柳州北環(huán)高速路面病害特征與養(yǎng)護決策分析

李江華 盧軍源 馬進 韋富榮

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;無損檢測;病害特征;破損率;養(yǎng)護決策

【中圖分類號】U418.6 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）08-0174-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路通車里程逐年增加且目前建成的高速公路路面類型主要以瀝青路面為主。廣西地區(qū)早期建設(shè)的高速公路瀝青路面基本上已經(jīng)達到設(shè)計使用年限，路面出現(xiàn)各類病害，路面使用性能已經(jīng)不能滿足同行需求。隨著廣西高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展及公眾對服務(wù)水平要求的提升，如何保證良好的運行狀態(tài)、提高養(yǎng)護資金的投資效益成為行業(yè)管理部門亟須解決的問題。瀝青路面病害的發(fā)展貫穿整個使用周期，但是病害特征及成因不一，只有采取有效檢測和分析方法，才能有效地提出處治對策并實施精準(zhǔn)養(yǎng)護。

本文通過對柳州北環(huán)高速瀝青路面進行綜合檢測，分析了瀝青路面病害特征和演變機理，基于修正路面病害權(quán)重的破損率，重新劃分破損狀況等級作為養(yǎng)護決策分析參考，為項目級瀝青路面養(yǎng)護維修工作提供科學(xué)支撐，可實現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)護施工、節(jié)約養(yǎng)護成本。

1 柳北高速概況

柳州北環(huán)高速公路G78 K912+000—K958+387，雒容—洛滿段全長46.387 km，路線起于魚峰區(qū)雒容鎮(zhèn)料旺村，與G72泉南高速公路桂柳段相交，途經(jīng)雒容、洛埠、長塘、洛滿等鎮(zhèn)，與宜州至柳州高速相接，為雙向四車道高速公路，設(shè)計行車速度為100 km/h。項目于2003年開工建設(shè)，于2006年10月建成通，至今已通車運營14年，已至路面設(shè)計使用壽命末期。近年來，該管養(yǎng)路段均出現(xiàn)了一些路面病害，如橫向裂縫、連續(xù)縱向裂縫等，并且路面病害數(shù)量逐年增加，導(dǎo)致該路段管養(yǎng)難度及安全運行風(fēng)險大增。

1.1 路面結(jié)構(gòu)形式

路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，瀝青混凝土面層總厚度為16 cm，結(jié)構(gòu)為4 cm厚度的SBS改性瀝青AC-13上面層+6 cm厚度的AC-20中面層+6 cm厚度的AC-25下面層，上面層采用輝綠巖集料和SBS改性瀝青，中下面層采用石灰?guī)r集料和AH—70#瀝青。

1.2 交通狀況分析

收集、統(tǒng)計和分析了柳州北環(huán)高速公路沿線2007—2019年情況（如圖1所示），將其分為4個路段，即洛埠—雒容立交、柳州北—洛埠、柳州北—洛滿東、洛滿東—洛滿立交，其中近3年交通車流量最大的路段是洛滿東—洛滿立交，貨車車流量最大的是柳州北—洛埠。

2014年以來，交通量增長較快，從柳州全路段來看，洛埠往洛滿方向，車輛自然數(shù)從2016年后逐漸增加，貨車比例也逐漸增高，全路段平均貨車比例約34.4%，累計交通量的增長對路面使用性能的衰減產(chǎn)生重要影響。

1.3 養(yǎng)護歷史分析

柳州北環(huán)高速路面主要病害類型有裂縫、坑洞等。結(jié)合歷年交通情況，表明隨著2006年通車至2014年前后交通量的增長，交通流量達到了小高峰，路面裂縫數(shù)量也出現(xiàn)激增（如圖2所示）。2014—2019年實施了超薄磨耗層、路面銑刨重鋪等措施，主要病害數(shù)據(jù)相對減少，但是隨著交通流量在2018年后又出現(xiàn)一次小高峰，當(dāng)前柳州北環(huán)高速公路已通車近14年，必須采取有效的養(yǎng)護措施應(yīng)對交通增長和使用壽命雙重壓力。

