、不离析、保持均匀的优点。 采用微表处技术修复车辙时， 需要满足路面抗压、 耐磨的性能要求。 所以，微表处技术在高速公路路面养护中应用时，需要根据路面的具体情况选择适合的级配要求。 利用微表处对车辙进行修复时，应采用0～5 mm 和5～9.5 mm 两档集料。 利用微表处罩面时，采用0～3 mm、3～5 mm、5～8 mm 三档集料[8]。

5.3 施工工艺及质量检验

微表处技术主要施工工艺为： 集料拌制—封闭交通—路面清扫—摊铺混合料—缺陷修复—碾压混合料—初期养护与开放交通。

施工时应对路面质量、 摊铺厚度、 混合料稠度等进行检验，结果见表3。

表3 检测结果表

通过调查结果可知：沥青路面微表处施工较好，开放交通后性能得到提升，随着开放交通时间增长，性能趋于稳定，路用性能表现较好。

6 结语

通过对沥青路面预防性养护进行分析，得出以下结论：

1）行驶质量、结构强度、损坏状况、车辙、抗滑性能等是路面使用性能评定的几个单项， 路面使用性能指数是路面使用性能的综合指标；

2）通过实际工程表明利用微表处技术对路面病害进行治理可取得较好效果。