半剛性基層瀝青路面運營后期養(yǎng)護對策研究

王友平

摘要：文章結合廣西A高速公路管養(yǎng)工作實際，分析了半剛性基層瀝青路面設計使用年限后期典型病害特征及產(chǎn)生原因，優(yōu)化驗證了現(xiàn)行養(yǎng)護維修方案，提出了基于路面受力特點設計瀝青路面結構組合的養(yǎng)護對策。

關鍵詞：半剛性基層;瀝青路面;養(yǎng)護對策

0 引言

我國高速公路的主要路面結構形式是半剛性基層瀝青路面。縱觀國際上的高速公路、重交通公路主流路面結構是全厚式路面或者柔性基層瀝青路面，而半剛性基層瀝青路面普遍應用于交通量不大的公路。其原因在于半剛性基層除具有受力性能及穩(wěn)定性良好的優(yōu)點外，也存在易收縮開裂、反射裂縫普遍、滲水性差、重車軸載敏感性大，整體性會因疲勞呈現(xiàn)由整塊向大塊、小塊、碎塊逐漸變化衰減且損壞后無愈合能力的結構弊端。一般高速公路瀝青路面設計使用年限是15年，到設計使用年限后期瀝青老化速率增快、早期病害程度日趨嚴重、基層結構性損壞表征明顯，給瀝青路面的維修養(yǎng)護造成很大的困難。本文通過對廣西A高速公路運營后期典型病害特征、病害原因、路面結構受力特點、養(yǎng)護維修措施等方面進行研究，提出了基于解決根本性問題，延長養(yǎng)護維修工程使用壽命的決策建議，對制定早期病害的預防性養(yǎng)護措施也有一定的借鑒意義。

1 A高速公路概況

A高速公路設計使用年限15年，全長55.527 km，雙向四車道，全線53.5%（29.707 km）的路段為錯幅路基，彎多路窄，行車道標準寬度為3.5 m。路面工程分兩期建設，第一期完成中面層鋪筑，2005年12月建成通車，第二期于2008年完成上面層施工。路面結構為：4 cm AK-13A抗滑上面層+AC-16I中粒式瀝青混凝土調平層（平均厚度為2 cm）+5 cmAC-16I中粒式瀝青混凝土中面層+6 cm AC-25I粗粒式瀝青混凝土下面層+40 cm水泥穩(wěn)定碎石+18 cm低劑量級配碎石。

2 典型病害特征及原因分析

半剛性基層瀝青路面典型病害特征一般分為非基層結構性損壞和基層結構性損壞兩大類型，在設計使用年限后期病害主要表現(xiàn)為基層結構性損壞，而非基層結構性損壞多為因環(huán)境、荷載因素的長期影響，瀝青路面老化嚴重導致的裂縫、坑槽、松散病害。以下重點研究分析結構性損壞病害，主要有間距不規(guī)則的橫向裂縫、水平縱向裂縫、局部凹陷龜裂、結構型車轍，病害成因及表征如下。

2.1 間距不規(guī)則的橫向裂縫

這種裂縫一般為基層因疲勞板體的整體性損壞，由整塊發(fā)展為大塊或小塊而導致的反射裂縫。裂縫橫向貫穿位置與基層裂縫病害表現(xiàn)一致，深度方向貫穿上基層，車輛行駛經(jīng)過時車輪受力狀態(tài)發(fā)生急劇變化，有明顯的瞬間跳車沖擊感。

2.2 水平縱向裂縫

水平縱向裂縫病害數(shù)量相對較少，裂縫較寬，橫向高差不明顯，普遍發(fā)生在高填方路段、半填半挖路段。成因為路段固有的整體穩(wěn)定性相對較差，以及沿線水庫、河道水位變化的影響，導致路基在間斷受載狀態(tài)下水平位移。

2.3 局部凹陷龜裂

局部凹陷龜裂病害表征明顯，多發(fā)生在行車道輪跡處以及橫縱向裂縫交叉部位。成因為行車道輪跡處是行車荷載影響范圍的集中部位，橫縱裂縫交叉處是承載薄弱點，路表均易出現(xiàn)局部網(wǎng)裂，因局部網(wǎng)裂維修不及時或維修后反復損壞，雨水滲入到基層，基層水泥失效以及車輛輪胎的泵吸作用導致集料散失、基層松散，進而由網(wǎng)裂病害發(fā)展為明顯的局部凹陷龜裂。除此之外，瀝青面層與基層間存在松軟夾層、基層間脫空也是局部凹陷龜裂病害的常見成因之一。

