甘肅瀝青公路路面早期病害分析及其結構優化設計

祁德秀

甘肅省交通科學研究所有限公司，甘肅蘭州 730050

1 概述

隨著國家西部大開發政策的持續推行，進出西北地區及甘肅省的車流量迅速增長、單車重量不斷加大，甘肅省已通車運營的等級公路瀝青路面已出現了一些松散、車轍、裂縫等早期病害，病害發生時間多則在通車后3～5年，少則1年。據交通養護主管部門統計，甘肅省高等級公路瀝青路面出現早期病害已約有300多公里。研究表明，造成瀝青路面早期病害的原因雖然復雜，但其中路面結構的設計恰當與否確是影響路面早期病害的重要因素之一，因此，有必要探討適宜的瀝青公路路面結構型式，以減小瀝青路面早期病害對公路建設造成的影響。

2 瀝青路面早期病害及原因分析

2.1 瀝青路面早期病害

為了了解瀝青路面的早期病害，作者對2002年～2007年的瀝青公路進行了詳細調查，本次調查共18條公路，其中高速公路14條，一級公路2條，二級公路2條。通過對現場調查成果的分析與總結表明：

1）不同自然氣候區早期病害

隴東、隴西黃土高原區8條高速公路，2條一級公路和2條二級公路早期病害主要表現為：橫、縱向裂縫，坑槽，車轍。河西荒漠區6條高速公路早期病害主要表現為橫向裂縫和車轍。

2）不同等級公路早期病害

高速公路瀝青路面早期病害主要表現為：橫向裂縫和車轍，其中白蘭高速水損壞嚴重。

一級公路共2條，為瀝青混凝土路面，路面早期病害主要表現為橫、縱向裂縫。

二級公路共2條，為瀝青混凝土路面，路面早期病害主要表現為橫、縱向裂縫、網裂和龜裂，其中發生網裂的路段伴有不均勻沉陷。

2.2 瀝青路面早期損壞原因分析

路面早期產生的原因很復雜，既有個別原因也有共性原因，既有技術問題也有管理問題，既有外因也有內因。在病害發展的各個階段，造成各種病害的原因各不相同，歸納后其影響因素共有氣候、交通、設計、施工、養護等方面。

2.2.1 氣候條件

氣候因素包括溫度和濕度。甘肅省氣候寒冷干燥，氣溫日差較大，光照充足，太陽輻射強，年極端最高氣溫為34～45℃，年極端最低氣溫為最低-33～-27℃。溫度過低區，路面內會產生較大的收縮內力而致使路面出現橫向裂縫；溫度較高區，在渠化交通和超載車的影響下路面則會出現車轍；高溫多雨或融雪區季節，在汽車動荷載的反復作用下，孔隙水的沖刷會稀釋瀝青，同時加速瀝青和骨料的剝離，造成瀝青上浮，致使路面出現松散或坑槽。受氣候的影響，甘肅省瀝青路面極易出現裂縫和車轍早期病害。

2.2.2 交通量和超載車問題

高速公路建設時預測的交通量增長速度，一般都趕不上實際的增長速度。而且不僅是交通量的數量增加，更直接地反應在超載車輛的問題上。根據巉柳高速2005年和2006年間隙式觀測站交通量年統計報表分析交通量增長情況可發現：

1）在2006年8月份以后交通量與2005年同期相比增長了2～3倍 ；

2）2006年與2005年相比，日交通量均增長了一倍，而重載車在2006年9月比2005年9月日交通量增長了30多倍；

3）大貨車占當年全年車輛的平均占有率由3%增加到4%；重載車占當年車輛的平均占有率由1%增加到8%。

由上述分析可知：高速公路的交通年平均增長率成倍的增長，而并非按設計時7～8%的增長率增長，高速公路建設時預測的交通量增長速度，遠不及實際的增長速度，而隨著車輛生產的大型化，重載車增長率更為明顯。

2.2.3 路面結構設計對早期病害產生的影響

甘肅境內瀝青路面早期病害的產生與單一的半剛性基層結構使用有著直接的聯系。半剛性基層路面具有較高的強度及抗彎曲能力，并能夠充分利用當地材料而顯得較為經濟。但半剛性基層有著本身難以克服的缺陷和不足，這是由于較高強度的半剛性基層可能會導致較大的干縮、溫度裂縫的產生，并促使面層產生反射裂縫。同時，雨水會從裂縫中下滲，并積聚在面層與基層中間，出現基層唧泥現象，降低了瀝青層與半剛性基層層間的連接狀態，加速了路面結構的破壞。

