山東高速公路路面病害調(diào)查與破壞機(jī)理研究

劉東美 葛超

摘 要：山東省高速公路和國省道公路建設(shè)經(jīng)歷了初步建設(shè)期、高速發(fā)展期，現(xiàn)已陸續(xù)進(jìn)步養(yǎng)護(hù)期。對高等級瀝青路面進(jìn)行病害調(diào)查和機(jī)理分析，可以為路面建養(yǎng)工程的評價、養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇提供有效的數(shù)據(jù)支撐，為現(xiàn)行的工程集料規(guī)范、實驗方法和生產(chǎn)工藝提出改進(jìn)建議，確保瀝青路面用于更長的生命周期。

關(guān)鍵詞：路面結(jié)構(gòu)；路面結(jié)構(gòu)；生命周期

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.164

0 引言

截止到2017年底，山東省公路通車總里程達(dá)27.1萬公里，公路密度達(dá)到172.8公里/百平方公里。其中：高速公路通車?yán)锍虨?820.9公里，一級公路通車?yán)锍虨?0311.6公里。山東省高速公路和國省道公路建設(shè)經(jīng)歷了初步建設(shè)期、高速發(fā)展期，現(xiàn)已陸續(xù)進(jìn)步養(yǎng)護(hù)期。對高等級瀝青路面進(jìn)行病害調(diào)查和機(jī)理分析，可以為路面建養(yǎng)工程的評價、養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇提供有效的數(shù)據(jù)支撐，為現(xiàn)行的工程集料規(guī)范、實驗方法和生產(chǎn)工藝提出改進(jìn)建議，確保瀝青路面用于更長的生命周期。

1 山東高速公路路面結(jié)構(gòu)調(diào)查

山東省高速公路瀝青結(jié)構(gòu)的發(fā)展可分為四個階段：

第一階段為1990年濟(jì)青高速公路建設(shè)開始至1997年，本階段修建的高速公路主要有濟(jì)青高速、泰華高速、濟(jì)德高速和濟(jì)聊高速，這一階段主是起步階段，瀝青面層的設(shè)計按規(guī)范執(zhí)行，面層采用LH-H型或者AK結(jié)構(gòu)，中下面層采用LH-H型，瀝青面層厚度多為15cm，路面總厚度70cm左右，這一階段部分高速公路路面結(jié)構(gòu)如表 1所示：

第二階段為1998年至2002年，在這一階段山東修建了大量的高速公路，也是山東省高速公路飛速發(fā)展的階段，這一階段新材料、新工藝開始逐漸應(yīng)用到高速公路瀝青面層的施工過程，如改性瀝青、新型瀝青混合料（Superpave、多級嵌擠混合料、SMA等），表面層的早期損害從一定程度上得到了解決；但對中下面層材料設(shè)計、厚度與粒徑的匹配關(guān)系重視不足，中下面層多為5cmAC-20I+6cmAC-30Ⅱ，半剛性基層厚度增大，且強(qiáng)度提高，瀝青面層厚度仍為15cm，路面總厚度為80cm左右，表2給出了濟(jì)南西環(huán)等三條高速公路路面結(jié)構(gòu)調(diào)查。

第三階段為2002年至2006年，開始全面對瀝青面層、半剛性基層、柔性以及路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，瀝青面層厚度加大，大部分為18cm，路面總厚度為70-80cm，對各層材料設(shè)計都比較重視，中上面層均采用改性瀝青，并對各層混合料級配進(jìn)行改善，柔性基層瀝青路面開始在大修工程中應(yīng)用，表3給出了部分高速公路的路面結(jié)構(gòu)。

第四階段為2007年至今，瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，逐漸推廣采用永久性瀝青路面結(jié)構(gòu)，即增加12-15cm透水性大粒徑瀝青混合料（LSPM），瀝青層總厚度為31-33cm基層一般采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料，分兩層鋪筑，底基層一般鋪筑單層低劑量的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定風(fēng)化砂等，路面總厚度一般為86cm左右。該階段對瀝青路面各層材料設(shè)計更加重視，表面層大面積采用SMA、中下面層開始使用Superpave進(jìn)行設(shè)計與質(zhì)量控制，大粒徑瀝青混合料LSPM開始在新建工程中大面積采用，結(jié)構(gòu)層間的處理進(jìn)一步得到重視，熱瀝青封層全面采用。表4為第四階段部分高速公路路面結(jié)構(gòu)，由于開發(fā)交通時間較短，路面未出現(xiàn)病害。

