高速公路瀝青路面病害分析及處治維修

白雪 賈秦龍

摘要：為了保證瀝青路面加鋪層的使用壽命，結(jié)合路面彎沉檢測、鉆芯取樣及人工徒步調(diào)查，分析路面橫縱縫、唧漿、龜裂、施工縫開裂、沉陷及橋頭跳車等病害產(chǎn)生的原因。針對不同病害，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)制定了密封膠灌縫、高分子抗裂貼封縫和地聚合物注漿等處治方案。結(jié)果表明：基層強度對瀝青路面病害程度的影響最大，基層與瀝青面層粘結(jié)性差，路面易產(chǎn)生龜裂、唧漿病害。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；彎沉檢測；路面狀況評定；路面結(jié)構(gòu)強度

中圖分類號：U418.6文獻標(biāo)志碼：B

0引言

某高速公路位于毛烏素沙地邊緣，生態(tài)脆弱，地質(zhì)條件較差，為了加快地方經(jīng)濟發(fā)展，節(jié)省前期投資，并使路基有一個合理的沉降期，高速公路路面采用分期施工建設(shè)的方案。一期工程完成時，瀝青路面鋪筑8 cm或6 cm下面層，隨后便通車運營。

高速公路通車運營后，在行車荷載、自然條件等因素作用下，瀝青路面會產(chǎn)生不同程度的早期病害[12]，包括裂縫、車轍、坑槽、沉陷等。在二期鋪設(shè)中、上面層之前，必須分析瀝青路面產(chǎn)生各種病害的原因，為實施科學(xué)、綠色的維修措施奠定理論基礎(chǔ)。本文結(jié)合某高速公路路面檢測數(shù)據(jù)，調(diào)查相關(guān)資料，分析該高速公路路面的整體使用性能，根據(jù)瀝青路面的不同病害類型，設(shè)計合理的維修處治方案，確保瀝青路面質(zhì)量長效耐久和公路較高的服務(wù)水平[34]。

1路面檢測評定

高速公路路面的檢測范圍為K27+700～K105+500，全長為778 km。K27+700～K63+100主要為填方路段，路面結(jié)構(gòu)為18 cm水泥穩(wěn)定砂礫、32 cm水泥穩(wěn)定碎石以及8 cmAC25粗粒式瀝青混合料下面層，該段路面平整度高，瀝青路面除個別橫縫外無其他病害。K63+100～K105+500為風(fēng)積沙路段，基本為零填方或低填方路基，采用整體式和分離式2種路基形式，路面結(jié)構(gòu)為32 cm水泥穩(wěn)定砂礫、18 cm水泥穩(wěn)定碎石以及6 cmAC20中粒式瀝青混合料下面層，該段落橫縱縫密集、唧漿、平整度差，為項目重點檢測段落。

1.1彎沉檢測

路面結(jié)構(gòu)強度檢測采用PRI2100型落錘式彎沉儀（FWD）和ZOYONLDD激光動態(tài)彎沉測量系統(tǒng)相結(jié)合的方法。其中，落錘式彎沉儀對需要驗證結(jié)構(gòu)強度的重點病害路段進行路面彎沉檢測，激光動態(tài)彎沉測量系統(tǒng)對路面病害較多的路段進行快速、連續(xù)檢測。

由于路面病害主要集中在風(fēng)積砂路段，激光彎沉車對K63+100～K105+500的右幅行車道進行快速、連續(xù)檢測，共42.4 km。其中K63+100～K81+000為重點檢測路段，采用落錘式彎沉儀檢測的路段共179 km。

按每公里統(tǒng)計彎沉代表值，計算路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)Ps。根據(jù)檢測結(jié)果，按規(guī)范要求的計算方法得出檢測路段的彎沉值。

路面結(jié)構(gòu)強度用路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)（Ps）評價公式為

Ps=1001+a0es·a1（1）

S=ldl0（2）

式中：S為路面結(jié)構(gòu)強度系數(shù)，為路面設(shè)計彎沉與實測代表彎沉之比；ld為路面設(shè)計彎沉（mm）；l0為實測代表彎沉（mm）；a0為模型參數(shù)，采用15.71；a1為模型參數(shù)，采用-519。

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2015）中對公路技術(shù)狀況分級標(biāo)準(zhǔn)，本文對路面結(jié)構(gòu)強度進行重新分級，具體評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

激光彎沉車檢測結(jié)果如圖1所示。路面結(jié)構(gòu)強度為優(yōu)和良的比率分別占路面檢測長度的9%和42%；中和差的比率分別為36%和13%，其中評價等級為差的路段位于K67+000～K69+000和K71+000～K74+500，共5.5 km。

