大新高速公路路面維修處治設計

高 源

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012）

1 概況

山西省作為以煤炭資源為主的能源大省，重型和特重型車的運輸比例很高，局部路段在超負荷行車荷載的作用下，出現(xiàn)了不同程度的病害。路面病害的發(fā)生給公路的正常運行造成了較大的影響，車輛在公路上不能快速通過，堵車現(xiàn)象時有發(fā)生，行車存在安全隱患，公路的服務水平也隨之降低。

大（同）新（廣武）高速公路是大（同）運（城）高速公路的重要組成部分，全長97.009 km，其中水泥混凝土路面51.017 km，瀝青路面45.992 km，于2002年12月建成，并正式投入運營。經過多年的運營，所屬大新高速的水泥混凝土路面出現(xiàn)了破碎板、露骨、錯臺等病害；而瀝青混凝土路面則出現(xiàn)了網裂、橫向裂縫、縱向裂縫、車轍等病害；局部路段路面的基層也出現(xiàn)了不同程度的損壞。各相關單位對大新高速公路路面進行了全面調查、檢測，并提出了相應的維修處治方案。

2 檢測方案與評價方法

2.1 檢測方案

根據(jù)現(xiàn)行《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）[1]將公路技術狀況分為優(yōu)、良、中、次、差5個等級，按表1規(guī)定的標準確定。

表1 公路技術狀況評定標準

根據(jù)大新高速公路的實際情況，為了能較為全面地掌握現(xiàn)有路面的破壞情況，制定了有針對性、人工調查與儀器檢測相結合的方法對現(xiàn)有路面進行全面調查，具體方案詳見表2。

表2 路面檢測方案一覽表

2.2 評價方法

2.2.1 路面狀況指標（PCI）評價方法[1]

路面（PCI）計算方法：確定不同損壞類型、嚴重程度的權重；按公里分列計算路面破損率（DR），并按公式PCI=100-a0DRa1計算路面狀況指數(shù)（PCI），再以公里為單位，分車道評定路面狀況等級。

通過對路面破損狀況調查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向PCI總體平均值74.84，按現(xiàn)行規(guī)范評價為中；大新高速下行方向PCI總體平均值74.23，按現(xiàn)行規(guī)范評價為中。

2.2.2 路面車轍（RDI）評價方法[1]

路面車轍用路面車轍深度指數(shù)（RDI）評價按式（ 2）：

式中：RD為車轍深度；RDa為車轍深度參數(shù)，采用20 mm；RDb為車轍深度限值，采用35 mm；a0為模型參數(shù)，采用2.0；a1為模型參數(shù)，采用4.0。

通過對車轍數(shù)據(jù)分析，大新高速公路上行路面車轍深度指數(shù)（RDI）平均值為89.42，按現(xiàn)行規(guī)范評價為良；大新高速公路下行路面車轍深度指數(shù)（RDI）平均值為86.04，按現(xiàn)行規(guī)范評價為良。

2.2.3 路面結構強度（PSSI）評價方法[1]

路面結構強度指數(shù)（PSSI）按式（3）計算：

式中：SSI為路面結構強度系數(shù)，為路面設計彎沉與實測代表彎沉之比；ld為路面設計彎沉，mm；l0為實測代表彎沉，mm；a0為模型參數(shù)，采用 15.71；a1為模型參數(shù)，采用-5.19。

通過對路面結構強度調查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面PSSI總體平均值90.88，按現(xiàn)行規(guī)范評價為優(yōu)；大新高速下行方向路面PSSI總體平均值88.70，按現(xiàn)行規(guī)范評價為良。

2.2.4 路面行駛質量指數(shù)（RQI）評價方法[1]

路面平整度的評價標準采用路面行駛質量指數(shù)（ RQI）按式（ 4）評價：

式中：IRI為國際平整度指數(shù)；a0為標定系數(shù)，采用0.026；a1為標定系數(shù)，采用 0.65。

通過對平整度檢測數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面RQI總平均值為92.41，按現(xiàn)行規(guī)范評價為優(yōu)；大新高速下行方向路面RQI總平均值為92.85，按現(xiàn)行規(guī)范評價為優(yōu)。

2.2.5 路面抗滑性能(SRI)評價方法[1]

路面抗滑性能用路面抗滑性能指數(shù)（SRI）評價，按式（ 5）計算：

式中：BPN為擺值；SFC為橫向力系數(shù)；SRImin為標定參數(shù)，采用35.0；a0為模型參數(shù)，采用28.6；a1為模型參數(shù)，采用-0.105。

通過對路面抗滑性能調查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面SRI總體平均值88.20，按現(xiàn)行規(guī)范評價為良；大新高速下行方向路面SRI總體平均值85.91，按現(xiàn)行規(guī)范評價為良。

2.2.6 地質雷達檢測

地質雷達技術（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）利用主頻為106～109Hz波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經地下目的體或地層的界面反射后返回地面，被雷達天線接收器所接收并傳輸?shù)街鳈C，對所接收的雷達信號進行處理和圖像解譯，達到探測目的。

根據(jù)測線雷達成像剖面圖，運用解譯方法對所有剖面進行了分析解釋。選擇局部段的典型剖面解釋如圖1、圖2。

圖1 慢車道中央測線K517+370—K517+394段探測典型雷達剖面圖

該典型剖面為慢車道中央測線K517+370—K517+394段探測典型雷達剖面圖，從圖中可以清楚地 看 出 ：K517+377—K517+379、K517+385—K517+387兩處基層位置有較大空洞異常，整個剖面基層存在連續(xù)脫空異常。

