甘肅瀝青公路路面早期病害分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

祁德秀

甘肅省交通科學(xué)研究所有限公司，甘肅蘭州 730050

1 概述

隨著國家西部大開發(fā)政策的持續(xù)推行，進(jìn)出西北地區(qū)及甘肅省的車流量迅速增長、單車重量不斷加大，甘肅省已通車運(yùn)營的等級公路瀝青路面已出現(xiàn)了一些松散、車轍、裂縫等早期病害，病害發(fā)生時間多則在通車后3～5年，少則1年。據(jù)交通養(yǎng)護(hù)主管部門統(tǒng)計(jì)，甘肅省高等級公路瀝青路面出現(xiàn)早期病害已約有300多公里。研究表明，造成瀝青路面早期病害的原因雖然復(fù)雜，但其中路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否確是影響路面早期病害的重要因素之一，因此，有必要探討適宜的瀝青公路路面結(jié)構(gòu)型式，以減小瀝青路面早期病害對公路建設(shè)造成的影響。

2 瀝青路面早期病害及原因分析

2.1 瀝青路面早期病害

為了了解瀝青路面的早期病害，作者對2002年～2007年的瀝青公路進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，本次調(diào)查共18條公路，其中高速公路14條，一級公路2條，二級公路2條。通過對現(xiàn)場調(diào)查成果的分析與總結(jié)表明：

1）不同自然氣候區(qū)早期病害

隴東、隴西黃土高原區(qū)8條高速公路，2條一級公路和2條二級公路早期病害主要表現(xiàn)為：橫、縱向裂縫，坑槽，車轍。河西荒漠區(qū)6條高速公路早期病害主要表現(xiàn)為橫向裂縫和車轍。

2）不同等級公路早期病害

高速公路瀝青路面早期病害主要表現(xiàn)為：橫向裂縫和車轍，其中白蘭高速水損壞嚴(yán)重。

一級公路共2條，為瀝青混凝土路面，路面早期病害主要表現(xiàn)為橫、縱向裂縫。

二級公路共2條，為瀝青混凝土路面，路面早期病害主要表現(xiàn)為橫、縱向裂縫、網(wǎng)裂和龜裂，其中發(fā)生網(wǎng)裂的路段伴有不均勻沉陷。

2.2 瀝青路面早期損壞原因分析

路面早期產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，既有個別原因也有共性原因，既有技術(shù)問題也有管理問題，既有外因也有內(nèi)因。在病害發(fā)展的各個階段，造成各種病害的原因各不相同，歸納后其影響因素共有氣候、交通、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等方面。

2.2.1 氣候條件

氣候因素包括溫度和濕度。甘肅省氣候寒冷干燥，氣溫日差較大，光照充足，太陽輻射強(qiáng)，年極端最高氣溫為34～45℃，年極端最低氣溫為最低-33～-27℃。溫度過低區(qū)，路面內(nèi)會產(chǎn)生較大的收縮內(nèi)力而致使路面出現(xiàn)橫向裂縫；溫度較高區(qū)，在渠化交通和超載車的影響下路面則會出現(xiàn)車轍；高溫多雨或融雪區(qū)季節(jié)，在汽車動荷載的反復(fù)作用下，孔隙水的沖刷會稀釋瀝青，同時加速瀝青和骨料的剝離，造成瀝青上浮，致使路面出現(xiàn)松散或坑槽。受氣候的影響，甘肅省瀝青路面極易出現(xiàn)裂縫和車轍早期病害。

2.2.2 交通量和超載車問題

高速公路建設(shè)時預(yù)測的交通量增長速度，一般都趕不上實(shí)際的增長速度。而且不僅是交通量的數(shù)量增加，更直接地反應(yīng)在超載車輛的問題上。根據(jù)巉柳高速2005年和2006年間隙式觀測站交通量年統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析交通量增長情況可發(fā)現(xiàn)：

1）在2006年8月份以后交通量與2005年同期相比增長了2～3倍 ；

2）2006年與2005年相比，日交通量均增長了一倍，而重載車在2006年9月比2005年9月日交通量增長了30多倍；

3）大貨車占當(dāng)年全年車輛的平均占有率由3%增加到4%；重載車占當(dāng)年車輛的平均占有率由1%增加到8%。

由上述分析可知：高速公路的交通年平均增長率成倍的增長，而并非按設(shè)計(jì)時7～8%的增長率增長，高速公路建設(shè)時預(yù)測的交通量增長速度，遠(yuǎn)不及實(shí)際的增長速度，而隨著車輛生產(chǎn)的大型化，重載車增長率更為明顯。

2.2.3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對早期病害產(chǎn)生的影響

甘肅境內(nèi)瀝青路面早期病害的產(chǎn)生與單一的半剛性基層結(jié)構(gòu)使用有著直接的聯(lián)系。半剛性基層路面具有較高的強(qiáng)度及抗彎曲能力，并能夠充分利用當(dāng)?shù)夭牧隙@得較為經(jīng)濟(jì)。但半剛性基層有著本身難以克服的缺陷和不足，這是由于較高強(qiáng)度的半剛性基層可能會導(dǎo)致較大的干縮、溫度裂縫的產(chǎn)生，并促使面層產(chǎn)生反射裂縫。同時，雨水會從裂縫中下滲，并積聚在面層與基層中間，出現(xiàn)基層唧泥現(xiàn)象，降低了瀝青層與半剛性基層層間的連接狀態(tài)，加速了路面結(jié)構(gòu)的破壞。