2 路面綜合檢測

2.1 表面狀況檢測

采用CICS多功能路況檢測系統(tǒng)對柳州北環(huán)高速公路上下行第二行車道共計92.77 km進行路面技術(shù)狀況檢測并進行評價。以每公里為評定單元進行匯總，由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，柳州北環(huán)高速路面狀況主要為路面破損病害，路面行駛質(zhì)量指數(shù)平均值為94.17、路面車轍深度指數(shù)RDI平均值為93、路面抗滑性能指數(shù)SRI為93.37，路面跳車指數(shù)平均值為100，除PCI外都維持在較好的狀態(tài)，其中PCI路面損壞狀況指數(shù)平均值為90.82（小于92），全線共計61.39 km，PCI小于92，路面破損范圍較廣。

2.2 路面結(jié)構(gòu)檢測

采用丹麥進口的Dynstest 8002全自動式落錘彎沉儀，檢測柳州北環(huán)連續(xù)縱向裂縫路段的第二行車道7個路段共計305個檢測點，檢測結(jié)果主要在30～100μm，檢測各個路段彎沉值較為穩(wěn)定，溫度修正平均值基本小于126μm，總體結(jié)構(gòu)強度較好。此外，采用MaLa探地雷達，配備500 MHz天線探測輪跡帶長縱裂縫、路面網(wǎng)裂、沉陷等特殊路段及路面狀況較為良好的路肩。檢測結(jié)果表明：路面輪跡帶處多條縱向裂縫呈網(wǎng)裂或橫縱交叉，基本可認為基層已受到一定程度的損壞，呈松散脫空狀態(tài)，損壞深度可達到下水穩(wěn)基層，面單條縱向裂縫處，基層情況較好，局部路段上水穩(wěn)基層頂部有輕微受損。

2.3 瀝青抽提檢測

在慢車道右輪跡鉆取的芯樣中分別選取6個，切取上面層，首先用旋轉(zhuǎn)離心法抽提瀝青，然后用阿布森法回收瀝青，最后檢測回收瀝青的三大指標(biāo)，回收瀝青的針入度（25 ℃，100 g，5 s）試驗結(jié)果為3.8 mm，延度（5 ℃，5 cm/min）為5 cm，軟化點（TR&B）為57.5 ℃。回收上面層瀝青的三大指標(biāo)試驗結(jié)果不在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，表明目前改性瀝青老化嚴重，是導(dǎo)致路表開裂、脫粒等的主要內(nèi)在原因。

3 路面病害特征及演變機理

（1）連續(xù)縱向裂縫：柳州北環(huán)路面縱向裂縫主要產(chǎn)生位于行車道的雙側(cè)輪跡帶縱向Top-down型裂縫，并且仍存在發(fā)展趨勢。由路面綜合檢測結(jié)果分析可知，一方面交通量急速增長，貨車比例越來越大，另一方面在雨季期間，雨水灌進縫中，在行車的作用下，造成瀝青路面水損害。因此，長期服役下的瀝青路面在遭到交通荷載和溫濕度的應(yīng)力疲勞作用下呈現(xiàn)不同程度的老化，路面表層集料出現(xiàn)剝落，路面出現(xiàn)裂縫，并且發(fā)展速度大于養(yǎng)護維修的速度，沒能夠及時封閉裂縫，裂縫自上而下發(fā)展至中下面層及基層，基層受到水毀后出現(xiàn)松散和脫空，在交通荷載作用下路面出現(xiàn)龜裂和網(wǎng)裂。

（2）間隔橫向裂縫：柳州北環(huán)路面橫向裂縫較為規(guī)則，并延伸至硬路肩，縱向呈間隔分布，間隔在10～30 m，通過在橫縫位置鉆芯情況表明裂縫已貫穿基層，底基層芯樣完好，屬典型的半剛性基層反射裂縫，即在行車荷載的作用下，特別是超重車輛較多的情況下，半剛性基層底部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致基層開裂，隨著荷載的反復(fù)作用，裂縫會逐漸擴展到瀝青面層。

