新疆G30公路芨東互通至烏拉泊段路面養護方案研究

張 璟

(1.新疆交通科學研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.干旱荒漠區公路工程技術交通行業重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

1.1 建設養護歷史

G30線芨東互通至烏拉泊段于1998年建成通車，高速公路標準，設計速度120 km/h，路基寬26 m，路面寬21.5 m；設計累計當量軸次為1 200萬次，容許彎沉為0.359 mm，路面結構為4 cm厚中粒式瀝青混凝土+5 cm厚粗粒式瀝青混凝土+6 cm厚瀝青碎石+20 cm厚4%～5%水泥穩定砂礫+24～42 cm厚天然砂礫。本路段自通車以來，于2010年～2014年期間，分批次分段落對上面層進行了罩面養護工程。但是經過二十多年的運營，路面病害加劇，嚴重影響既有道路的服務品質，急需對其進行養護。

1.2 交通組成特點及對項目的影響

從管養單位收集到了2017～2019年本路段內芨南交調站觀測數據，并對比了吐魯番方向臨近的柴窩堡交調站觀測數據，根據這些數據對該路段進行了交通量分析。

(1)本路段作為進出烏魯木齊的重要通道，2020年交通量仍然較大，但總體交通量較2019年之前下降較多，年均日交通量從2019年的29 109輛下降至2020年的14 688輛，減少了49.5%。2019年特大貨車以上占比27%，小型客車占比57%，2020年新線開通后小型客車所占比例為72.4%，特大貨比例為13.5%。

(2)與相鄰的柴窩堡交調站數據進行對比，兩段路交通量主要差別在柴窩堡到芨東互通段的小型客車和特大型貨車均比本段有較大幅度增加，在兩個交調站之間有3座互通立交，分別為柴窩堡互通、芨東互通、芨南互通，增加的交通量主要由此產生。但芨南立交、柴窩堡立交均已經封閉不通車，交通量下降明顯。

(3)在2020年之前，本路段主要承擔著北疆區域進出疆和南北疆交通聯絡，是進出首府的重要通道，隨著2020年9月底G30新線六車道的通車，南側雙向六車道主要承擔過境和西北側城區的交通量，重載交通將有所分流；本段主要承擔從南側進烏的快速通道功能，交通組成多以小客車為主，大型載重車輛將不多。2020年12月份收集的交通量數據，具有一定的代表性，與現有交通路網是基本符合的見表1。

表1 芨南交調站交通量統計表

2 路面技術狀況檢測與評價

根據現場調查，本段路面整體穩定性較好，但路面破損嚴重，主要病害為塊裂、龜裂、縱橫向裂縫等，裂縫最大橫縫寬為1.5 cm，橫縫間距5～8 m，縱縫主要集中在輪跡帶處。上行線進烏方向破損較下行線嚴重，行車道較超車道嚴重。

2.1 公路技術狀況調查與評定

(1)路面技術狀況評定

通過對公路路面損壞狀況檢測、路面平整度檢測、路面車轍檢測、路面跳車檢測等，根據《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)的要求，對每公里指數、指數、指數、指數及指數進行評定，本文僅列出各車道平均指數見表2。

由檢測數據可知，本段的上行行車道和超車道評定為“差”，下行超車道評定為“次”，下行行車道評定等為“差”。上、下行車道的超車道路面破損指數均比行車道較好，下行線路面破損指數優于上行線。經調查，主要原因是上行車輛多為滿載車輛，而下行車輛空載率較高。路面行駛質量指數、路面抗滑性能指數均為“良”。路面車轍深度指數除上行線行車道評定為“良”，其余車道均為“優”。路面跳車指數除上行線行車道評定為“中”，其余車道均為“良”。

表2 路面評定指標統計表

(2)路面結構強度評價

本次對彎沉數值檢測時間為2021年4月，氣溫條件符合檢測要求，根據《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)，計算路面結構強度指數如圖1所示。

圖1 PSSI指數折線圖

由檢測結果可知，既有道路路面實測彎沉值在40以下的占比為72.5%。路面結構強度指數基本為“優”和“良”，所占比例為76%。下行線路面結構強度指數比上行線整體較好。路面結構強度較低路段多分布在收費站、立交前后，交通量大、車輛頻繁加減速對路面強度衰減起到了加速作用。

2.2 專項數據檢測與分析

(1)鉆芯調查及分析

為了進一步直觀地了解路面使用現狀，為病害成因分析提供參考依據，對路面裂縫、龜網裂等病害路段及無病害路段的路面進行鉆心取樣。

由檢測結果可知：①本項目瀝青面層厚度均達到設計值15 cm，且大部分路段后期經過加鋪罩面，瀝青面層厚度達20～25 cm；基層厚度基本達到設計厚度，基層厚約為20 cm。②輕度縱、橫縫主要發生在上面層，重度縱、橫縫處面層與基層多為貫通縫，裂縫多為上寬下窄；③輕、中龜裂、塊裂處裂縫主要發生在上面層，部分延伸至中面層；④重度龜裂處面層裂縫多為貫通縫，基層表面松散；⑤無病害處基層均基本完好，基層與面層粘結較好。

