基于瀝青路面半剛性結(jié)構(gòu)的破損研究及評價

李 穎

(新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016)

基于瀝青路面半剛性結(jié)構(gòu)的破損研究及評價

李 穎

(新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016)

半剛性基層路面的性能評價是對路面養(yǎng)護(hù)、鋪裝、維護(hù)的有力依據(jù)。然而依據(jù)現(xiàn)行公路技術(shù)評價體系對西部高速公路進(jìn)行評價時，路面狀況指數(shù)經(jīng)常超限。針對這一問題，文章基于國內(nèi)外瀝青路面破損及評價研究現(xiàn)狀，從計算彎沉值、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI、路面車轍狀況RDI等方面，研究了半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)破損狀況的計算方法，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用分析，為瀝青路面半剛性結(jié)構(gòu)破損評價提供理論依據(jù)。

瀝青路面；裂縫；半剛性結(jié)構(gòu)；破損評價

0 引言

當(dāng)前我國高速公路建設(shè)迅速發(fā)展，高速公路養(yǎng)護(hù)問題也逐漸受到公路工作者的重視。高速公路的質(zhì)量評價是道路養(yǎng)護(hù)的重要前提，其決定著管理系統(tǒng)設(shè)計、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算、維護(hù)對策等[1]。我國瀝青路面設(shè)計壽命一般為15年，但是一小部分高速公路在通車1～3年內(nèi)就開始出現(xiàn)破損，嚴(yán)重影響行車安全[2-3]。半剛性基層路面很容易開裂，裂縫的出現(xiàn)不僅使路面的承載能力下降，而且在車輛的往復(fù)作用下，面層還會產(chǎn)生反射裂縫。除了裂縫之外，車轍、泛油、沉陷等道路病害也會嚴(yán)重影響其使用性能。

各種破損情況按照成因可以分為結(jié)構(gòu)性破損和非結(jié)構(gòu)性破損。非結(jié)構(gòu)性破損主要有：間距在100 m以上的橫向裂縫、縱向施工接縫、波浪、泛油、輕微車轍、松散、老化、坑槽、修補(bǔ)破壞等。結(jié)構(gòu)性破損主要有：間距<100 m的橫向裂縫、非施工接縫的縱向裂縫、不規(guī)則的裂縫、龜裂、嚴(yán)重車轍、不均勻沉降、唧漿、龜裂等[3]。目前，依據(jù)現(xiàn)行公路技術(shù)評價體系對西部高速公路進(jìn)行評價時，路面狀況指數(shù)經(jīng)常超限。然而，瀝青路面加鋪層設(shè)計僅參考舊路面彎沉量，當(dāng)彎沉量小于設(shè)計值時就無法實(shí)施加鋪。

針對這個問題，本文首先對瀝青路面的主要性能指標(biāo)進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究了半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞評價的計算方法。從計算彎沉值、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI、路面車轍狀況RDI等方面對其進(jìn)行全面評價，并按照此方法對工程實(shí)例進(jìn)行分析，指出其存在的問題并給出修復(fù)方法。希望為今后瀝青路面半剛性結(jié)構(gòu)破損評價提供理論依據(jù)。

1 路面結(jié)構(gòu)性破壞評價的計算方法

為了便于分析，本文將瀝青路面損害分為四種：裂縫、表面損壞、變形、其它。鑒于每個路段都可能出現(xiàn)不同的損害類型，其嚴(yán)重程度也不盡相同，因此采用綜合評價法。瀝青路面綜合破損率[4]：

(1)

式中：D——調(diào)查路面內(nèi)的破損折合面積，m2；

A——調(diào)查路段的總面積，m2；

Dij——第i類、第j種破壞的面積，m2；

Kij——第i類、第j種破壞的折算系數(shù)，%。

為了簡化分析，根據(jù)瀝青路面綜合破損率DR得出路面破損評價指數(shù)[5]：

PCI=100-15DR0.412

(2)

