淺談西部沿海高速公路新會(huì)段瀝青路面典型病害調(diào)查與分析

尹海佳 范洪源

摘 要：西部沿海高速公路新會(huì)段是廣東省早期修建的高速公路之一，采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，至今使用年限接近14年。通過(guò)對(duì)新會(huì)段瀝青路面病害的調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)主要病害為龜裂、坑槽、車轍等，這些病害的發(fā)生與上、中面層的瀝青老化及高溫性能不足有關(guān)。

關(guān)鍵詞：瀝青路面 路面破損調(diào)查 路面車轍調(diào)查 典型病害原因分析

中圖分類號(hào)：U412.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（b）-0154-03

廣東省西部沿海高速公路新會(huì)段是廣東省珠?！聲?huì)—臺(tái)山—陽(yáng)江沿海高速公路的一段，是國(guó)家主干線沿海高速公路的組成部分。

新會(huì)段長(zhǎng)度為15.656 km，主線按全封閉、全立交、雙向四車道高速公路平原微丘標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。新會(huì)段于2002年4月30日建成通車，通車以來(lái)，路面陸續(xù)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，其中以路面開裂、車轍、輪跡帶龜裂居多，以及坑槽。路面病害的產(chǎn)生一定程度上影響了路面的服務(wù)質(zhì)量，也給道路的營(yíng)運(yùn)安全帶來(lái)了一定的隱患。

1 路面破損狀況調(diào)查分析

2013年10月，對(duì)新會(huì)段行車道路面進(jìn)行破損狀況調(diào)查，路面病害類型及比例（見(jiàn)圖1）。

由調(diào)查結(jié)果可以看出，路面損壞狀況表現(xiàn)為病害種類多，開裂、坑槽修補(bǔ)等病害沿線分布廣等特點(diǎn)。瀝青路面橫向開裂除個(gè)別路段外沿線均有發(fā)生，并且路基段橫向開裂多表現(xiàn)為橫向貫穿裂縫，橫向開裂主要損壞路面結(jié)構(gòu)整體性，進(jìn)一步發(fā)展將損壞路面整體承載能力；龜裂在兩個(gè)方向均有發(fā)生，其中A線相對(duì)嚴(yán)重，主要出現(xiàn)在主車道的左右輪跡帶處，若維護(hù)不及時(shí)龜裂將進(jìn)一步發(fā)展為坑槽；路面修補(bǔ)主要是坑槽修補(bǔ)。

2 路面車轍狀況調(diào)查分析

2.1 路面車轍狀況調(diào)查分析

采用多功能測(cè)試車，對(duì)新會(huì)段的路面主車道車轍進(jìn)行檢測(cè)，按百米平均進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表1。

2013年車轍檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，車轍深度百米均值大于10 mm路段，A線為11 km，B線為7.2 km，其中，車轍深度百米均值大于15 mm路段A線為1.3 km，B線為0.3 km。

2.2 路面車轍狀況預(yù)測(cè)分析

（1）預(yù)測(cè)方法選擇。

國(guó)內(nèi)外瀝青路面車轍預(yù)測(cè)方法從表達(dá)方式上可分為確定型和概率型兩類，其中，確定型預(yù)測(cè)方法有經(jīng)驗(yàn)法、理論分析法、力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法，而概率型方法主要有馬爾可夫法和貝葉斯概率法。在這些預(yù)測(cè)方法中，理論分析法有較為成熟的理論基礎(chǔ)，但這種方法無(wú)法解釋不同材料和工況對(duì)路面車轍的影響。除理論分析法外，其余方法大都是建立在大量的歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)有限歷史數(shù)據(jù)的路面車轍預(yù)測(cè)還不能達(dá)到令人滿意的效果，而實(shí)際情況是，營(yíng)運(yùn)高速往往只有幾年的檢測(cè)數(shù)據(jù)，車轍預(yù)測(cè)也只能在有限的歷史數(shù)據(jù)上進(jìn)行。

灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測(cè)方法可以通過(guò)有限的歷史數(shù)據(jù)建立預(yù)測(cè)模型，其特點(diǎn)就是在“小樣本”“貧信息”的情況下對(duì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，而且，瀝青路面車轍狀況隨路齡而衰變受多種因素的影響，有些因素是確定的，而有些因素是不確定的，這符合灰色系統(tǒng)理論“部分信息已知、部分信息未知”的特點(diǎn)，因此，可以選擇灰色預(yù)測(cè)方法進(jìn)行瀝青路面車轍預(yù)測(cè)。

（2）路面車轍預(yù)測(cè)。

以2011年、2012年和2013年的車轍檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，1）進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用灰色系統(tǒng)理論建模軟件（GTMS3.0）進(jìn)行計(jì)算，2014年和2015年路面車轍平均值預(yù)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表2），對(duì)2014年路段百米平均車轍深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表3）。

車轍深度均值預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，A線2014年和2015年的車轍深度均值分別是12.5 mm、13.4 mm，B線這兩年的預(yù)測(cè)值分別是10.4 mm、11.1 mm。

車轍深度百米均值預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2014年A線車轍深度大于10 mm的路段長(zhǎng)度為12.4 km（2013年實(shí)測(cè)是11 km），占路線長(zhǎng)度比例是81.6%（2013年是72.3%），其中，大于15 mm的長(zhǎng)度是 3.7 km（2013年實(shí)測(cè)是1.3 km），占路線長(zhǎng)度比例是24.4 %（2013年是8.5 %）；2014年B線車轍深度大于10 mm的路段長(zhǎng)度為8.7 km（2013年實(shí)測(cè)是7.2 km），占路線長(zhǎng)度比例是57.3 %（2013年實(shí)測(cè)是47.4 %），其中大于15 mm的長(zhǎng)度是1.3 km（2013年實(shí)測(cè)是 0.3 km），占路線長(zhǎng)度比例是8.6 %（2013年是2.0 %），可以看出，2014年A、B線預(yù)測(cè)車轍深度大于10 mm的路段長(zhǎng)度增加至 21.1 km，其中，大于15 mm路段長(zhǎng)度增加幅度較大。

3 路面主要病害原因分析

3.1 路面龜裂原因分析

路況調(diào)查結(jié)果顯示，A線和B線均有龜裂病害，從數(shù)量和程度上A線相對(duì)嚴(yán)重。直觀上看，龜裂主要發(fā)生在輪跡帶位置，一般龜裂路段左、右輪跡都有發(fā)生且以右輪跡較嚴(yán)重，發(fā)生龜裂的位置同時(shí)有車轍（見(jiàn)圖2），從龜裂位置的芯樣來(lái)看，開裂深度在上面層（厚度3 cm）以內(nèi)（見(jiàn)圖3）。

從開裂機(jī)理來(lái)講，新會(huì)段路面龜裂為Top-Down裂縫。

（1）瀝青老化與龜裂的關(guān)系。

瀝青回收試驗(yàn)結(jié)果顯示（見(jiàn)表4），新會(huì)段上、中面層，尤其上面層瀝青老化較重，瀝青老化會(huì)使瀝青混合料的勁度增加，應(yīng)力松弛能力減小，大大降低混合料的抗疲勞開裂能力，易導(dǎo)致路表開裂。

（2）上面層空隙率與龜裂的關(guān)系。

偏大的空隙率將顯著降低瀝青混合料的疲勞壽命，在車輛荷載作用下易引起路面疲勞開裂。從上面層現(xiàn)場(chǎng)芯樣空隙率來(lái)看，龜裂路段路肩空隙率比良好路段路肩空隙率大，并超過(guò)了8%的經(jīng)驗(yàn)范圍，也即未經(jīng)交通荷載二次壓密的情況下（如圖4），龜裂路段的空隙率在一定程度上偏大，經(jīng)過(guò)交通荷載二次壓密后，龜裂路段主車道右輪跡的空隙率也大于良好路段主車道右輪跡，車轍嚴(yán)重路段也有龜裂現(xiàn)象，與良好路段進(jìn)行空隙率比較，情況同龜裂路段一樣，可見(jiàn)，上面層空隙率偏大與龜裂之間有一定的關(guān)系。

