高速公路路面結構性能大修后評價

葉文亞，李 繼，周師師

（1.寧波工程學院，浙江 寧波 315211；2.寧波招商公路交通科技有限公司，浙江 寧波 315000；3.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804）

引言

道路的使用性能在運營期間會隨著時間延長逐漸衰弱，而交通量要求道路需保持較好的服務水平[1]。因此，對于運營期間性能弱化的道路，采取養護維修措施是提高路況的必要途徑。對于路面性能衰變較為嚴重的道路，已經無法適應現有交通量增長和荷載的需求，因此，需要對道路進行綜合修理，以全面恢復到原有技術標準，稱為道路大修工程[2]。

路面結構性能是路面諸多使用性能中最為關鍵的一類，若路面發生結構性破壞，則會對維修造成很大困難。且由于維修時要求封閉部分路段甚至完全封閉道路，嚴重影響道路通行能力，使得相鄰路段交通量突增，造成交通擁堵。故應當采取有效的措施對高速公路的路面結構性能開展檢測和評估。瀝青路面加鋪罩面是一種有效的養護措施，不僅可以修復路面的功能性損壞，而且通過調節加鋪層厚度可以處理路面結構性損壞，提高路面結構的承載力[3]。

路面養護的效果后評價是道路養護中重要的一環，后評價可以跟蹤養護路段的路面使用性能，對養護效果進行分析和總結，對養護方案進行評價，用以指導后續養護決策，從中吸取教訓，從而提高公路養護決策和管理水平[4-5]。

1 試驗路段

1.1 路面結構組合

甬臺溫高速公路指的是浙江省境內寧波市經臺州市至溫州市的高速公路，其中甬臺溫高速公路寧波段（一期）連通北侖港和奉化市，路段全長49 km。自2000 年12 月建成通車以來，甬臺溫高速寧波段車流量逐年增長。由于路面運營期限較長，交通量大，路況已無法滿足交通量的需求。因此，于2014—2015 年對路段開展了路面更新改造工程。

甬臺溫高速寧波段（一期）路面的實際路況為路面破損較嚴重，局部路段結構強度較差，特別是基層厚度總體較設計偏薄，瀝青表面層老化現象較為嚴重，宜采用加鋪罩面進行處理。

根據路面性能聚類劃分，路面破損較少路段結構強度基本處于中及以上水平，該類路段主要以功能性加鋪為主。路面破損狀況評價為次和差的路段，根據鉆取芯樣并結合路面彎沉測試，該路段基層狀況較差，局部路段基層完全破損，對于該類路段主要以結構性加鋪為主。兩種加鋪形式見圖1。其中原路面結構從上到下依次為4 cm AC-13 改性瀝青混凝土上面層+5 cm AK-16 中粒式瀝青混凝土中面層+7 cm AC-30 粗粒式瀝青混凝土下面層+1 cm 下封層+18 cm 二灰穩定碎石基層+18 cm 二灰穩定碎石底基層+15 cm 級配碎石墊層。

圖1 路面加鋪結構

1.2 測試路段選取

甬臺溫高速公路寧波段（一期）路段較長（49 km），且交通量很大，2020 年主線雙向的斷面流量日均已達2.9 萬輛。對于路面結構狀況檢測，彎沉值一直是路面結構層承載能力的重要檢測指標。鉆芯取樣是一種傳統檢測方法，但該方法不僅測試速度低，而且安全性差，無法滿足要求，常用于局部抽樣檢測。目前貝克曼梁法已經發展得比較成熟，但其速度慢，且是靜態測試，難以有效模擬行車荷載的作用。落錘式彎沉儀（FWD）利用重錘自由落下的瞬間產生的瞬間產生的沖擊荷載測定彎沉，屬于動態彎沉，測試效率大大提高，是目前常用的一種路面結構檢測方法[6-7]。但仍然無法做到不停車連續檢測，為確保安全，需要封道測試，一定程度影響車輛通行。

因此，結合現場實際情況與各結構檢測方案的優劣，選取測試路段，采用落錘式彎沉儀檢測其路面結構性能，并加以分析。路段選取時考慮的因素：各典型路段不宜太過密集，應當盡量覆蓋大范圍；均衡考慮上下行方向；由于路段重車多，故應在重車道測試。綜合考慮試驗選擇了4 個測試路段，路段基本參數見表1。

表1 測試路段基本參數

2 路面結構性能評估

2.1 彎沉盆數據采集

2019 年，采用SHN-FWD-MV 多點車載落錘式彎沉儀，對選取的4 個路段進行了FWD 動態彎沉測試。測試過程各測點的間隔為縱向20 m，每個測點都能基于9 個傳感器的測試結果得到彎沉盆數據。傳感器距荷載中心點的距離分別為0 mm、200 mm、300 mm、450 mm、600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm，編號為D1～D9，對應的傳感器數值為d1～d9。測試用的荷載板半徑為15 cm，荷載為50 kN。4 個典型路段的平均彎沉盆見圖2。

圖2 各路段平均彎沉盆

由圖2 可知，路段3 的彎沉值整體偏大且曲線斜率較陡，說明路段3 路面結構狀況較差。同理可知，路段4 的結構狀況也較弱。路段1 和路段2 路面結構狀況較好，且相差不大。

2.2 彎沉盆參數分析

除直觀地用彎沉盆圖進行分析與評價外，也可以采用彎沉盆參數對路面結構強度進行量化評價。通常用中心彎沉值（d1）評價路面結構的整體強度，d1 值越大，則結構強度越差。此外，表面曲率指數（SCI）和基層損壞指數（BDI）分別可以表征路面結構面層結構和基層結構的強弱，一般來說，指數值越大，結構強度越弱。SCI 和BDI 計算：

計算4 個典型路段的彎沉盆參數均值，柱狀圖見圖3。

圖3 彎沉盆參數均值

綜合彎沉盆曲線和彎沉盆參數均值來看，4 個典型路段路面結構狀況優良關系：路段2＞路段1＞路段4＞路段3，其中路段3 的各彎沉盆參數均值較大，說明結構相對較弱。

2.3 大修前后對比分析

大修前對路面結構性能進行了檢測，采用路面結構強度指數（PSSI）進行評價。將此次FWD 檢測得到的各路段的平均中心彎沉值與大修前測得的PSSI 進行比較，見表2。

表2 各路段中心彎沉值與PSSI 值

中心彎沉值越小，路面整體結構強度越高；PSSI 值越大，路面結構強度越好。由表2 可知：（1）根據彎沉值看，路段1、路段2 的結構性能要優于路段3 和路段4。（2）根據大修前的PSSI 值，路段2的結構性能優于路段3、路段1 和路段4；其中路段3 大修時采用雙層罩面，由此可知，經過雙層罩面后，路段3 的結構性能有較大提升，但在4 個路段中仍是相對最差。

3 結語

通過對甬臺溫高速公路寧波段（一期）大修前后的路面結構性能進行檢測與分析發現，經過大修后，各路段結構性能都有較大的提升。其中，大修前路段3 的結構性能最弱，而經過雙層罩面后其結構性能提升最為顯著。由此可見，對于路面結構弱化較為嚴重的道路，采取雙層罩面是一種有效的維修措施。因此，對于路段結構強度不低于“中”的路段，維修時可以采取以單層功能性加鋪罩面。對于路面結構前度評價為“次”和“差”的路段，可以雙層結構性加鋪罩面為主要維修措施。