南寧至友誼關高速公路瀝青路面中長期養護決策分析

唐忠國

(廣西交通投資集團崇左高速公路運營有限公司，廣西 崇左 532200)

0 引言

合理的瀝青路面中長期養護決策能有效保護路面結構強度或大幅緩解路面結構強度下降的速度，延長路面使用壽命，節約養護成本。本文通過對南友路當前預防性養護措施、路面結構強度及路面疲勞壽命等方面的研究，提出了適合南友路瀝青路面中長期養護的決策建議。

1 南友路概況

南友路于2005-12-28日建成通車，全長180.063 km，起于南寧市吳圩鎮，終于中越邊境友誼關，是中國通向東盟的國際陸路大通道。南友路主線瀝青路面結構為AC-13SBS改性瀝青混凝土上面層(4 cm)+AC-20中粒式瀝青混凝土中面層(5 cm)+AC-25粗粒式瀝青混凝土下面層(6 cm)+水泥穩定碎石基層(58 cm)。隨著交通量的增長，已運營12年的南友路路面使用性能逐步下降，路面出現了不同程度的病害，典型病害主要有縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、車轍、塊裂、掉粒及麻面等[1]。針對所出現的病害，管養單位積極開展預防性養護工作，其措施主要有AC-8型超薄磨耗層加鋪、SBS改性乳化瀝青微表處及SBS改性乳化瀝青霧封層、含砂霧封層等[2，3]。

2 預防性養護對路面結構強度及路面使用壽命的影響

2.1 養護措施對路況指標的影響分析

2017年12月，管養單位采用多功能路況快速檢測系統CiCS對南友路進行全面路況檢測。為便于尋找南友路預防性養護路段和未預防性養護路段路況指標的差異，將檢測結果分為未預防性養護路段和已實施預防性養護路段兩大類對比，并將已實施預防性養護路段這一類進一步細化成不同預防性養護措施及實施年份的十個小段，具體路段路況指標的平均值見表1。

表1 2017年12月南友路不同養護措施路段路況指標對比表

表2 南友路不同預防性養護措施性能對比分析表

由表1可知，南友路預防性路段的各項路況指標平均值均明顯高于未預防性養護路段，其中預防性養護路段中采取AC-8型超薄磨耗層預防性養護措施的路況指標平均值最高，且明顯高于采取其他預防性養護措施的路段。結合表2的對比分析情況可知，南友路預防性養護是必要的，實施后效果明顯，大幅提升了路況水平，可有效延長公路使用壽命，且AC-8型超薄磨耗層預防性養護措施的效果最理想，性價比最高，值得推廣。

2.2 路面結構強度抽檢分析

為研究路面結構強度，在南友路未預防性養護路段及已采取不同措施預防性養護路段共選擇20處典型路面鉆芯取樣，共取芯樣60個，其中未預防性路段取芯樣27個，預防性養護路段取芯樣33個。

芯樣的基本情況如下：

(1)60個芯樣的上水穩層均與下水穩層分離。

(2)在路面完好處鉆芯52個，46個芯樣上水穩層完好；有6個芯樣上水穩層底部有松散夾層。

(3)在縱縫處鉆芯5個，其中3個裂縫僅深達瀝青表面層，為Top-down裂縫；2個上水穩層松散，表明部分縱縫產生原因是水穩基層強度低，不滿足荷載要求。

(4)在塊裂中央鉆芯3個，其瀝青層均與上水穩層分離。表明路面塊裂原因是水穩基層松散，結構強度已不滿足荷載要求。

對60個水穩層芯樣進行無側限抗壓強度試驗。水穩層芯樣直徑150 mm，抗壓試驗前采用圓形鋼鋸切割芯樣兩端，形成上下兩端平整表面。所測試的無側限抗壓強度(Rc)結果如圖1所示。

圖1 芯樣無側限抗壓強度柱形圖

圖2 芯樣彎拉強度代表值柱形圖

(1)

由上述可知，南友路11個預防性養護路段路面結構強度明顯比9個未預防性養護路段的路面強度大，平均值差為6 MPa。故適當的預防性養護可有效保護路面結構強度或大幅緩解路面結構強度下降的速度。

2.3 路面疲勞壽命驗算分析

由于南友路芯樣上水穩基層與下水穩基層分離，故可假設應力計算模型層間狀態為：瀝青層與上水穩層層間連續，下水穩層與路基層間連續，上水穩層與下水穩層層間滑動。因此，可采用有限元模擬來對路面結構進行層間應力分析[4]。具體的路面結構模型見圖3，模擬分析結果見表3。

(a)平面

(b)立面

通過模擬分析可知，20處典型路面的瀝青層和下水穩基層層底最大主應力很小，而上水穩基層層底應力較大，最大主拉應力達0.255 MPa。由此可推斷，南友路路面疲勞破壞始于上水穩基層，且路面疲勞壽命主要取決于上水穩基層。

表3 南友路20處典型路面結構層間應力模擬分析表

按照公式(2)來計算無機結合料基層的疲勞壽命[5]。

(2)

式中，Nf2——疲勞壽命(軸次)；

ke——應力增大系數；

Rse——水泥穩定碎石基層的彎拉強度代表值；

ks——結構層彎拉強度綜合調整系數；

ka——裂縫由下向上擴展的壽命增大系數。

根據實測的上水穩層彎拉強度及規范規定取值：a=13.24，b=12.52，Ke=1.16，β=1.65。

通過計算、分析20處典型路面疲勞壽命得出南友路路面疲勞壽命的規律，從而推測出未預防性養護路段及已采取不同措施進行預防性養護路段的路面剩余疲勞壽命，詳見下頁表4。

表4 南友路20處典型路面疲勞壽命分析表

由表4數據可知，南友路11個已采取預防性養護措施路段的剩余疲勞壽命約為11年，而9個未預防性養護路段的剩余疲勞壽命約為6年。故南友路中期養護決策建議是盡快針對目前還未實施預防性養護的K161+00～K212+000路段、僅實施霧封層的K212+000～K224+000路段進行預防性養護，延緩路面大修期約5～6年；長期養護決策建議是積極開展瀝青路面預防性養護工作，預計實施AC-8超薄磨耗層預防性養護路段將于2028年進入路面大修期，未實施AC-8超薄磨耗層預防性養護路段將于2023年進入路面大修期。

3 結語

通過對南友路未預防性養護的9個路段與已采取不同措施進行預防性養護的11個路段路況指標的對比分析和這20處典型路面結構強度和疲勞壽命的研究分析，可以得出以下結論：

(1)南友路預防性養護措施得當，目前已實施的四種預防性養護措施中，AC-8型超薄磨耗層預防性養護措施路段長113.234 km，占88.46%，其效果最為理想，性價比最高，值得推廣。

(2)適當的預防性養護可有效保護路面結構強度或大幅緩解路面結構強度下降的速度。

(3)南友路路面疲勞壽命主要取決于上水穩基層。

(4)預計南友路實施AC-8超薄磨耗層預防性養護路段將于2028年進入路面大修期，未實施AC-8超薄磨耗層預防性養護路段將于2023年進入路面大修期。