(2)芯樣室內試驗分析

將路面取出芯樣進行室內試驗分析，情況如下：①基層水穩無側限抗壓強度在6.5～8.8 MPa范圍，強度普遍偏高，表明基層整體強度較好。②面層油石比均在3.7%～4.8%之間，平均值為4.16%，表明瀝青混合料中瀝青含量損失不大；篩分結果表明，瀝青面層礦料級配基本滿足規范要求，混合料整體級配良好。③面層劈裂強度在0.841～1.117 MPa之間，均低于1.2 MPa，強度偏低。④面層回收瀝青針入度在39～42(0.1 mm)之間，軟化點為54.3 ℃，延度為7～9 cm，面層瀝青均存在嚴重老化，瀝青低溫抗裂性能不足。

3 路面設計

3.1 設計原則

(1)結合現有路面損壞特點、技術狀況和改造后的設計使用年限、交通特性等因素進行，按“充分利用、合理補強、根治隱患”的原則，綜合確定方案。

(2)以氣候特點及交通組成為依據，分析溫度及重載交通對路面性能的影響，提高路面高溫穩定性、低溫抗裂性、抗滑性能及凍融環境下的水穩定性。

(3)以結構設計為核心，結合當地筑路材料情況，選擇安全可靠、經濟合理、技術先進和施工方便的路面結構方案，最大限度利用路面廢舊材料，使新舊路面壽命協調一致。

3.2 養護類型劃分

(1)養護類型劃分依據

瀝青路面養護質量的評定分為優、良、中、次、差5個等級，根據《公路瀝青路面養護設計規范》(JTG 5421—2018)中的規定，對評價單元養護類型劃分如下。

本項目評分值均小于85，評價單元養護類型劃分辦法，養護類型劃為修復養護。

(2)養護對策的選擇

根據調查情況，本項目路面行駛質量指數及車轍指數評分以“優”和“良”為主，行車道路面破損指數評分以“次”和“差”為主，瀝青路面破損嚴重但行駛質量較好。根據路面鉆芯取樣結果分析，輕度裂縫類病害主要發生在上面層，重度裂縫、龜裂處病害發展至下面層，基層表面存在一定松散，同時受重載交通等影響，部分重度裂縫發展至基層。根據室內試驗顯示面層強度不足，基層強度較好，根據彎沉檢測結果，評分值為優和良的段落占比為72.5%，且對比2012年彎沉檢測值，彎沉衰變較小，基本可判定本項目基層整體強度較好。

表3 評價單元養護類型劃分辦法

根據路面修復養護類型劃分及養護對策選擇，面層整體發生較大面積破壞，應采用結構性修復；基層及中下面層保持完好，多數病害未貫穿表面層結構，應采用功能性修復。結合現場調查及試驗情況，將本項目方案劃分為功能性修復方案和結構性修復方案。劃分原則：評價為中及以下的段落劃分為結構性修復；評價為良的段落劃分為功能性修復。最終養護對策劃分如表5。

表4 路面修復養護類型劃分及養護對策選擇

表5 養護對策劃分表

3.3 路面養護方案

(1)功能性修復方案

G30線K3583+700～K3585+000段位于烏魯木齊繞城高速烏拉泊樞紐立交區范圍，于2016年改造通車，路面病害以橫縫為主，基層及中下面層保持完好，且本段位于立交區，各方向車輛在此交匯，交通量大。故推薦采用方案：直接加鋪3 cm AC-10薄層罩面。

(2)結構性修復方案

根據交通荷載等級、路面損壞狀況、既有路面利用情況、建設成本情況及使用年限，本項目分別提出“高、中、低”三種瀝青路面養護方案見表6。

表6 路面結構性修復方案一覽表

從初期一次性總投資相對最省、使用期內道路行車舒適性和服務水平基本穩定的角度分析，在運營期間，低方案1路面服務水平和行車舒適性相對穩定，因此建議推薦低方案1。

4 結 語

通過對G30線芨東互通至烏拉泊段路面狀況進行檢測與評定，本段路面基層強度整體較好，面層強度不足，產生裂縫類病害的主要原因是瀝青老化及超負荷碾壓導致的面層疲勞破壞；同時將養護全壽命周期費用分析及廢舊瀝青混合料利用率作為方案比選中重要考慮因素，結合路面使用性能及破損狀況，合理推薦養護方案，對疆內其他公路養護具有一定的參考價值。