評價體系中認(rèn)為PCI>90的路面狀況指數(shù)是優(yōu)，<60的路面狀況是差[6-7]。由式(2)可以看出，DR越大其對PCI的影響越小。但是在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，道路上車轍數(shù)量的多少決定了PCI指數(shù)的變化，其余損害對PCI指數(shù)并未有較大影響。因此僅僅依靠PCI去評價路面破損情況并不科學(xué)，本文將從試驗(yàn)路段的計算彎沉值、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI、路面車轍狀況RDI三方面進(jìn)行綜合評價。路面破損評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 路面破損評價標(biāo)準(zhǔn)表

試驗(yàn)路段的計算彎沉值：

(3)

路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)：

(4)

路面車轍狀況：

(5)

其中：RD——車轍深度，mm；RDa——車轍深度參數(shù)，取20mm；RDb——車轍深度限制參數(shù)，取35mm。

2 工程實(shí)例評價分析

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，該路段交通量明顯增加，經(jīng)過3年的運(yùn)營，該道路路面已經(jīng)出現(xiàn)破損。公路部門先后對該路段進(jìn)行維修并養(yǎng)護(hù)，可是重點(diǎn)病害仍反復(fù)出現(xiàn)，表現(xiàn)為車轍、裂縫、松散等。為了消除安全隱患，對該高速公路K1194～K1240合計46km路段進(jìn)行路面綜合破損情況評價。根據(jù)評價的需要，計算出各個損害類型的折算面積，并據(jù)此得出各種病害所占的比例，見圖1。

圖1 試驗(yàn)路段破損組成情況餅狀圖

由圖1可以看出，對該路段影響最大的病害是麻面，占到了86.52%，其次是車轍占5.07%，其余病害所占比例均<4%。對該路段上下行線的超車道、行車道進(jìn)行PCI指數(shù)評價，評價結(jié)果見圖2。

圖2 路面破損綜合評價情況餅狀圖

由圖2可知，試驗(yàn)路段優(yōu)、良兩個等級的路面占整體的53%，差的路段占到了整體的42%，可見試驗(yàn)路段路面破損處于兩個極端。全路段的綜合評價水平較低，麻面是試驗(yàn)路段的主要病害。對試驗(yàn)路段進(jìn)行PCI分析，發(fā)現(xiàn)K1194～K1210段的PCI值大于K1210～K1240的值，即病害主要發(fā)生在后一段。對實(shí)驗(yàn)路段進(jìn)行彎沉檢測分析，得到的彎沉值分布曲線見圖3。

圖3 試驗(yàn)路段彎沉值分布曲線圖

圖3中的虛線是等級“良”下的彎沉值下線，因此由圖3可以看出，K1210～K1240段的彎沉值整體高于“良”等級。查閱公路的設(shè)計資料得知，彎沉值較大的路段是在原有路基礎(chǔ)上加鋪而成。進(jìn)一步研究得出，舊路加鋪改造后的路段強(qiáng)度明顯不足，43.45%的路段PSSI為“次”和“差”等級。

K1210+900～K1213+600、K1238+100～K1240+000等部分路段出現(xiàn)早期病害后進(jìn)行了加固處理。改造過程為：先在舊路面上鋪10～20cm的天然砂礫，隨后鋪設(shè)20cm厚的5%水穩(wěn)砂礫。由圖3可以看出，這些改造后的路段彎沉值在允許范圍之內(nèi)，說明改造效果明顯。設(shè)計時的K1217+300～K1219+460、K1233+500～K1238+120路段舊路路面平整，路況較好，僅進(jìn)行了罩面，并未加固，但是評價結(jié)果顯示此路段彎沉十分嚴(yán)重。

