高速公路瀝青混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)

劉 輝

(上海城建養(yǎng)護(hù)管理有限公司，上海市200063)

0 引言

(1)高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的概念

高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是高速公路養(yǎng)護(hù)的一種新的理念，是指高速公路養(yǎng)護(hù)部門在高速公路路面結(jié)構(gòu)良好或是路面病害發(fā)生初期，即對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不讓公路病害進(jìn)一步向更深層次發(fā)展，從而延長路面使用壽命、保持公路完好率和平整度、提高道路質(zhì)量、降低道路壽命成本的作業(yè)方式。

(2)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

瀝青路面在其壽命周期內(nèi)可分為三個(gè)階段:第一階段為建成投入使用,瀝青逐漸被氧化、損耗;第二階段,瀝青路面出現(xiàn)微小裂縫、坑槽或脫皮現(xiàn)象;第三階段則是瀝青路面出現(xiàn)較大面積裂縫,并貫通形成龜裂,最終出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是對(duì)瀝青路面采取的一種高標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)方式,實(shí)質(zhì)上是一種周期性的強(qiáng)制保養(yǎng)措施。其最佳時(shí)期,應(yīng)在路面尚處于良好狀態(tài)時(shí)即采取保護(hù)性養(yǎng)護(hù)措施,把病害消滅在萌芽狀態(tài),從而使路面始終處于良好的服務(wù)狀態(tài)。是一種效益費(fèi)用比非常良好的養(yǎng)護(hù)措施。

圖1為某高速公路管理局的資料。在道路使用壽命達(dá)到設(shè)計(jì)年限的75%時(shí)，道路使用質(zhì)量從優(yōu)良狀態(tài)變化為中等狀態(tài)，使用質(zhì)量降低約40%左右。在隨后12%的使用時(shí)間內(nèi)，將發(fā)生40%的質(zhì)量衰減，道路損壞率急劇增加，道路使用質(zhì)量處于很差的狀態(tài)。若在道路處于中等狀態(tài)時(shí)就進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)費(fèi)用為1個(gè)單元，但若修復(fù)工作延遲，使路面使用狀態(tài)達(dá)到很差的質(zhì)量水平時(shí)，再進(jìn)行修復(fù)所需要的費(fèi)用將增加4~5倍，所以延遲養(yǎng)護(hù)將付出高昂代價(jià)。

(3)高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)的宏觀和微觀路況指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)高速公路瀝青路面狀況的評(píng)價(jià)采用路面彎沉系數(shù)(SSI)、路面狀況指數(shù)(PCI)、行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)和抗滑系數(shù)(BPN或SFC)4項(xiàng)指標(biāo)。上海市公路設(shè)施管理系統(tǒng)對(duì)所有的4項(xiàng)指標(biāo)也都給出了高速公路的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 上海市公路設(shè)施管理系統(tǒng)的路況評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

在預(yù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的制定中，我們以上海市的路況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，提出了基于PCI、SSI和RQI的上海市高速公路瀝青混凝土路面預(yù)養(yǎng)護(hù)的宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 上海市高速公路瀝青混凝土路面預(yù)養(yǎng)護(hù)的宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)

(4)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定

通過大量的高速公路調(diào)查，發(fā)現(xiàn)技術(shù)人員的目測判斷對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的確定作用較大。調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造深度與集料的脫落存在一定的相關(guān)性，考慮各路段級(jí)配變異及混合料的離析，分析時(shí)用路段平均值來進(jìn)行評(píng)定。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造深度大小與集料脫落程度有對(duì)應(yīng)性，即同一段段落構(gòu)造深度越大，對(duì)應(yīng)的集料脫落越嚴(yán)重。集料脫落輕微路段平均值在0.6mm左右；根據(jù)以往檢測，瀝青路面竣工時(shí)構(gòu)造深度一般在0.4~0.60mm之間，特大、特小值分析應(yīng)該為瀝青混合料離析所致，結(jié)合路段調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)構(gòu)造深度0.7mm左右為集料脫落程度的臨界值。當(dāng)測點(diǎn)構(gòu)造深度在0.8mm以上，對(duì)應(yīng)集料脫落嚴(yán)重，已經(jīng)處于不利狀況。綜合考慮確定，當(dāng)構(gòu)造深度處于0.7~0.8mm時(shí)，為實(shí)施第一次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的臨界時(shí)機(jī)。