2.4 結構型車轍

半剛性基層瀝青路面結構型車轍一般很少，多因高速公路運營后期基層施工不良存在的隱患逐漸顯現(xiàn)，車輛荷載和環(huán)境因素的綜合作用下在輪跡處路面產(chǎn)生的永久豎向變形。另外，部分結構型車轍的發(fā)展規(guī)律類似于路面局部凹陷龜裂。

3 現(xiàn)行養(yǎng)護維修方案分析

2018—2020年以延長養(yǎng)護維修工程使用壽命為目標，采取地質雷達勘測、鉆芯取樣分析等手段診查A高速公路的病害，設計實施養(yǎng)護維修方案，并對使用效果進行跟蹤觀測。養(yǎng)護維修方案介紹及研究分析具體如下。

3.1 養(yǎng)護維修方案

養(yǎng)護維修方案主要分為兩部分內容：（1）基層病害處治;（2）重鋪瀝青路面結構。基層處治根據(jù)病害程度而定，輕微裂縫病害采用SBS改性瀝青修補，將基層有松散、嚴重裂縫、破碎板塊的用機械挖除，舊基層（20 cm厚）置換為C20貧混凝土。同時實施1 km試驗路段，采用地聚合物淺層注漿處治層間松散病害，以探究基層病害處治的最佳方案。2018—2019年瀝青路面重鋪結構設計如下：6 cm普通70 #A級瀝青AC-25C下面層+5 cm SBS改性瀝青AC-20C+4 cm SBS改性瀝青SMA-13。2020年對重鋪瀝青路面結構進行了優(yōu)化，下面層采用SBS改性瀝青混合料，上面層采用SMA-13木質素纖維SBS改性瀝青混合料。各類瀝青混合料配合比設計如表1～5所示：

3.2 養(yǎng)護維修方案分析

在2018—2019年處治路段使用情況跟蹤觀測的基礎上，2020年對瀝青路面結構進行了優(yōu)化設計，但以上養(yǎng)護維修方案仍存在以下問題：

（1）舊瀝青路面老化嚴重，接縫處不易壓實，雨水易從接縫處滲入，在行車荷載作用下新舊瀝青路面結合處易出現(xiàn)松散及坑槽病害。

（2）C20貧混凝土置換舊基層，橫向范圍處治一個單向車道，新舊基層是獨立受力的塊體，易破壞。

（3）基層淺層注漿可以有效提升舊路面結構強度，但基層與面層的剛度不匹配性會更加顯著，同時基層間存在注漿液夾層是受力薄弱點。

（4）路基水平位移病害路段處治層位僅至基層，病害未得到根本性處治。

（5）舊路面結構無墊層，瀝青路面結構組合設計僅注重瀝青路面性能的優(yōu)化，未改善原路面適應變形能力差的問題。

4 養(yǎng)護維修方案優(yōu)化設計

總結近三年養(yǎng)護維修工程實際經(jīng)驗，對病害作進一步的深度分析，研究路面結構整體受力特點，從根本上解決工程實踐中的問題，以提高養(yǎng)護維修工程的使用壽命為原則，提出新的養(yǎng)護維修方案：

（1）沿縱向裂縫深度注漿并預埋鋼管，同時在路側施作樹根樁以抑制路基水平位移。

（2）瀝青路面結構優(yōu)化設計為3 cm AC-10SBS細粒式改性瀝青混凝土+8 cm SBS改性瀝青AC-20C+4 cm SMA-13木質素纖維SBS改性瀝青混合料，細粒式改性瀝青混凝土作為應力吸收層以改善舊路面結構適應變形能力差的問題。

（3）基層病害處治范圍調整為橫向處治兩個行車道并與應急車道搭接30 cm，縱向處治范圍大于病害范圍且長度>6 m，以保證維修后的基層能夠真正形成板體。

5 結語

研究半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護維修方案，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與使用壽命的最大化具有重要意義。本文通過分析在役瀝青路面運營后期典型病害特征，跟蹤觀測歷年養(yǎng)護維修方案使用性能，提出了基于優(yōu)化路面結構受力特點的維修方案，為高速公路瀝青路面科學養(yǎng)護提供參考。本文提出的養(yǎng)護維修方案尚需工程實踐檢驗，建議同行對設計有應力吸收層的瀝青路面結構適應車載變形能力方面作進一步的研究探索。

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