高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策研究

尹進(jìn)

（秦皇島市公路養(yǎng)護(hù)服務(wù)中心，河北秦皇島 066000）

1 引言

我國早期投入使用的高速公路路面不斷出現(xiàn)病害， 為避免這些高速公路出現(xiàn)更多的病害， 本文提出進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在考慮經(jīng)濟(jì)效益的前提下，對(duì)未發(fā)生嚴(yán)重破壞的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)防性的修補(bǔ)， 提高路面結(jié)構(gòu)的承載能力，保證路面使用壽命[1]。目前，我國高速公路中瀝青路面占90%以上，因此，對(duì)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)進(jìn)行研究具有實(shí)用價(jià)值。

2 瀝青路面病害類型

2.1 裂縫

2.1.1 橫向裂縫

橫向裂縫的發(fā)展方向垂直于車輛的前進(jìn)方向， 主縫的發(fā)展還會(huì)伴隨支縫的產(chǎn)生。 橫向裂縫還可根據(jù)產(chǎn)生原因分為荷載型裂縫與非荷載型裂縫。 橫縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)楦咚俟奋囕v超載行駛[2]。

2.1.2 縱向裂縫

縱向裂縫的發(fā)展方向與行車方向平行。 縱向裂縫形成主要原因?yàn)椋菏┕たp處理不當(dāng)，在外部環(huán)境的作用下產(chǎn)生裂縫。當(dāng)路基壓實(shí)度達(dá)不到要求時(shí)，隨著路基沉降的發(fā)生，路面同樣會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。 公路改擴(kuò)建中， 新舊路基搭接處理不妥當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致縱縫發(fā)生。

2.1.3 網(wǎng)狀裂縫

網(wǎng)狀裂縫的主要特點(diǎn)為裂縫分布不規(guī)則； 形成原因主要為地基處理不當(dāng)、路面施工溫度控制較差。 瀝青混合料黏性不夠，當(dāng)雨水滲入后導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。 當(dāng)行車荷載作用于路面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致路面抗疲勞性能降低，最終引發(fā)網(wǎng)狀裂縫產(chǎn)生。

2.2 車轍

車轍病害主要分為：磨耗型、結(jié)構(gòu)型、失穩(wěn)型、壓密性等。由環(huán)境原因造成的是磨耗型車轍； 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層強(qiáng)度不夠引起塑性形變形成的是結(jié)構(gòu)型車轍； 因?yàn)槁访姘枷菪纬傻氖鞘Х€(wěn)型車轍； 因?yàn)槭┕るA段路面的碾壓強(qiáng)度不足變形成的是壓密型車轍[3]。

2.3 坑槽類破壞

在凍融循環(huán)和車輛荷載共同作用下， 在路面內(nèi)部水分子會(huì)產(chǎn)生壓力，降低瀝青混合料的黏結(jié)特性，使路面形成松散結(jié)構(gòu)，最終形成坑槽。 導(dǎo)致坑槽的原因有以下幾點(diǎn)。

2.3.1 水損壞導(dǎo)致

當(dāng)路面發(fā)生凍融循環(huán)時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能降低；當(dāng)雨水作用且存在行車荷載時(shí)，會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)松散脫落現(xiàn)象。 對(duì)雨水不及時(shí)清理，或?qū)Σ『Σ贿M(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，會(huì)導(dǎo)致坑槽的發(fā)生。

2.3.2 施工因素

夏季對(duì)瀝青路面施工時(shí)，由于外界環(huán)境溫度較高，會(huì)導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)老化現(xiàn)象，最終導(dǎo)致黏結(jié)力降低。 當(dāng)行車荷載作用于路面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)坑槽。 當(dāng)溫度較低時(shí)，基層與面層黏結(jié)效果較差，最終也會(huì)形成坑槽。

2.3.3 層間接觸不良

對(duì)路面結(jié)構(gòu)層施工時(shí)，應(yīng)保證基層與面層具有足夠的黏結(jié)性。因此，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行。當(dāng)施工與相關(guān)要求不符，導(dǎo)致面層密實(shí)度不足時(shí)，路面結(jié)構(gòu)層整體受力不均。當(dāng)行車荷載作用時(shí)，導(dǎo)致應(yīng)力無法分散，最終形成坑槽[4]。

2.3.4 交通因素

高速公路交通量越來越多，超載情況常有發(fā)生，該現(xiàn)象嚴(yán)重影響著路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致瀝青路面發(fā)生疲勞裂縫。 在外部環(huán)境的變化下，逐漸形成坑槽。

2.4 松散破壞

瀝青混合料中瀝青與集料原材料間的黏結(jié)力不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致集料外滲流失，該病害稱為路面松散。 松散的表現(xiàn)形式為麻面或坑洞。 道路松散發(fā)生位置為表面層。

3 路面使用性能評(píng)定指標(biāo)

路面使用性能評(píng)定包含內(nèi)容共分為5 項(xiàng)，分別為：損壞狀況、行駛質(zhì)量、車轍、抗滑性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 路面使用性能主要通過路面使用性能指數(shù)（PQI）表示，該指標(biāo)為綜合指標(biāo)。 單項(xiàng)性能指標(biāo)表示方法見表1。