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)集料脫落繼續(xù)加重，構(gòu)造深度達(dá)到0.8mm甚至更大時(shí)，路表將出現(xiàn)大量的微裂縫，并且微裂縫有連通、加劇的趨勢，這時(shí)一些粗集料也開始脫落，使得集料之間的束縛減弱，部分集料已經(jīng)凌空，在一次或幾次大噸位輪胎作用下可能很快就脫落，進(jìn)而形成坑洞及坑槽，也加大了雨水進(jìn)入引起水損壞的機(jī)會(huì)。所以，綜合考慮實(shí)施微表處和薄層罩面的臨界構(gòu)造深度為0.8~1.0mm和大于1.0mm。

此外提出一個(gè)新指標(biāo)，即輪跡帶構(gòu)造深度與兩輪跡帶中間構(gòu)造深度比，簡稱構(gòu)造深度比TDR。調(diào)查顯示，行車道輪跡帶受車輪的長期碾壓、磨損,表面集料脫落明顯較行車道中間帶大，調(diào)查中TDR數(shù)據(jù)表明構(gòu)造深度比均大于1。部分路況較好段，構(gòu)造深度比在1.2以下，故以此為臨界值。另外建議各路段建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫資料，對(duì)比分析，建立本段的構(gòu)造深度比的臨界值，使該指標(biāo)能夠更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)路面性能。

1 高速公路瀝青路面破壞原因

1.1 功能性破壞

(1)局部裂縫一般是在路面使用3~5 a后發(fā)生的，其表現(xiàn)多是細(xì)線狀裂縫。引起局部裂縫的原因可歸納為基層和路基的壓實(shí)度不均勻，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格，局部材料質(zhì)量等問題。

(2)車轍是在道路橫斷面上由于車輛輪胎重復(fù)行駛久而久之產(chǎn)生的一種路面沉陷現(xiàn)象，表現(xiàn)為沿行車帶出現(xiàn)橫向高差，主要是由于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)不合理，穩(wěn)定性差或由于基層及面層施工時(shí)壓實(shí)度不足，使輪跡帶處的面層和基層材料在行車荷載反復(fù)作用下出現(xiàn)固結(jié)變形和側(cè)向剪切位移引起。另外，重載和超載車輛過多也是產(chǎn)生車轍的重要原因。

(3)橋頭跳車現(xiàn)象發(fā)生在橋和涵洞等構(gòu)造物與路面交接的部位，是由于材料壓實(shí)不均勻而產(chǎn)生的與構(gòu)造物間的高差所致。

(4)波浪的主要原因是路面組成材料設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量差，導(dǎo)致路面材料不足以抵抗車輪水平力的作用；在縱坡段，由于高溫的原因也會(huì)出現(xiàn)這種病害。

(5)沉陷主要是由路基壓實(shí)度不足引起的，特別是在一些高填方和壓實(shí)困難的半填半挖路段以及構(gòu)造物兩端出現(xiàn)。

(6)松散和剝落松散主要出現(xiàn)在水損壞嚴(yán)重的路段上，如果瀝青混合料中使用了中性或酸性石料，會(huì)造成集料與瀝青之間的粘附性不足，在行車荷載的作用下，集料從路面剝落，使路面形成麻面，進(jìn)而可能發(fā)展成為坑槽、松散等病害。施工時(shí)混合料離析也是產(chǎn)生剝落的原因之一。

(7)坑槽是龜裂和松散等其他損壞進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。

1.2 水破壞

水損害是我國高速公路瀝青路面最嚴(yán)重的早期損壞原因之一。其破壞特征是：瀝青表層泛油并伴有嚴(yán)重的推移變形和車轍變形，瀝青中、下面層潮濕，并出現(xiàn)油-石分離、松散，多發(fā)生在重車交通量較大的行車道上。水破壞的數(shù)量和速度與公路沿線的降雨量大小有密切關(guān)系。在其他條件都相同的情況下，上海為多雨潮濕地區(qū)，瀝青路面的水破壞要比半干旱地區(qū)(特別是干旱地區(qū))瀝青路面的水破壞在數(shù)量上多得多，在速度上快得多。

網(wǎng)裂、形變發(fā)展成坑洞的速度也與上述諸多因素有關(guān)。網(wǎng)裂、形變可能在隨后的一、二個(gè)雨季中發(fā)展成坑洞，也可能過更長的時(shí)間才發(fā)展成坑洞。

2 高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

根據(jù)上海地區(qū)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程實(shí)踐，結(jié)合其他地區(qū)實(shí)例，高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)主要分為以下幾種：

