高速公路瀝青路面專項養護設計應用研究

段衛黨，張嘉林

(江西省交通投資集團有限責任公司 南昌市 330000)

1 概述

高速公路瀝青路面養護與維修方案的制定與設計是一項復雜的系統工程[1-2]，涉及很多因素，其整個過程包括檢測數據的采集、使用性能的評價、病害原因分析、養護措施評估與確定等環節[3-4]。從宏觀檢測、細觀檢測、病害原因診斷、靜態設計與動態設計等幾個方面進行系統分析，闡述高速公路瀝青路面養護方案制定的關鍵要點，可為類似工程提供參考與借鑒。

2 總體設計思路

綜合考慮項目自身特點、養護經驗等多項因素，制定如下設計思路[5]：先對路面破損狀況、路面平整度、路面車轍、路面抗滑性能和路面結構強度五大指標進行宏觀檢測與分析；同時，針對不同路面病害類型分別進行鉆芯取樣，分析其病害產生原因與破損層位。在此基礎上，制定了針對性的養護設計方案，最后在施工階段，根據病害的發展情況進行動態設計，具體養護設計流程見圖1。

圖1 瀝青路面專項養護設計流程圖

3 檢測分析

3.1 項目概況

以南方某雙向四車道高速公路瀝青路面中修為案例，該項目設計年限15年，設計速度100km/h，路基寬26m，項目運營時間已有10年，具體路面結構見圖2。

圖2 路面結構圖

3.2 宏觀檢測

(1)路面破損狀況分析

主要病害類型見圖3。主要包括龜裂、縱縫與坑槽三種，其次有少量的橫縫與翻漿。路面病害主要分布在上行與下行的行車道，分別占病害總面積的69.18%與20.96%，超車道病害相對較少。其次，絕大部分路段的PCI值都大于90，為優等級[6]，只有極少數路段的PCI值位于86～90之間，但是從現場調查情況來看，零星病害較多，急需進行維修處理。

圖3 病害類型分布圖

(2)路面結構強度分析

路面結構強度評定結果見圖4、圖5，上行與下行行車道評定等級為優、良的路段分別占總長度的92.4%與93.9%，說明本項目路面強度整體較好。經過彎沉檢測數據與路面病害對比分析可知，強度評定等級為中及以下的路段大部分路況比較差，說明路面強度不足主要是由于路面破損所致。

圖4 上行行車道彎沉等級統計圖

圖5 下行行車道彎沉等級統計圖

(3)路面車轍分析

本項目上行與下行車轍深度主要分布在10～15mm之間，少部分路段車轍深度低于10mm，局部零星路段的車轍達到了18mm，需要進行針對性處治，否則影響行車安全。

(4)路面平整度分析

路面平整度IRI值均低于2.3m/km，為優等級，說明全線路面平整度較好，行車較平穩，局部零星路段平整度較差的原因主要是由于路面破損導致，在維修過程中，可考慮與路面病害一并處治。

(5)路面抗滑性能分析

本項目上、下行行車道SFC優、良等級的路段分別為89.3%、92.9%，少部分路段SFC為中級以下，需要處治以提高行車安全性能。

3.3 細觀檢測

本項目路面細觀檢測主要是對路面鉆心取樣進行分析評價。鉆心取樣主要解決兩個問題，一是通過取芯為室內試驗提供試驗樣本，通過室內試驗評價結果了解路面病害發生的原因，二是根據芯樣的破碎狀況判斷典型病害發生的破損層位，為制定合理的處治方案提供依據。分別針對龜裂、縱縫、橫縫等6種典型病害，選擇代表性路段進行了鉆芯取樣，合計取芯75處，各典型病害取芯數量見表1。

表1 取芯匯總表

4 病害原因診斷

4.1 龜裂病因分析

龜裂病害取芯結果見表2。輕度龜裂主要表現為上面層松散或開裂，其他結構層芯樣完整，破損層位主要發生在上面層；重度龜裂整個瀝青面層均已破碎，其他結構層完整，破損層位貫穿整個瀝青面層；重度龜裂伴隨沉陷病害，瀝青面層與上基層均出現了不同呈現的松散特征，破損層位主要發生在瀝青面層與上基層。

表2 龜裂病害取芯結果統計表

4.2 縱向裂縫病因分析

縱向裂縫取芯結果見表3，第一種縱向疲勞裂縫、芯樣上面層處于開裂狀態，下部結構層完好，破損層位主要發生在上面層；第二種是縱向沉降縫，整個瀝青面層處于松散狀態，上基層已開裂；第三種病害是縱向裂縫與橫向裂縫處于交叉狀態，瀝青面層與上基層均處于開裂或松散狀態，說明破損層位已貫穿瀝青面層與上基層。