落錘式彎沉儀檢測結(jié)果如圖2所示。路面結(jié)構(gòu)強度為優(yōu)的比率占路面檢測長度的70%；良和中的比率分別為20%和10%，具體段落為K68+000～69+000和K71+000～K72+000，共2 km。

1.2鉆芯取樣

使用鉆頭直徑為150 mm的路面鉆芯機對路面面層和基層進行鉆孔取樣，在現(xiàn)場照相并對芯樣進行描述，測量芯樣高度并編號，選取代表性芯樣封存進行室內(nèi)試驗。

該段共計取芯27處，其中1處芯樣不完整，計算面層厚度合格率為95.8%。芯樣完整性統(tǒng)計表見表2。

鉆芯取樣結(jié)果表明：路面開裂位置的絕大多數(shù)芯樣出現(xiàn)面層裂透，基層也出現(xiàn)不同程度的開裂，唧漿嚴(yán)重處的芯樣基層與表層均松散破碎；路表面無病害處取出的芯樣面層與基層較完整，但層間粘結(jié)性差，且基層材料比較松散。

1.3路面狀況評定指數(shù)

采用人工徒步調(diào)查，記錄K63+100～K105+500的路面病害情況，繪制路面病害調(diào)查記錄表，并根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2015）以1 km為評價單元，計算路面狀況指數(shù)（Pc）。在Pc評價等級中，優(yōu)、良、中、差各段落長度占總評定長度的百分比，如圖3所示。

從圖3分析可知，左幅路面狀況整體好于右幅，右幅Pc等級為中的路面占路面調(diào)查總長度的658%，共27.9 km，優(yōu)、良等級共占342%。由此可見右幅的路面病害情況非常嚴(yán)重。

2路面病害及成因分析

2.1橫縫與縱縫

橫縫與縱縫為全段調(diào)查瀝青路面的主要病害形式。K27+700～K63+100段路面僅存在少量反射橫縫[56]，無唧漿。K63+100～K105+500段路面每3～5 m有1條橫縫，且貫通整幅路面?？v縫是3條長直貫通縫，1條在硬路肩與行車道之間時而彎曲時而順直，1條為行車道輪跡帶處的施工接縫，縫寬5 mm左右，伴隨很多細(xì)小支縫，還有1條長直縱縫位于超車道中間，寬度為2～3 mm。

通過在裂縫處鉆芯取樣，確定橫縫為反射裂縫，由于水泥穩(wěn)定碎石基層強度不高，整體性差，導(dǎo)致反射裂縫較多。

行車道輪跡帶處的施工接縫未處理好，是瀝青路面下面層的最大缺陷，較難全面治理。在超車道中間的縱縫寬5 mm左右，切開1 m×1 m表面后觀察基層破壞情況，發(fā)現(xiàn)路面基層并未見明顯裂縫。

沙慶林院士[7]認(rèn)為路堤兩側(cè)積水可能侵入路堤下部邊坡土層中，并通過毛細(xì)作用逐漸向上溢出，使路堤上部邊部土層變濕。由于路堤邊部土層壓實度較中間部分差，一旦土層潮濕會造成邊部土固結(jié)變形，導(dǎo)致硬路肩或中分帶兩側(cè)路面產(chǎn)生縱向裂縫，其特點為上寬下窄，路堤下地基承載能力變化如圖4所示。對整段路面的調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，該段路基屬于低填方或者零填方，且路面兩側(cè)為風(fēng)積沙，幾乎沒有排水設(shè)施。由于風(fēng)積沙透水性強，邊坡水很容易下滲至路堤邊部。觀察硬路肩標(biāo)線處的縱縫與超車道中間的縱縫，與兩側(cè)路面邊緣幾乎等距，證明了以上縱縫產(chǎn)生的機理。

2.2龜裂和唧漿

龜裂病害路段主要集中在K67+500～K71+800段行車道輪跡帶，與縱向縫位施工置完全重合，表現(xiàn)為輕度龜裂，塊度在20～50 cm，通常伴有嚴(yán)重唧漿。

由于下面層施工縫處于行車道輪跡帶，導(dǎo)致連續(xù)縱縫。雖然日常養(yǎng)護時已采用灌縫材料封縫，但裂縫長度較長，灌縫質(zhì)量不高，雨水很容易下滲至基層頂面。輪跡帶受到高速行車荷載作用，自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料，形成灰白色漿，漿液順著裂縫向上噴出，形成唧漿。同時基層表層混合料松散，強度降低，路面縱縫易發(fā)展為龜裂，隨著基層強度不斷降低，路面病害不斷加重。唧漿嚴(yán)重處的芯樣表明，瀝青面層與基層完全喪失層間粘結(jié)性，基層頂面幾乎均成破碎松散狀。