2.2.4 瀝青路面施工對早期病害的影響

施工質(zhì)量隱患對路基、路面強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響，是路面早期病害的又一原因。

2.2.5 養(yǎng)護(hù)管理中存在的問題

維修養(yǎng)護(hù)與半剛性基層瀝青路面早期損壞有很大關(guān)系，在病害形成階段及時維護(hù)，能有效的防止病害發(fā)展，尤其是對先天性的病害采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，可使瀝青路面早期損壞減少到最小程度。但是，長期以來，由于資金不足和“重建輕養(yǎng)”的思想，在普通公路的養(yǎng)護(hù)中常常集中資金進(jìn)行突擊性病害維修，經(jīng)常性養(yǎng)護(hù)方法無法落實(shí)。因此，養(yǎng)護(hù)時間及維修養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)都是造成早期病害進(jìn)一步惡化的原因。

3 防止瀝青路面早期病害的優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)型式

盡管造成瀝青路面出現(xiàn)早期病害的原因很多，但設(shè)計(jì)因素的影響是最根本也是最主要的，只有設(shè)計(jì)合理，才能在其它措施下有效解決路面病害。鑒于此，以下將對路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題進(jìn)行細(xì)致的探討。

1）設(shè)置級配碎石過渡層、防止反射裂縫

設(shè)置了粒料（碎石）過渡層的“倒裝式結(jié)構(gòu)”，在國外也稱為“三明治式結(jié)構(gòu)”，由于級配碎石層相對于瀝青層和半剛性基層來說，無論從強(qiáng)度、穩(wěn)定性各方面都比較弱，所以會使路面成為“夾心餅干”。為了防止因?yàn)樵O(shè)置粒料層又出現(xiàn)新的早期損壞，粒料基層必須采用高質(zhì)量、良好級配、堅(jiān)硬的碎石，其厚度最好為10～15cm。

2）改善排水設(shè)施，減少水損壞

為了盡快排出進(jìn)入路面的水，可以在瀝青層的邊緣，做一個縱向的排水溝，方法是鋪筑寬20cm左右，深度超過瀝青層的單一粒徑粗碎石排水溝，在每隔5m左右再做一個橫向的出水口，排至路外。

3）加強(qiáng)瀝青層與基層間的聯(lián)結(jié)

為了改善瀝青層與基層的界面條件，應(yīng)保證基層和瀝青層連續(xù)施工，以及做好噴灑好透層油，做好封層。

4）提高瀝青混合料性能。

對于甘肅省境內(nèi)的瀝青公路，提高瀝青混合料的性能，主要是提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力，主要注意事項(xiàng)有瀝青性質(zhì)，碎石最大粒徑、表面粗糙度、顆粒形狀，礦粉、砂的用量及礦料級配，瀝青含量，瀝青混合料的施工密實(shí)度等。

5）中央分隔帶綠化改為封閉

甘肅省內(nèi)由于嚴(yán)重缺水，中央分隔帶的綠化作物常?？菟?，達(dá)不到綠化美化的效果。若將綠化撤除改為封閉，不僅解決了中央分隔帶滲水的問題，也節(jié)約了灌溉資金，節(jié)省了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

6）設(shè)置封層或應(yīng)力吸收層

在半剛性基層上設(shè)置封層或應(yīng)力吸收層，增強(qiáng)半剛性基層與瀝青層之間的聯(lián)結(jié)，可有效防止反射裂縫的發(fā)生。目前，Strata應(yīng)力吸收層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層AR-SAMI及SBS改性瀝青同步碎石層都廣泛的應(yīng)用在半剛性基層上。

7）采用瀝青穩(wěn)定碎石加半剛性基層組成的混合式基層

混合式基層能有效地降低了半剛性基層的疲勞應(yīng)力水平和其層間的剪切應(yīng)力，從而瀝青路面整體抗車轍能力。目前正在建設(shè)的永咸高速公路、鳳永高速公路、藍(lán)商高速公路、柞小高速公路等均采用了瀝青穩(wěn)定碎石基層加半剛性基層組成的混合式基層，瀝青層厚度由原來的15cm增加至18～22cm。

8）改善無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料基層

采用強(qiáng)度適中，收縮性小，抗裂性能和抗沖刷性能好的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料基層，控制水泥劑量不要過大，嚴(yán)格控制粒料中不包含土，減少細(xì)粉的含量，同時加強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

本文在對我省瀝青公路路面早期病害實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了瀝青路面早期病害產(chǎn)生的原因，針對這些病害，作者給出了瀝青路面優(yōu)化設(shè)計(jì)的若干措施，以期為減少瀝青路面早期病害做出貢獻(xiàn)。

[1]沙慶林著.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]沈金安.國外瀝青路面設(shè)計(jì)方法總匯[M].北京:人民交通出版社,2004

[4]孟書濤.瀝青路面早期損壞與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系.中國公路網(wǎng),2004(10).