淺談陽茂高速公路瀝青路面保護(hù)策略

蔡卓生

(廣東省高速公路有限公司)

1 項目概況

廣東陽茂高速公路(以下簡稱該路段)是國道主干線(沈陽)至(海南)廣東境內(nèi)的組成部分,是連接廣東、海南、廣西三省政治、經(jīng)濟的大通道,也是粵西地區(qū)連接珠三角的高速公路主骨架。陽茂高速公路全長 79.76km,雙向四車道,設(shè)計速度為 120km/h,于 2004年年底建成通車。全線均為瀝青混凝土路面,面層設(shè)計總厚度為 18cm,橋面瀝青混凝土鋪裝層厚度為 10cm。該路段通車使用五年多來,路面綜合狀況良好,主要的問題是裂縫、唧漿、車轍、以及橫向力系數(shù)偏低,特別是裂縫比較嚴(yán)重。為了防止路面的進(jìn)一步損壞,特別是防止由于路面表面功能的損壞引起路面結(jié)構(gòu)性的損壞,通過對路況病害進(jìn)行調(diào)查和分析,針對陽茂當(dāng)前路況提出了以預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的路面保護(hù)方案,該方案是以低成本的表面處置措施為主,常用措施包括:裂縫處理、霧封層、微表處、熱拌瀝青混合料加鋪層等。與路面病害處理和大中修相比,適時的和有針對性的預(yù)防性養(yǎng)護(hù),可以節(jié)省工程費用70%～80%以上。因此,路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種最經(jīng)濟有效的路面維修管理模式。路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對延長路面使用壽命和路面大修重建周期,確保道路使用壽命周期經(jīng)濟最大化具有重要意義。

2 路況調(diào)查及路面性能評價

(1)通過對該路段路面各項指標(biāo)的檢測和調(diào)查,路面狀況性能為:平整度評價結(jié)果全部為“優(yōu)”,車轍檢測有 42m不滿足要求(車轍深度＞15mm,茂陽方向),結(jié)構(gòu)強度有752m評定達(dá)不到養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(茂陽方向);抗滑性能基本上全線都不滿足要求,需要盡快處理;在路面損壞評價中,裂縫(包括橫向裂縫和縱向裂縫)病害最為突出,其次是車轍。

(2)對裂縫病害與車轍病害進(jìn)行相關(guān)性分析。

通過對該路段瀝青路面水損壞調(diào)查發(fā)現(xiàn),發(fā)生在陽茂高速公路的水損壞有兩種表現(xiàn)形態(tài):表面水損壞產(chǎn)生的坑槽和瀝青混合料內(nèi)部水損壞產(chǎn)生的車轍。對于大多數(shù)瀝青路面來講,表面水損壞產(chǎn)生的坑槽是非常常見的問題,并不稀奇。然而,對于瀝青混合料內(nèi)部水損壞產(chǎn)生的車轍以往的調(diào)查和研究并不多。為此,我們對這個問題進(jìn)行了比較細(xì)致的調(diào)查和研究。首先,結(jié)合車轍路段的處理,將幾處發(fā)生嚴(yán)重車轍的位置挖開。挖開后可以發(fā)現(xiàn),中面層松散,集料顆粒上油膜脫落,且瀝青上浮至上中面層的界面處,表現(xiàn)出明顯的深層水損壞特征。進(jìn)一步,選典型路段計算路面車轍率和裂縫率(路面裂縫或車轍破損面積與所調(diào)查路段的路面總面積之比),進(jìn)行裂縫與車轍相關(guān)性分析,

從相關(guān)系數(shù)的取值來看,p=0.0003＜α=0.05,且相關(guān)系數(shù)r=0.90984＞0.8,可以認(rèn)為裂縫率和車轍率高度相關(guān)。也就是說裂縫病害和車轍病害有著很強的關(guān)聯(lián)性。從而可以推斷,陽茂高速公路瀝青路面的車轍與裂縫漏水有關(guān)。因此,對裂縫的處置,防止水分浸入路面,是陽茂高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施選擇的基本原則。

3 陽茂高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段劃分

(1)分離出PSSI評價結(jié)果較低、存在嚴(yán)重縱縫和嚴(yán)重車轍的路段,認(rèn)為這些路段屬于結(jié)構(gòu)性損壞,在采取矯正性養(yǎng)護(hù)措施后,再采用相應(yīng)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。對于其余路段,根據(jù)其它指標(biāo),繼續(xù)細(xì)分。

(2)采用橫向裂縫長度、向裂縫長度、車轍深度和摩擦系數(shù)四指標(biāo)進(jìn)行聚類分析。

(3)根據(jù)聚類分析結(jié)果,參照路面的實際情況對聚類結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化,最終得到該路段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)段落的劃分結(jié)果。