2.3局部沉陷和橋頭跳車

高速公路路面沉陷病害較少，僅1處填挖結(jié)合部出現(xiàn)了明顯沉降，沉降在5～8 cm。沉降處伴隨著寬為1 cm左右的縱縫，縱縫兩側(cè)瀝青路面錯臺。填挖結(jié)合部路基整體壓實不均勻，容易產(chǎn)生局部沉陷的病害[8]。

由于主線路面分期鋪筑，橋面瀝青路面為一次鋪筑，因此主線路面橋面存在高差，采用橋頭順接過渡。主線橋梁62座，均存在不同程度的橋頭沉陷，嚴(yán)重影響行車舒適性。

3維修方案

3.1灌縫與高分子抗裂貼

高速公路全段縫寬大于0.5 mm的裂縫均采用密封膠灌縫技術(shù)，對擬灌縫的裂縫首先進行擴縫處理，擴縫的深度和高度分別為15～2 cm和1～15 cm，然后用空壓機將縫槽內(nèi)的細(xì)粒料和灰塵吹干凈，灌入密封膠，有效地封住的裂縫縫隙，阻止路面水的滲入。

對于路面裂縫較寬且?guī)в兄Эp的重度裂縫，采用高分子抗裂貼封閉裂縫，尤其是重度橫縫，和行車道輪跡帶處的重度縱縫。高分子抗裂貼是一種優(yōu)質(zhì)道路高分子聚合物改性材料，針對路面反射裂縫具有很好的防治作用，且具有優(yōu)異的防水性能。

全段路面撒布兩層SBS改性乳化瀝青粘層油，第一層撒布量為06 L·m-2作為封層使用，密封縫寬小于05 mm的輕微裂縫；第二層撒布量為03 L·m-2作為優(yōu)質(zhì)的粘層，使得下面層頂面為富油層，瀝青滲入層間混合料，層間粘結(jié)緊密，具備良好的防水作用。

3.2地聚合物注漿

彎沉檢測和鉆芯取樣結(jié)果確定K67+000～K69+000和K71+000～K74+500段行車道路面結(jié)構(gòu)承載能力較低，基層強度不足，為重點處治病害。銑刨基層重新填補水泥穩(wěn)定碎石，處理費用大，且需要足夠的養(yǎng)生時間，影響工期。為了修復(fù)路面結(jié)構(gòu)層，采用聚合物注漿處理。

地聚合物注漿修復(fù)技術(shù)是向路面結(jié)構(gòu)層中注射高聚物材料，注射材料迅速膨脹填充瀝青路面結(jié)構(gòu)層孔隙及裂縫周邊微細(xì)孔隙，封閉唧漿處結(jié)構(gòu)層空洞，快速固化，能夠提高路面結(jié)構(gòu)層整體強度和承載能力[9]，如圖5所示。

3.3銑刨

K67+500～K71+800段行車道龜裂且唧漿嚴(yán)重，瀝青路面失去了整體強度，簡單的修復(fù)已無法恢復(fù)路面性能。銑刨之后，基層頂面重新撒布透層，做好碎石封層，回填粗粒式瀝青混合料。能夠有效改善沉陷段的行車顛跳，保證道路行駛安全和行車舒適度。

3.4防護排水完善設(shè)計

病害調(diào)查及原因分析中，路基路面防護排水不完善，路面積水導(dǎo)致瀝青混合料路面水損害，出現(xiàn)松散、坑槽，唧漿、龜裂等病害，邊坡沖毀，路基受水浸泡后造成不同程度的沉降[10]。處治方案采用路肩硬化、增設(shè)漿砌片石排水溝以及攔水帶和急流槽，完善了道路排水系統(tǒng)。

4結(jié)語

對高速公路瀝青面層加鋪層施工前，原路面結(jié)構(gòu)層進行全面的檢測和評定，對路面病害數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，采用合理處治方案，可以有效地保證加鋪層實施后路面結(jié)構(gòu)的耐久性。本文通過對路面病害的分析與處治得出以下結(jié)論。

（1）半剛性路面，基層強度的高低決定了路面病害的嚴(yán)重程度，“強基薄面”是關(guān)鍵。

（2）瀝青路面與基層粘結(jié)性不好，是路面龜裂與唧漿嚴(yán)重的重要原因。

（3）路基邊坡水下滲，導(dǎo)致路基邊部土固結(jié)變形，是行車道中間部位長直縱縫產(chǎn)生的主要原因。

（4）聚合物注漿技術(shù)有效補強了路面結(jié)構(gòu)層，避免了基層銑刨，節(jié)約資源，縮短工期。

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[責(zé)任編輯：高甜]