表3 縱向裂縫病害取芯結果統計表

4.3 橫向裂縫病因分析

橫向裂縫的表現形式有三種，分別是單一橫縫無支縫、無變形，橫縫有支縫、無變形與橫縫有支縫、伴隨啃邊或沉陷三種。取芯結果見表4，三種類型的芯樣裂縫均已貫穿瀝青面層與上基層，表明橫向裂縫均來源于半剛性基層的發射裂縫。

表4 橫向裂縫病害取芯結果統計表

4.4 坑槽病因分析

坑槽主要表現為連續坑槽現象。取芯結果見表5。除1個坑槽的上基層出現了局部破碎，其余7個坑槽的上、中、下面層均為松散狀態，說明坑槽病害已經貫穿瀝青面層。

表5 坑槽病害取芯結果統計表

4.5 車轍病因分析

綜合分析發生車轍的路段，選擇行車道代表性車轍路段，左側輪跡帶車轍深度為13.6mm，右側輪跡帶車轍深度為15.5cm，分別對同一橫斷面的車道中心位置、左右輪跡帶、硬露肩、行超車道分界線五處進行鉆芯取樣，芯樣鉆取深度為16cm，貫穿整個瀝青面層。車轍斷面左右輪跡帶縱向變形情況見圖6。從圖中可知，左右輪跡帶上面層車轍變形率占比為69%～77%，中面層與下面層車轍變形率占比較小，分別為15%～26%與5%～8%。說明車轍病害主要變形層位發生在上面層，中下面層車轍變形相對較小。

圖6 車轍變形分析圖

5 養護設計方案

5.1 靜態設計

綜合本項目路面病害的特征、病害產生原因及破損層位、路面結構類型等情況，并結合歷年養護工程經驗，總體思路為瀝青面層仍采用瀝青混合料進行回補。考慮到實際施工時，由于維修路段較分散，維修的點位較多、工程量相對較少等特點，同時為了響應國家政策對廢舊材料再生利用要求，面層回補材料從上往下分別采用4cm的改性AC-13上面層、6cm改性廠拌熱再生AC-20中面層與6cm改性廠拌熱再生AC-20下面層。此外，綜合考慮到養護項目經費控制、交通壓力、半剛性材料養護時間與病害面積等因素，半剛性基層回補材料分兩種情況進行處理：第一種是銑刨處理長度小于50m的路段，回補20cmATB-25分兩層攤鋪；第二種是銑刨處理長度大于50m的路段，回補20cm水泥穩定碎石，以降低工程造價。各種病害具體處治方案匯總情況見表6。

表6 典型病害處治方案匯總表

另外，綜合考慮本項目路表抗滑性能衰減情況、上面層材料特性、歷年養護工程經驗與施工水平等，采用2.5cm易密實薄層罩面ECA-10提高路面抗滑性能。

5.2 動態設計

(1)瀝青面層動態設計

路面病害是個動態發展的過程，導致養護設計很難像新建項目那樣做到按圖施工。因此，在施工階段，需要重新調查路面病害，確定面層病害的位置，對施工圖設計進行優化。

(2)半剛性基層動態設計

結合高速公路瀝青路面大修工程經驗及研究成果[7]，半剛性基層裂縫塊度(裂縫間距)位于3m以下時，基層模量出現明顯下降；而裂縫塊度位于3m以上時，基層模量與新建基層模量相近，具體見圖7。

圖7 半剛性基層模量與損壞類型關系圖

根據研究成果，對于上基層出現松散病害，銑刨20cm上基層，分別采用ATB-25或水泥穩定碎石材料回補結構層，對于上基層出現塊裂或龜裂病害，若裂縫塊度大于3m，則在上基層表面滿鋪玻纖格柵后回補瀝青面層，若裂縫塊度小于3m，處治方案與基層松散處治方案一致。

6 結論

(1)提出了高速公路瀝青路面養護設計方法與流程，采用宏觀檢測與細觀檢測相結合的方式對路面技術狀況進行系統分析與評估，對路面病害處治采用靜態設計與動態設計相結合的方案，能較好地適應養護項目的實施特點。

(2)根據瀝青路面典型病害類型的樣本劃分，采用鉆芯取樣方式分別對各種病害進行取芯分析，結合病害特征與芯樣外觀狀態，確定了各種典型病害的破碎層位，為制定合理的路面病害處治方案提供了有效依據。