根據(jù)以上三步驟進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的段落劃分。

3.1 剔除需要進(jìn)行矯正性養(yǎng)護(hù)的路段

對PSSI評價為中及以下的路段進(jìn)行剔除,只有茂陽方向752mPSSI被評價為中,須剔除。

3.2 路段劃分

剔除矯正性養(yǎng)護(hù)路段是對路段的初步劃分,而進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段劃分需明確各路段微觀的路面病害特點,不僅要考慮較多的單項路況指標(biāo),還要選擇較小的路段單元,這樣路段樣本數(shù)量將會增加。該路段路單向長 79.76km,若采用 500m長度為單元,則將有 160個路段樣本。根據(jù)各種聚類分析法的適用條件,本文選擇聚類分析理論中的動態(tài)聚類法進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段的劃分。

根據(jù)以上剔除的路段,再剔除已經(jīng)采取過微表處理的路段,其余路段按每 500m一個單元,采用橫向裂縫長度、向裂縫長度、車轍深度和摩擦系數(shù)四個指標(biāo)進(jìn)行聚類分析,并形成數(shù)據(jù)表,由于篇幅限制,這里只給出總的劃分結(jié)果及對應(yīng)的處治措施。

(1)陽茂方向。

第1類路面的特點是橫縫比較少(81.33m/km),縱縫比較少(11.9m/km),車轍深度很小(6.42mm/km),摩擦系數(shù)較小(均值為 39.57),此類路面以改善路面抗滑為主要目的。

第2類路面的特點是橫縫比較多(190.96m/km),縱縫比較少(13.2m/km),車轍深度較小(7.14mm/km),摩擦系數(shù)較小(均值為 39.84),此類路面以橫向裂縫處置和改善路面抗滑為主要目的。

第3類路面的特點是橫縫比較多(171m/km),縱縫比較多(143.5m/km),車轍深度較小(7.04mm/km),摩擦系數(shù)較小(均值為 38.93),此類路面以縱橫向裂縫處置和改善路面抗滑為主要目的。

(2)茂陽方向。

第1類路面的特點是橫縫較多(129.26m/km),縱縫較少(22.1m/km),車轍深度相對較小(8.03mm/km),摩擦系數(shù)很小(均值為 37.87),此類路面以橫向裂縫處置和改善路面抗滑為主要目的。

第2類路面的特點是橫縫很多(342.41m/km),縱縫比較多(107.3m/km),車轍深度較小(8.19mm/km),摩擦系數(shù)較小(均值為 38.73),此類路面以縱橫向裂縫處置和改善路面抗滑為主要目的。

第3類路面的特點是橫縫很多(227m/km),縱縫很多(445.8m/km),車轍深度相對較大(8.2mm/km),摩擦系數(shù)較小(均值為 38.5)。此類路面以縱橫向裂縫和車轍處置和改善路面抗滑為主要目的。

4 路面性能預(yù)測模型

根據(jù)以往研究成果,采用 S型函數(shù)作為路面性能預(yù)測模型,并認(rèn)為S型函數(shù)更適合以時間為變量的路面長期性能預(yù)測。

根據(jù)前面的路面分類結(jié)果,對 5年內(nèi)該路段瀝青路面各項性能指標(biāo)進(jìn)行匯總(取平均值)得出,該路段路面行駛質(zhì)量及結(jié)構(gòu)承載力評分結(jié)果都比較高,近些年不存在嚴(yán)重衰減的狀況。

(1)PCI預(yù)測。

通過回歸分析,得到陽茂方向PCI預(yù)測模型如下(R2= 0.9353)

茂陽方向PCI預(yù)測模型如下(R2=0.9615)

通過計算和圖表分析(計算和圖表分析略)可知,如果不對路面實施保護(hù)措施(預(yù)防性養(yǎng)護(hù))的話,到第 5～6年時,路面的PCI值將下降至“中”的水平,根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ073.2-2001)以下稱《規(guī)范》的要求,屆時路面需要進(jìn)行中修罩面。

(2)SRI預(yù)測。

通過回歸分析,得到陽茂方向SRI預(yù)測模型如下(R2= 0.7991)

茂陽方向SRI預(yù)測模型如下(R2=0.7589)

通過計算和圖表分析(計算和圖表分析略)可知,路面現(xiàn)時抗滑性能(SRI)已經(jīng)下降至“中”以下的水平,根據(jù)《規(guī)范》的要求,路面需要盡快進(jìn)行加鋪罩面,以改善表面功能,提高路面的安全性。

從以上分析可以看出,S型預(yù)測方程的相關(guān)系數(shù)都比較高,從后期和整體預(yù)測趨勢看,S型預(yù)測趨勢比較符合實際情況。預(yù)測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)誤差平均值不超過 0.05%,表明模型具有較好的適用性和穩(wěn)定性。

5 瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計劃

5.1 養(yǎng)護(hù)計劃總原則

對全路線進(jìn)行裂縫處置(裂縫封堵)。鑒于該路段路面出現(xiàn)的裂縫以橫向“輕度”(寬度≤6mm)細(xì)微裂縫為主,本著有效、徹底的目的和原則,建議采用開槽灌縫+壓縫帶方式處置裂縫。