4 養(yǎng)護決策方法及應(yīng)用案例

基于柳州北環(huán)高速瀝青路面主要病害為破損情況，并考慮到現(xiàn)行規(guī)范[1]，路面損壞狀況指數(shù)PCI計算結(jié)果受路面病害是否修復(fù)影響較大，不能全面反映路面真實破損狀況[2]。為了利于評價路面性能衰減情況，掌握路面損壞真實狀況，依據(jù)柳州北環(huán)瀝青路面主要病害為條狀修補和塊狀修補，重新定義病害率，采用損壞率作為路面損壞狀況評價分析依據(jù)，提出計算方法如下：損壞率=（條狀病害面積+塊狀病害面積）/路面評定面積×100，面積單位為m2。公式中：條狀病害面積=條狀病害長度×影響寬度（取0.2 m）。

根據(jù)“十三五”公路養(yǎng)護規(guī)劃要求，PQI需大于92，對損壞率劃分等級標(biāo)準(zhǔn)，按上、下行分別以每百米為評價單元統(tǒng)計匯總評定結(jié)果，本文提出了表1損壞等級及依據(jù)，用于養(yǎng)護維修做決策數(shù)據(jù)支撐。

本文對柳州北環(huán)高速公路路面進行養(yǎng)護決策分析，依據(jù)2019年度柳州北環(huán)高速公路行車道路面技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)，上行路面損壞情況較下行路面嚴重，從車流通行的斷面觀察（除去路面損壞的幾個激增路段分），受到較大的車流和重車（貨車比例較大）的影響，路面損壞情況較為嚴重的是柳州北—洛埠段。根據(jù)上述PQI評定結(jié)果和表2破損評定匯總情況，需要養(yǎng)護維修處治上述表中評定為中、次、差的路段，上、下行統(tǒng)計百米路段合計59 km。

目前，通常采取的路面養(yǎng)護維修措施有加鋪超薄磨耗層、銑刨重鋪、微表處和瀝青路面熱再生。近年來，在柳州北環(huán)高速實施了超薄磨耗層罩面或銑刨重鋪上面層，綜合檢測和調(diào)查發(fā)現(xiàn)薄層罩面上已出現(xiàn)不同程度的橫向、縱向反射裂縫，而銑刨重鋪段只有少量裂縫，主要原因是在不同外部荷載下，面層厚度與模量不同影響了抵抗反射裂縫的效果[3]。由表1分析可知，單靠日常養(yǎng)護進行裂縫修補無法提升PCI，唯一方式是消除路面表面裂縫。綜合對柳州北環(huán)高速路面的路面裂縫病害特征、結(jié)構(gòu)強度及抽提瀝青性能進行了試驗和分析，可采取如下措施：①基層良好路段，采取銑刨重鋪上面層措施;②基層局部破碎，采取銑刨重鋪上、中、下面層及更換局部基層。

5 結(jié)語

通過對柳州北環(huán)高速公路路面病害的綜合檢測，分析了裂縫病害的特征、分布和成因，進行養(yǎng)護決策分析得到以下結(jié)論。

（1）采用綜合檢測方法對瀝青路面狀況、結(jié)構(gòu)強度及瀝青抽提分析，并結(jié)合探地雷達檢測能夠科學(xué)、有效地診斷出病害特征及成因。

（2）瀝青路面主要病害類型為路面瀝青老化、路面橫向反射裂縫及連續(xù)縱向Top-down型疲勞裂縫，不適合加鋪薄層罩面或者就地?zé)嵩偕に嚕ㄗh以銑刨重鋪的維修措施為主。

（3）基于瀝青路面破損狀況，根據(jù)養(yǎng)護目標(biāo)提出損壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，將路面損壞狀況按百米段結(jié)果進行分級統(tǒng)計，能夠有效、精準(zhǔn)地確定養(yǎng)護維修路段，采取合理的養(yǎng)護維修措施可達到良好的養(yǎng)護效果。

參 考 文 獻

[1]JTG 5210—2012，公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]馬進.基于瀝青路面使用性能衰減規(guī)律的養(yǎng)護規(guī)劃技術(shù)研究[J].西部交通科技，2018（8）：15-16，47.

[3]盧軍源，袁野真.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)力參數(shù)化分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017（7）：211-212，151.