(1)霧封層和還原劑封層

此類封層是將霧狀的乳化瀝青或?qū)ｉT的再生劑噴灑在老化的瀝青路面上,其目的是更新和還原表面已氧化的瀝青膏體。霧封層和還原劑封層都有一些共同的特點(diǎn)，即施工后需要較長的時(shí)間才能開放交通。必須嚴(yán)格掌握單位面積的噴灑量,過多的噴灑量會(huì)在路表面形成一層薄膜而使路面喪失摩擦阻力,必要時(shí)需用鋪砂的方法來改善其抗滑阻力。因此,霧封層和還原劑封層通常主要用于低交通流量、低車速的道路和停車場上。

(2)稀漿封層

稀漿封層是一種由乳化瀝青、破碎的集料、礦粉、水和添加劑組成的稀漿狀的混合物,它在拌和均勻后被攤鋪到原有的瀝青路面上形成一層與原路面結(jié)合牢固、具有抗磨表面結(jié)構(gòu)的均勻養(yǎng)護(hù)層。普通稀漿封層技術(shù)與改性乳化瀝青技術(shù)都是利用由級(jí)配集料、乳化瀝青、填料和水所組成的混合料進(jìn)行施工的,不同的是后者所采用的材料是經(jīng)過嚴(yán)格檢測篩選出來的,其中還包括高分子聚合物和其他添加劑,因而相比之下改性乳化瀝青稀漿封層技術(shù)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。

(3)灌縫

采用人工方式進(jìn)行灌縫作業(yè)，雖然操作工具簡單，在一定程度上達(dá)到防止雨水滲入的效果，但加熱溫度不容易控制，灌縫深度很難達(dá)到要求，灌縫均勻性差，且容易將灌縫材料拋撒路面影響路容，因此目前普遍推廣使用壓力式灌縫機(jī)。

灌縫作業(yè)前，一般先要進(jìn)行清縫后再進(jìn)行灌縫，大于3mm寬的裂縫一般還需要進(jìn)行開槽作業(yè)，灌縫機(jī)主要配有壓力控制裝置、密封材料的加熱保溫裝置、噴槍軟管加熱裝置和及時(shí)泵送系統(tǒng)等。利用這種灌縫機(jī)作業(yè)，能保證灌縫料與裂縫有良好的粘附性能，能達(dá)到灌縫標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(4)路面熱再生修補(bǔ)

為了節(jié)約路用材料，減少舊料對(duì)環(huán)境的污染，我國一些地區(qū)開始采用舊料的再生利用，其中瀝青就地?zé)嵩偕门c冷銑——廠拌再生工藝相比，減少了舊料運(yùn)輸費(fèi)用以及廠拌連續(xù)式拌合設(shè)備等。瀝青路面在使用過程中，經(jīng)受著行車和各種自然因素的作用，逐漸脆硬老化，其實(shí)是舊路面材料中的瀝青結(jié)合料發(fā)生了老化。主要表現(xiàn)為針入度減小、軟化點(diǎn)有所上升、延度降低。瀝青材料不是單體，主要是由油分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等組成。在生產(chǎn)作業(yè)和使用一段時(shí)間后，瀝青的化學(xué)組分及性質(zhì)也隨之改變，以致使瀝青變硬，降低粘性而產(chǎn)生龜裂，松散病壞(除路基和路面基層質(zhì)量問題外)。廠拌熱再生技術(shù)通過摻入適量的再生劑在混合料中，經(jīng)過加熱拌合產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，使舊瀝青恢復(fù)路用性能(必要時(shí)增加少量新瀝青)，達(dá)到路用技術(shù)要求后實(shí)現(xiàn)再生利用目的。

3 結(jié)語

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)在國內(nèi)起步晚，尚未得到充分發(fā)展，“重建設(shè)、輕養(yǎng)護(hù)”的思想觀念根深蒂固，因此向公路管理者及其他相關(guān)人員宣傳預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理念成為道路養(yǎng)護(hù)工作者的首要任務(wù)之一。同時(shí)對(duì)于不同的路面，其破壞類型及原因各不相同，而各種養(yǎng)護(hù)措施的機(jī)理、工藝、應(yīng)用范圍及其所達(dá)到的效果各不相同，因此，選擇合適的處置措施至關(guān)重要，否則，既浪費(fèi)了資金，又達(dá)不到預(yù)期的效果，甚至?xí)鹌渌麊栴}的產(chǎn)生。

[1]王玉順,朱敏清.高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2008.

[2]JTJ0 73.2-2001，公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG F40－2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]．