裂縫進(jìn)行處置后,對全路線實施超薄磨耗層或微表處處置,目的是進(jìn)一步封堵裂縫,處置輕微車轍,改善路面抗滑能力,提高路面的安全性。

作為備選方案,如果條件許可,也可以考慮現(xiàn)場熱再生,或薄加鋪層代替超薄磨耗層方案。

(1)裂縫的處治

①重度裂縫;裂縫寬度在 6mm以上的裂縫為重度裂縫,采用先開槽,清理并灌入熱瀝青,然后填入熱拌瀝青混合料,搗實,再用壓縫帶做封縫處理。

②輕微裂縫;全程其它裂縫均為輕微裂縫(寬度＜6mm),建議采用的裂縫修補工藝為:開槽灌縫+壓縫帶封縫,以處理裂縫的滲水、啃邊和崩邊,同時防止裂縫繼續(xù)發(fā)展

(2)路面抗滑處治

《規(guī)范》中規(guī)定,高速公路抗滑能力不足(SFC＜40)的路段,應(yīng)采取加鋪罩面層等措施提高路表面的抗滑能力。罩面前,應(yīng)先處治好原路面上的各種病害(裂縫、坑槽等)。陽茂高速公路采取的處治方案為:交通量較少,車載相對較輕的陽茂方向采用 1cm微表處處置,交通量較大,車輛超載相對較重的方向采用2cm超薄磨耗層。

(3)唧漿處治:對重度唧漿,使用水泥混凝土置換基層同時在路肩處增設(shè)多孔水泥混凝橫向盲溝的方法進(jìn)行處治。對于輕微唧漿采用開槽清理灌縫+壓縫帶。

(4)坑槽修補,采用園洞方補,同時涂上防水劑,在新舊界面上貼壓縫帶。

5.2 該路段路面中長期路面保護(hù)策略

(1)平均的路面結(jié)構(gòu)整體強度仍處于強度變化的第 I階段,即整體性工作階段。

(2)局部路段強度不足(約3km),需采用補強處理。

(3)平整度的平均狀況近期沒有衰減跡象。

(4)PCI隨時間的變化符合“S”型曲線的特征,具有明顯的下降趨勢,并已接近臨界值,需要盡快處理。

(5)影響PCI指標(biāo)下降的最主要因素是路面裂縫(以橫向裂縫為主),針對PCI的措施應(yīng)以處置裂縫,防止路面透水為主。

(6)路面抗滑性能SRI隨時間的變化近似符合“S”型曲線的特征,具有明顯的下降趨勢,并已達(dá)到臨界值,需要馬上處理。

(7)路面沒有表現(xiàn)出透水的跡象,所有的唧漿問題均與裂縫和微小坑槽、中分帶排水失效有關(guān)。

(8)路面結(jié)構(gòu)的承載能力預(yù)測表明,現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)不足以承擔(dān)設(shè)計的累計標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù),應(yīng)該在適當(dāng)年份考慮予以補強加鋪。

(9)在未獲得交通量信息的情況下,暫定在路面通車后的第9～第 10年之間加鋪4～6cm細(xì)粒式瀝青混合料(AC -16c或SMA-13)。

根據(jù)該路段路面狀況的基本特征,可以認(rèn)為路面中長期保護(hù)策略的核心應(yīng)該是補強、裂縫、抗滑。

6 總 結(jié)

(1)路面技術(shù)狀況評價結(jié)果為:全路段大部分路段的結(jié)構(gòu)強度滿足要求,平整度狀態(tài)良好,裂縫病害嚴(yán)重,多數(shù)路段抗滑性能不能滿足要求。

(2)多因素顯著性分析指出,在陽茂高速公路瀝青路面的損壞中,以橫向裂縫和車轍對路面狀況指數(shù)PCI的影響最大。同時,發(fā)現(xiàn)這兩類路面破壞之間具有相關(guān)性,說明陽茂高速公路瀝青路面的車轍與中下面層的水損壞有關(guān),這個結(jié)論與路面調(diào)查結(jié)果也是一致的。

(3)按照動態(tài)聚類分析方法,把路面按橫向裂縫長度、向裂縫長度、車轍深度和摩擦系數(shù)四指標(biāo)進(jìn)行分類優(yōu)化,得到三類具有不同路面破壞特征的路面段,預(yù)示將采取不同的處治措施。

(4)通過分析比較,認(rèn)為路面性能衰減規(guī)律遵循“S”型函數(shù)的特征,并通過回歸的方法,分別建立了路面性能指標(biāo)PCI、RQI、PSSI和SRI的衰減模型,用于預(yù)測未來的路面性能。預(yù)測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)誤差平均值不超過 0.05%,表明模型具有較好的適用性和穩(wěn)定性。

(5)鑒于絕大部分瀝青路面采用半剛性基層結(jié)構(gòu),項目的研究對于采用經(jīng)濟有效的保護(hù)途徑,來保持和改善這些路面的性能,延長路面的使用壽命,具有重要的示范意義。

7 結(jié) 語

陽茂高速公路通過預(yù)防養(yǎng)護(hù),對路面進(jìn)行保護(hù),各項指標(biāo)得以較大提高,能延緩路面大中修,有效地保持和改善陽茂高速公路瀝青路面的使用壽命。