對實(shí)驗(yàn)路段進(jìn)行RDI評價分析見圖4，下邊的虛線為“良”等級的車轍深度，上邊的虛線為“中”等級的車轍深度。由圖4可知，試驗(yàn)道路全程均有不同深度的車轍，92%的路段車轍深度都能達(dá)到“良”水平，只有K1195+240～K1195+830路段存在較深的車轍，因?yàn)樵撀范问巧掀侣罚诮煌ㄝd荷和重力分量的共同作用下，車轍較重，最大車轍深度可達(dá)40mm。

圖4 試驗(yàn)路段車轍分布曲線圖

針對該路段的破損評價情況，給出如下維修方案：

(1)對于PCI指標(biāo)是“優(yōu)”和“良”的路段應(yīng)以日常養(yǎng)護(hù)為主，當(dāng)PCI指標(biāo)低于“中”時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行罩面處理；

(2)對于K1210～K1240段彎沉值低于“中”水平的路段，建議挖除其基層和面層，對路基進(jìn)行銑刨處理，并重新鋪設(shè)面層和基層。

(3)對于K1195+240～K1195+830上坡路段，設(shè)計時應(yīng)該使用強(qiáng)度更大的面層和基層材料。

3 結(jié)語

高速公路的質(zhì)量評價是道路養(yǎng)護(hù)的重要前提，決定著管理系統(tǒng)設(shè)計、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算、維護(hù)對策等。

然而，依據(jù)現(xiàn)行公路技術(shù)評價體系對西部高速公路進(jìn)行評價時，路面狀況指數(shù)經(jīng)常超限。本文從計算彎沉值、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI、路面車轍狀況RDI等方面對其進(jìn)行全面評價，并按照此方法對工程實(shí)例進(jìn)行分析，得出：(1)對于舊路升級改造，不能只進(jìn)行罩面而不加固，將會導(dǎo)致嚴(yán)重的彎沉；(2)上坡路段存在嚴(yán)重的車轍損害，設(shè)計時應(yīng)該使用強(qiáng)度更大的面層和基層材料。

[1]魏道新.半剛性基層瀝青路面損壞模式與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[2]武建民.半剛性基層瀝青路面使用性能衰變規(guī)律研究[D].西安：長安大學(xué)，2005.

[3]曾江洪，許 佳.高速公路瀝青路面破損狀況評價指標(biāo)體系研究[J].公路工程，2009(3)：120-122.

[4]李紅英，李風(fēng)增，范慧鶴，等.基于模糊層次分析法的瀝青路面破損狀況評價[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012(6)：40-44.

[5]鐘云健.西南山區(qū)公路瀝青路面性能評價指標(biāo)研究[J].北方交通，2014(7)：53-56.

[6]廖文來，張君祿，葉堯輝.某道路路面破損分析及處治對策[J].工業(yè)建筑，2014(S1)：1071-1073.

[7]吳 博.瀝青路面裂紋的形成機(jī)理及擴(kuò)展行為[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014(11)：62-65.

Damage Research and Evaluation on Semi-rigid Structure Based on Asphalt Pavement

LI Ying

(Xinjiang Beipeng Civil Engineering Testing and Counseling Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

The performance evaluation of semi-rigid base-layer pavement is the strong basis for pave-ment maintenance，paving and maintenance.However，when evaluating the expressway in western region based on current highway technology evaluation system，the pavement condition index often goes over the limit.Regarding this problem，based on domestic and foreign asphalt pavement damage and evaluation situation，and from the aspects of calculating the deflection value，pavement structural strength index PSSI，and pavement rutting condition RDI，this article studied the calculation method of semi-rigid base-layer asphalt pavement structure damage condition，and conducted the application analysis combined with engineering practices，thereby providing the theoretical basis for the semi-rigid structure damage evaluation of asphalt pavement.

Asphalt pavement；Cracks；Semi-rigid structure；Damage evaluation

李 穎(1986—)，助理工程師，研究方向：公路工程試驗(yàn)檢測。

U416.223

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.005

1673-4874(2015)07-0020-03

2015-06-05