基于瀝青路面半剛性結構的破損研究及評價

李 穎

(新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016)

基于瀝青路面半剛性結構的破損研究及評價

李 穎

(新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016)

半剛性基層路面的性能評價是對路面養護、鋪裝、維護的有力依據。然而依據現行公路技術評價體系對西部高速公路進行評價時，路面狀況指數經常超限。針對這一問題，文章基于國內外瀝青路面破損及評價研究現狀，從計算彎沉值、路面結構強度指數PSSI、路面車轍狀況RDI等方面，研究了半剛性基層瀝青路面結構破損狀況的計算方法，并結合工程實例進行了應用分析，為瀝青路面半剛性結構破損評價提供理論依據。

瀝青路面；裂縫；半剛性結構；破損評價

0 引言

當前我國高速公路建設迅速發展，高速公路養護問題也逐漸受到公路工作者的重視。高速公路的質量評價是道路養護的重要前提，其決定著管理系統設計、養護經費預算、維護對策等[1]。我國瀝青路面設計壽命一般為15年，但是一小部分高速公路在通車1～3年內就開始出現破損，嚴重影響行車安全[2-3]。半剛性基層路面很容易開裂，裂縫的出現不僅使路面的承載能力下降，而且在車輛的往復作用下，面層還會產生反射裂縫。除了裂縫之外，車轍、泛油、沉陷等道路病害也會嚴重影響其使用性能。

各種破損情況按照成因可以分為結構性破損和非結構性破損。非結構性破損主要有：間距在100 m以上的橫向裂縫、縱向施工接縫、波浪、泛油、輕微車轍、松散、老化、坑槽、修補破壞等。結構性破損主要有：間距<100 m的橫向裂縫、非施工接縫的縱向裂縫、不規則的裂縫、龜裂、嚴重車轍、不均勻沉降、唧漿、龜裂等[3]。目前，依據現行公路技術評價體系對西部高速公路進行評價時，路面狀況指數經常超限。然而，瀝青路面加鋪層設計僅參考舊路面彎沉量，當彎沉量小于設計值時就無法實施加鋪。

針對這個問題，本文首先對瀝青路面的主要性能指標進行分析，重點研究了半剛性基層瀝青路面結構性破壞評價的計算方法。從計算彎沉值、路面結構強度指數PSSI、路面車轍狀況RDI等方面對其進行全面評價，并按照此方法對工程實例進行分析，指出其存在的問題并給出修復方法。希望為今后瀝青路面半剛性結構破損評價提供理論依據。

1 路面結構性破壞評價的計算方法

為了便于分析，本文將瀝青路面損害分為四種：裂縫、表面損壞、變形、其它。鑒于每個路段都可能出現不同的損害類型，其嚴重程度也不盡相同，因此采用綜合評價法。瀝青路面綜合破損率[4]：

(1)

式中：D——調查路面內的破損折合面積，m2；

A——調查路段的總面積，m2；

Dij——第i類、第j種破壞的面積，m2；

Kij——第i類、第j種破壞的折算系數，%。

為了簡化分析，根據瀝青路面綜合破損率DR得出路面破損評價指數[5]：

PCI=100-15DR0.412

(2)

評價體系中認為PCI>90的路面狀況指數是優，<60的路面狀況是差[6-7]。由式(2)可以看出，DR越大其對PCI的影響越小。但是在試驗中發現，道路上車轍數量的多少決定了PCI指數的變化，其余損害對PCI指數并未有較大影響。因此僅僅依靠PCI去評價路面破損情況并不科學，本文將從試驗路段的計算彎沉值、路面結構強度指數PSSI、路面車轍狀況RDI三方面進行綜合評價。路面破損評價標準見表1。

表1 路面破損評價標準表

試驗路段的計算彎沉值：

(3)

路面結構強度指數：

(4)

路面車轍狀況：

(5)

其中：RD——車轍深度，mm；RDa——車轍深度參數，取20mm；RDb——車轍深度限制參數，取35mm。

2 工程實例評價分析

隨著當地經濟的飛速發展，該路段交通量明顯增加，經過3年的運營，該道路路面已經出現破損。公路部門先后對該路段進行維修并養護，可是重點病害仍反復出現，表現為車轍、裂縫、松散等。為了消除安全隱患，對該高速公路K1194～K1240合計46km路段進行路面綜合破損情況評價。根據評價的需要，計算出各個損害類型的折算面積，并據此得出各種病害所占的比例，見圖1。

圖1 試驗路段破損組成情況餅狀圖

由圖1可以看出，對該路段影響最大的病害是麻面，占到了86.52%，其次是車轍占5.07%，其余病害所占比例均<4%。對該路段上下行線的超車道、行車道進行PCI指數評價，評價結果見圖2。