3.2 路面坑槽原因分析

新會(huì)段路面坑槽深度較淺，一般在上面層以內(nèi)，坑槽分布在輪跡帶上，并且大多坑槽位置有裂縫，另外還有修補(bǔ)后又產(chǎn)生坑槽。

瀝青路面坑槽產(chǎn)生的原因較多，新會(huì)段路面坑槽主要由路面龜裂發(fā)展形成。從路面空隙率來(lái)看，典型路段輪跡帶上、中面層空隙率平均值分別是3.3%、2.28%，路面空隙率不應(yīng)是形成坑槽的直接原因，且路面滲水系數(shù)整體上不大，各路段滲水系數(shù)均值小于10 mL/min，路面坑槽主要發(fā)生在龜裂位置，從位置及形態(tài)上可以推測(cè)，坑槽的產(chǎn)生是由于路面龜裂發(fā)生后，路表水滲入瀝青層（主要在上面層），在車輛荷載作用下導(dǎo)致混合料松散剝落形成坑槽。（如圖5、圖6）。

3.3 路面車轍原因分析

（1）路面車轍的來(lái)源。

從車轍位置的現(xiàn)場(chǎng)芯樣厚度看（見(jiàn)圖7），上、中面層輪跡帶芯樣厚度小于車道中和右標(biāo)線位置，并且路面上右標(biāo)線和車道中有明顯拱起，考慮到輪跡帶芯樣的空隙率小于對(duì)應(yīng)路肩，因此，可以推定車轍主要產(chǎn)生在瀝青上、中面層，且以流動(dòng)變形為主并伴有一定的壓密變形。

（2）路面車轍產(chǎn)生的原因。

車轍試驗(yàn)結(jié)果分析表明，整體上，上、中面層高溫性能不足，另外對(duì)比不同路段和層位，車轍嚴(yán)重位置上、中面層的高溫抗車轍能力不及良好路段，中面層的高溫性能比上面層稍差，同時(shí)， GTM試驗(yàn)結(jié)果分析表明，在未考慮試驗(yàn)時(shí)二次加熱影響的情況下，車轍嚴(yán)重路段中面層的高溫抗車轍能力略顯不足，另外，瀝青混合料的抽提篩分結(jié)果顯示，車轍嚴(yán)重路段上面層混合料級(jí)配偏細(xì)，這不利于上面層的高溫抗車轍能力，綜上可知，車轍嚴(yán)重路段上、中面層的高溫抗車轍能力不足是產(chǎn)生車轍的重要原因之一。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)路面調(diào)查與分析，主要結(jié)論如以下幾點(diǎn)。

（1）路面病害類型多，分布廣，主要損壞類型是路面輪跡帶龜裂、車轍、坑槽及坑槽修補(bǔ)等。

（2）路面龜裂開裂深度在上面層以內(nèi)，龜裂的發(fā)生，除了交通荷載的因素外，與瀝青老化和上面層空隙率偏大有關(guān)。

（3）路面坑槽主要發(fā)生在輪跡帶位置，且坑槽位置有裂縫，主要由于面層龜裂發(fā)展形成。

（4）路面車轍主要分布在10～15 mm之間，預(yù)測(cè)結(jié)果表明大于15 mm的車轍數(shù)量增長(zhǎng)明顯；車轍主要來(lái)源于上、中面層的流動(dòng)變形及壓密變形，上、中面層的高溫性能不足是導(dǎo)致車轍的重要原因之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40-2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)JTJ H20-2007[S].北京：人民交通出版社，2007.