表1 單項(xiàng)性能指標(biāo)表示表

路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)體系如圖1 所示。

圖1 路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)體系圖

路面使用性能指數(shù)PQI 由PCI、RQI、RDI、SRI 四項(xiàng)值加權(quán)得到，并賦予各單項(xiàng)指標(biāo)一定的權(quán)重值。

式中，PCI 為路面損壞狀況指數(shù)；RQI 為行駛質(zhì)量指數(shù)；RDI 為車轍深度指數(shù)；SRI 為抗滑性能指數(shù)。WPCI、WRQI、WRDI、WSRI分別為相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。

4 高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)策

4.1 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策影響因素

4.1.1 路面狀況

當(dāng)路面性能各項(xiàng)指標(biāo)觸及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)閾值時(shí)， 應(yīng)對(duì)路面性能進(jìn)行恢復(fù)。 對(duì)病害進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，可提高路面的使用性能，保持公路暢通。 路面病害類型對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策起到制約作用，針對(duì)病害特點(diǎn)采取對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施。 當(dāng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)無法滿足病害程度時(shí)，可通過大中修來恢復(fù)路面性能[5]。

4.1.2 交通量和軸載

交通量直接影響著路面的使用壽命， 是路面承載能力的直接體現(xiàn)，因?yàn)榻煌颗c路面的作用力成正比，所以，隨著交通量的增加，路面出現(xiàn)病害的可能性也會(huì)隨之增加，因此，交通量也會(huì)影響路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作， 交通量較大的公路及逆行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)做好保通工作。

4.1.3 養(yǎng)護(hù)效益

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效益主要分為社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策需對(duì)費(fèi)用效益進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。 例如，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和大中修方案中，哪個(gè)方案最為經(jīng)濟(jì)合理；考慮社會(huì)效益時(shí)，采用哪種養(yǎng)護(hù)方式對(duì)環(huán)境造成影響較小[6]。

4.2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

4.2.1 裂縫填封

開槽灌縫是利用開槽機(jī)開出深1.5～2 cm， 寬1～1.5 cm 的鑿縫，裂縫深度不能大于寬度的2 倍，然后用密封膠把裂縫填充緊實(shí)。

4.2.2 表面封層

公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法較多，主要分為：霧封層、稀漿封層、微表處、碎石封層、就地?zé)嵩偕取ｐB(yǎng)護(hù)方式不同，養(yǎng)護(hù)效果也不同，霧封層使用壽命約為2 年，稀漿封層、微表處、碎石封層使用壽命約為2～3 年，就地?zé)嵩偕褂脡勖s4 年[7]。

5 案例分析

5.1 工程概況

本文所依托工程為某地區(qū)的高速公路。 該公路采用雙向四車道，路線全長為70 km，通車時(shí)間為2003 年。通車7 年后，對(duì)該路面進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見表2。

表2 路面調(diào)查表

通過調(diào)查可知：該公路路面主要病害表現(xiàn)為抗滑能力差。通過病害調(diào)查發(fā)現(xiàn)車轍占比為86.3%，泛油占比8.4%，橫縫占比為5.3%。

綜上所述，車轍病害是路面存在的主要病害，車轍病害通常是材料自身性能、環(huán)境、施工質(zhì)量以及路面厚度等多種因素綜合作用的結(jié)果，本文采用微表處對(duì)其車轍病害進(jìn)行修復(fù)。

5.2 瀝青混凝土設(shè)計(jì)

微表處混合料中乳化瀝青采用改性乳化瀝青。 改性乳化瀝青具有拌和過程中不破乳、不離析、保持均勻的優(yōu)點(diǎn)。 采用微表處技術(shù)修復(fù)車轍時(shí)， 需要滿足路面抗壓、 耐磨的性能要求。 所以，微表處技術(shù)在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)路面的具體情況選擇適合的級(jí)配要求。 利用微表處對(duì)車轍進(jìn)行修復(fù)時(shí)，應(yīng)采用0～5 mm 和5～9.5 mm 兩檔集料。 利用微表處罩面時(shí)，采用0～3 mm、3～5 mm、5～8 mm 三檔集料[8]。

5.3 施工工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)

微表處技術(shù)主要施工工藝為： 集料拌制—封閉交通—路面清掃—攤鋪混合料—缺陷修復(fù)—碾壓混合料—初期養(yǎng)護(hù)與開放交通。

施工時(shí)應(yīng)對(duì)路面質(zhì)量、 攤鋪厚度、 混合料稠度等進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 檢測結(jié)果表

通過調(diào)查結(jié)果可知：瀝青路面微表處施工較好，開放交通后性能得到提升，隨著開放交通時(shí)間增長，性能趨于穩(wěn)定，路用性能表現(xiàn)較好。

6 結(jié)語

通過對(duì)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1）行駛質(zhì)量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、損壞狀況、車轍、抗滑性能等是路面使用性能評(píng)定的幾個(gè)單項(xiàng)， 路面使用性能指數(shù)是路面使用性能的綜合指標(biāo)；

2）通過實(shí)際工程表明利用微表處技術(shù)對(duì)路面病害進(jìn)行治理可取得較好效果。