圖2 路面破損綜合評價情況餅狀圖

由圖2可知，試驗路段優、良兩個等級的路面占整體的53%，差的路段占到了整體的42%，可見試驗路段路面破損處于兩個極端。全路段的綜合評價水平較低，麻面是試驗路段的主要病害。對試驗路段進行PCI分析，發現K1194～K1210段的PCI值大于K1210～K1240的值，即病害主要發生在后一段。對實驗路段進行彎沉檢測分析，得到的彎沉值分布曲線見圖3。

圖3 試驗路段彎沉值分布曲線圖

圖3中的虛線是等級“良”下的彎沉值下線，因此由圖3可以看出，K1210～K1240段的彎沉值整體高于“良”等級。查閱公路的設計資料得知，彎沉值較大的路段是在原有路基礎上加鋪而成。進一步研究得出，舊路加鋪改造后的路段強度明顯不足，43.45%的路段PSSI為“次”和“差”等級。

K1210+900～K1213+600、K1238+100～K1240+000等部分路段出現早期病害后進行了加固處理。改造過程為：先在舊路面上鋪10～20cm的天然砂礫，隨后鋪設20cm厚的5%水穩砂礫。由圖3可以看出，這些改造后的路段彎沉值在允許范圍之內，說明改造效果明顯。設計時的K1217+300～K1219+460、K1233+500～K1238+120路段舊路路面平整，路況較好，僅進行了罩面，并未加固，但是評價結果顯示此路段彎沉十分嚴重。

對實驗路段進行RDI評價分析見圖4，下邊的虛線為“良”等級的車轍深度，上邊的虛線為“中”等級的車轍深度。由圖4可知，試驗道路全程均有不同深度的車轍，92%的路段車轍深度都能達到“良”水平，只有K1195+240～K1195+830路段存在較深的車轍，因為該路段是上坡路，在交通載荷和重力分量的共同作用下，車轍較重，最大車轍深度可達40mm。

圖4 試驗路段車轍分布曲線圖

針對該路段的破損評價情況，給出如下維修方案：

(1)對于PCI指標是“優”和“良”的路段應以日常養護為主，當PCI指標低于“中”時應當進行罩面處理；

(2)對于K1210～K1240段彎沉值低于“中”水平的路段，建議挖除其基層和面層，對路基進行銑刨處理，并重新鋪設面層和基層。

(3)對于K1195+240～K1195+830上坡路段，設計時應該使用強度更大的面層和基層材料。

3 結語

高速公路的質量評價是道路養護的重要前提，決定著管理系統設計、養護經費預算、維護對策等。

然而，依據現行公路技術評價體系對西部高速公路進行評價時，路面狀況指數經常超限。本文從計算彎沉值、路面結構強度指數PSSI、路面車轍狀況RDI等方面對其進行全面評價，并按照此方法對工程實例進行分析，得出：(1)對于舊路升級改造，不能只進行罩面而不加固，將會導致嚴重的彎沉；(2)上坡路段存在嚴重的車轍損害，設計時應該使用強度更大的面層和基層材料。

[1]魏道新.半剛性基層瀝青路面損壞模式與結構優化研究[D].西安：長安大學，2010.

[2]武建民.半剛性基層瀝青路面使用性能衰變規律研究[D].西安：長安大學，2005.

[3]曾江洪，許 佳.高速公路瀝青路面破損狀況評價指標體系研究[J].公路工程，2009(3)：120-122.

[4]李紅英，李風增，范慧鶴，等.基于模糊層次分析法的瀝青路面破損狀況評價[J].交通標準化，2012(6)：40-44.

[5]鐘云健.西南山區公路瀝青路面性能評價指標研究[J].北方交通，2014(7)：53-56.

[6]廖文來，張君祿，葉堯輝.某道路路面破損分析及處治對策[J].工業建筑，2014(S1)：1071-1073.

[7]吳 博.瀝青路面裂紋的形成機理及擴展行為[J].交通標準化，2014(11)：62-65.

Damage Research and Evaluation on Semi-rigid Structure Based on Asphalt Pavement

LI Ying

(Xinjiang Beipeng Civil Engineering Testing and Counseling Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

The performance evaluation of semi-rigid base-layer pavement is the strong basis for pave-ment maintenance，paving and maintenance.However，when evaluating the expressway in western region based on current highway technology evaluation system，the pavement condition index often goes over the limit.Regarding this problem，based on domestic and foreign asphalt pavement damage and evaluation situation，and from the aspects of calculating the deflection value，pavement structural strength index PSSI，and pavement rutting condition RDI，this article studied the calculation method of semi-rigid base-layer asphalt pavement structure damage condition，and conducted the application analysis combined with engineering practices，thereby providing the theoretical basis for the semi-rigid structure damage evaluation of asphalt pavement.

Asphalt pavement；Cracks；Semi-rigid structure；Damage evaluation

李 穎(1986—)，助理工程師，研究方向：公路工程試驗檢測。

U416.223

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.005

1673-4874(2015)07-0020-03

2015-06-05