2.2.4 瀝青路面施工對早期病害的影響

施工質量隱患對路基、路面強度及穩定性的影響，是路面早期病害的又一原因。

2.2.5 養護管理中存在的問題

維修養護與半剛性基層瀝青路面早期損壞有很大關系，在病害形成階段及時維護，能有效的防止病害發展，尤其是對先天性的病害采取預防性養護措施，可使瀝青路面早期損壞減少到最小程度。但是，長期以來，由于資金不足和“重建輕養”的思想，在普通公路的養護中常常集中資金進行突擊性病害維修，經常性養護方法無法落實。因此，養護時間及維修養護方法不當都是造成早期病害進一步惡化的原因。

3 防止瀝青路面早期病害的優化路面結構型式

盡管造成瀝青路面出現早期病害的原因很多，但設計因素的影響是最根本也是最主要的，只有設計合理，才能在其它措施下有效解決路面病害。鑒于此，以下將對路面結構的優化問題進行細致的探討。

1）設置級配碎石過渡層、防止反射裂縫

設置了粒料（碎石）過渡層的“倒裝式結構”，在國外也稱為“三明治式結構”，由于級配碎石層相對于瀝青層和半剛性基層來說，無論從強度、穩定性各方面都比較弱，所以會使路面成為“夾心餅干”。為了防止因為設置粒料層又出現新的早期損壞，粒料基層必須采用高質量、良好級配、堅硬的碎石，其厚度最好為10～15cm。

2）改善排水設施，減少水損壞

為了盡快排出進入路面的水，可以在瀝青層的邊緣，做一個縱向的排水溝，方法是鋪筑寬20cm左右，深度超過瀝青層的單一粒徑粗碎石排水溝，在每隔5m左右再做一個橫向的出水口，排至路外。

3）加強瀝青層與基層間的聯結

為了改善瀝青層與基層的界面條件，應保證基層和瀝青層連續施工，以及做好噴灑好透層油，做好封層。

4）提高瀝青混合料性能。

對于甘肅省境內的瀝青公路，提高瀝青混合料的性能，主要是提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力，主要注意事項有瀝青性質，碎石最大粒徑、表面粗糙度、顆粒形狀，礦粉、砂的用量及礦料級配，瀝青含量，瀝青混合料的施工密實度等。

5）中央分隔帶綠化改為封閉

甘肅省內由于嚴重缺水，中央分隔帶的綠化作物常常枯死，達不到綠化美化的效果。若將綠化撤除改為封閉，不僅解決了中央分隔帶滲水的問題，也節約了灌溉資金，節省了養護費用。

6）設置封層或應力吸收層

在半剛性基層上設置封層或應力吸收層，增強半剛性基層與瀝青層之間的聯結，可有效防止反射裂縫的發生。目前，Strata應力吸收層、橡膠瀝青應力吸收層AR-SAMI及SBS改性瀝青同步碎石層都廣泛的應用在半剛性基層上。

7）采用瀝青穩定碎石加半剛性基層組成的混合式基層

混合式基層能有效地降低了半剛性基層的疲勞應力水平和其層間的剪切應力，從而瀝青路面整體抗車轍能力。目前正在建設的永咸高速公路、鳳永高速公路、藍商高速公路、柞小高速公路等均采用了瀝青穩定碎石基層加半剛性基層組成的混合式基層，瀝青層厚度由原來的15cm增加至18～22cm。

8）改善無機結合料穩定集料基層

采用強度適中，收縮性小，抗裂性能和抗沖刷性能好的無機結合料穩定集料基層，控制水泥劑量不要過大，嚴格控制粒料中不包含土，減少細粉的含量，同時加強水泥穩定碎石的配合比設計。

4 結論

本文在對我省瀝青公路路面早期病害實地調研的基礎上，詳細分析了瀝青路面早期病害產生的原因，針對這些病害，作者給出了瀝青路面優化設計的若干措施，以期為減少瀝青路面早期病害做出貢獻。

[1]沙慶林著.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]沈金安.國外瀝青路面設計方法總匯[M].北京:人民交通出版社,2004

[4]孟書濤.瀝青路面早期損壞與結構設計的關系.中國公路網,2004(10).