圖2 行車道中央測線K495+400—K495+424段探測典型雷達剖面圖

該典型剖面為行車道中央測線K495+400—K495+424段探測典型雷達剖面圖，從圖中可以清楚地看出：K495+400—K495+421段面層下存在不連續(xù)間距約5 m的板縫下異常區(qū)，K495+412—K495+424段落基層存在連續(xù)脫空異常。

經過現(xiàn)場探測和數(shù)據(jù)分析解譯工作，對各條剖面異常信息的解釋結果進行匯總，得出以下結論，并進一步對基層內及基層下存在的雷達異常區(qū)布設必要的鉆孔進行驗證。

a）路面面層脫空主要集中在水泥面板板縫處，水泥面板下局部存在脫空現(xiàn)象。

b）路面下基層存在大量脫空及破碎帶，甚至空洞。

c）面層脫空異常已進行鉆芯取樣，驗證結果與異常特性一致。

2.2.7 鉆芯取樣

經取芯試驗得出基本結論：在普通裂縫處大新高速公路超車道基層較好，面層破壞嚴重；在普通裂縫處行車道及慢車道基層和面層破壞嚴重。

3 維修處治方案

3.1 路面維修處治設計原則[2]

對現(xiàn)有路面的維修處治與新建公路的設計思路有較大的區(qū)別，因此路面維修處治方案應遵循以下原則：

a）減小社會影響，不中斷交通，快速施工，快速開放交通。

b）不影響正常運營、并確保行車安全。

c）經濟合理，綜合經濟效益好。

d）恢復路面使用功能及服務水平。

e）注重節(jié)約資源，堅持廢物利用，對于瀝青廢料擬用廠拌熱再生技術用于路面的中（下）面層，對基層采用現(xiàn)場冷再生技術。

f）技術標準不變，原路線平面不作變動。

3.2 瀝青路面維修處治方案[3]

根據(jù)病害現(xiàn)狀，決定從結構修復、路面封水和改善表面功能3個方面來著手解決：對已損壞基層的路面采用銑刨已經破壞的面層，對基層進行修復，恢復其結構功能；對損壞面層的路面，僅對瀝青面層進行維修；對于強度滿足要求，只是表面功能弱化的路段采用微表處達到路面封水和恢復功能的目的。

3.2.1 Ⅰ型方案用于路面需預防性養(yǎng)護路段

路面有輕微縱裂、橫裂，平整度較好路段，灌縫后采用1.0 cm厚的MS-3型微表處罩面處理。

3.2.2 Ⅱ型方案用于上面層損壞路段

對于路面塊裂、龜裂或車轍深度RD＜20 mm，上、中面層分離的路段，銑刨原路面厚度5 cm后，鋪設5 cm AC-16中粒式密級配SBS改性瀝青混凝土，維持原路面設計標高。

3.2.3 Ⅲ型方案用于上、中面層損壞路段

對于路面龜裂或車轍深度RD＞20 mm，上、中面層分離破壞的路段，銑刨原路面厚度11 cm后，面層由上至下分別為5 cm AC-16中粒式密級配SBS改性瀝青混凝土、6 cm AC-20密級配SBS改性瀝青混凝土（廠拌熱再生），維持原路面設計標高。

3.2.4 Ⅳ型方案用于路面基層損壞的路段

對于路面龜裂嚴重或路面沉陷，路面面層分離破壞、基層松散路段，將瀝青面層15 cm銑刨后，對原設計的基層17 cm進行現(xiàn)場冷再生后，重新鋪筑瀝青面層，瀝青上面層為5 cm AC-16C中粒式密級配SBS改性瀝青混凝土，下面層采用10 cm ATB-25密級配SBS改性瀝青碎石（廠拌熱再生），維持原路面設計標高。

對于瀝青上面層材料的選擇，提出了SBS改性瀝青混凝土上面層與SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層的比較；對于基層破損的路段，提出了中、下面層兩層合并成一層粗粒式密級配瀝青碎石（ATB）的方案和恢復原設計3層瀝青面層的方案，并對兩者進行了方案比較。

綜合比較來看，推薦方案受力均衡、整體穩(wěn)定性好、維修處治費用省、社會效益明顯、當天開工路段當天就能開放交通，最能滿足邊通車邊維修處治的功能及便于施工質量控制及節(jié)省造價等優(yōu)點。

3.3 水泥混凝土路面維修處治方案[4]

根據(jù)病害現(xiàn)狀，決定對局部破損水泥混凝土面板先按水泥路面破損類型分別進行修復維修處治。處治原水泥路面后，灑布SBS改性乳化瀝青黏層油，并設應力吸收層；后采用“白加黑”方案對水泥混凝土路段加鋪4 cm+6 cm的瀝青面層，上面層采用細粒式改性瀝青混凝土（AC-13），下面層采用半開級配大粒徑瀝青碎石，中間層采用SBS改性乳化瀝青稀漿封層（ ES-3）。

4 結語

通過使用多種技術手段對公路路面病害進行檢測，特別是引入地質雷達技術對無法直接觀察的路面以下結構病害進行檢測，都為公路路面病害維修處治提供了較為準確的依據(jù)，對設計人員路面處治方案的確定也提供了較大幫助，明確了病害原因，提出了具有針對性的處治措施。