從山東省高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)展來看，經(jīng)歷了照搬、理解和創(chuàng)新的發(fā)展過程，路面結(jié)構(gòu)和材料逐步走向多樣化、合理化，從第三階段的大修工程和第四階段的新型路面結(jié)構(gòu)和材料的推廣應(yīng)用來看，柔性基層瀝青路面在重載交通環(huán)境中取得了良好的使用效果，因此，根據(jù)交通荷載、氣候及當(dāng)?shù)夭牧咸攸c嘗試采用多元的路面結(jié)構(gòu)是可行的。

2 山東省高等級公路路面結(jié)構(gòu)調(diào)查

山東省公路路網(wǎng)發(fā)展較早，許多一級、二級都修建于上世紀(jì)80年代末或90年代初，受當(dāng)時交通量、交通載荷、科技水平與施工水平制約，當(dāng)時修建的一級、二級公路標(biāo)準(zhǔn)都比較低，一般路面結(jié)構(gòu)為：5-6cm瀝青混凝土+16-20cm水穩(wěn)砂礫+20cm灰土。

隨著90年代末期交通量與交通載荷的急劇增大，加上高速公路的建設(shè)熱潮，許多一級、二級路迅速破壞，因此從2000年開始對路網(wǎng)進(jìn)行大面積的改建和擴(kuò)建，提供等級以適應(yīng)交通的發(fā)展。在改擴(kuò)建時有許多新建工程，改建時采取在舊路面上采取直接加鋪的方法。本次調(diào)查主要為山東省內(nèi)部分地區(qū)國省道一級和二級公路，具體情況見表5。

通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)山東省一級公路與二級公路瀝青路面結(jié)構(gòu)比較單一，全部采用了半剛性基層。一級公路瀝青面層厚度一般在9-10cm，基層一般厚度為32-36cm，材料為水泥穩(wěn)定碎石，底基層一般為石灰土，整體路面結(jié)構(gòu)厚度為54-63cm，符合國家現(xiàn)行的公路設(shè)計規(guī)范。

3 山東省瀝青路面病害情況

山東省高速公路路面結(jié)構(gòu)形式主要以半剛性基層瀝青面層為主，底基層按因地制宜、就地取材的原則，主要有石灰土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土、水穩(wěn)砂礫與水泥穩(wěn)定風(fēng)化砂等，基層主要有水泥穩(wěn)定碎石和二灰穩(wěn)定碎石。

山東省一級公路與二級公路瀝青路面結(jié)構(gòu)比較單一，全部采用了半剛性基層。一級公路瀝青面層厚度一般在9-10cm，基層一般厚度為32-36cm，材料為水泥穩(wěn)定碎石，底基層一般為石灰土，整體路面結(jié)構(gòu)厚度為54-63cm，符合國家現(xiàn)行的公路設(shè)計規(guī)范。

半剛性基層瀝青路面在投入使用后，對著時間的增加最先出現(xiàn)的路面病害是各種形式的裂縫，一般表現(xiàn)為橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫和不規(guī)則裂縫。 其中，縱向裂縫一般發(fā)生在行車道，長度范圍從幾米到幾十米不等，幾乎所有被調(diào)查的公路均有縱向裂縫發(fā)生。而且，多數(shù)縱向裂縫會從瀝青面層向下發(fā)展，從而出現(xiàn)坑槽、沉陷等病害。一般情況，路面最先出現(xiàn)的單條縱向裂縫，之后會相繼產(chǎn)生支縫和多條縱向裂縫，最終發(fā)展成網(wǎng)裂。橫向裂縫主要表現(xiàn)在半剛性基層的反射裂縫和面層的溫縮裂縫，一般情況下，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)橫向裂縫后，隨著路面雨、雪的侵入，路面結(jié)構(gòu)層會在水因素的影響下和行車載荷的反復(fù)碾壓下，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)承載能力迅速降低，最終發(fā)展成坑槽、沉陷、車轍等病害。

4 結(jié)論

山東省屬于典型的暖溫帶季風(fēng)氣候，四季差別加大，而且山東省作為經(jīng)濟(jì)大省，交通行車率較高，貨車超載現(xiàn)場異常嚴(yán)重和普遍，在這樣氣候環(huán)境和交通背景下，山東省高等級公路在壽命周期內(nèi)出現(xiàn)病害的幾率越來越大，需要隨時跟蹤路面病害發(fā)展情況，盡可能的增加預(yù)防性養(yǎng)護(hù)力度，提高高等級公路的生命周期的意義十分重大。

參考文獻(xiàn)：

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