省道大中修工程的面層改造探析

路見宇/中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司

省道大中修工程的面層改造探析

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長期運(yùn)營使用的瀝青路面會出現(xiàn)多種路面病害問題，需要及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與維修。本文在對原有路面技術(shù)狀況進(jìn)行檢測，分析路面病害原因，制定面層結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行對比分析，最終得出省道大中修工程的整體改造方案，最大限度地延緩路面的施工壽命。

道路工程；道路養(yǎng)護(hù)；路面改造；方案對比

一、工程概況

239 省道常州段全長約58公里，新北羅溪至奔牛段和儒林段在改造通車以來，經(jīng)常出現(xiàn)路面病害問題，需對路面病害情況進(jìn)行調(diào)查，分析病害原因，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)情況，提出面層改造方案。通過調(diào)查記錄路面病害類型、病害嚴(yán)重程度及病害工程量，主要對路面損壞（PCI）、路面車轍（RDI）、路面車轍（RDI）、路面行使質(zhì)量（RQI）、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（PSSI）等方面進(jìn)行評定，面層改造方案主要參考PCI指標(biāo)[1]。

通過對全線的路況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般路段的路面病害主要是車轍、縱橫向裂縫、龜裂。其中輕微裂縫已于日常的小修保養(yǎng)時(shí)進(jìn)行臨時(shí)處理，主要采取的養(yǎng)護(hù)方式是灌縫和局部挖補(bǔ)處理。路面病害調(diào)查表明，本工程主要病害有：松散、修補(bǔ)、縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂、沉陷、車轍以及坑槽等，其中以裂縫、車轍以及修補(bǔ)為主，具體路面破損情況見表1。儒林段路面狀況較差，出現(xiàn)大量松散、車轍、波浪以及麻面等病害。新北羅溪至奔牛段病害以裂縫、車轍及修補(bǔ)為主，大部分裂縫已進(jìn)行了灌縫處理，但部分出現(xiàn)裂縫延伸；橫向裂縫多為基層反射裂縫。

表1 本工程路面損壞評價(jià)

二、病害原因分析

（一）裂縫類

本工程裂縫類病害主要表現(xiàn)為縱、橫向裂縫、塊狀裂縫、龜裂和網(wǎng)狀裂縫。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，裂縫類病害以橫向裂縫為主，比例達(dá)83%，其余依次為縱向裂縫、塊狀裂縫、龜網(wǎng)裂。

1.橫向裂縫病害原因分析。

橫向裂縫一般可分為荷載性裂縫和非和荷載性裂縫兩大類[2]。荷載性裂縫是由于路面設(shè)計(jì)不當(dāng)或施工質(zhì)量較差，或由于車輛嚴(yán)重超載，重型交通比例大，致使瀝青面層或基層產(chǎn)生拉應(yīng)力超過其疲勞強(qiáng)度而產(chǎn)生的裂縫。非荷載性裂縫是橫向裂縫表現(xiàn)的主要形式，主要包括：瀝青面層的溫縮裂縫和基礎(chǔ)層反射裂縫。一般認(rèn)為，半剛性基層在施工、養(yǎng)護(hù)及使用過程中易產(chǎn)生收縮裂縫，因此在半剛性基層上鋪設(shè)瀝青面層產(chǎn)生橫向裂縫是極為普遍的，而且是不可避免的。

從取芯結(jié)果來看，橫向裂縫主要為基層反射裂縫，裂縫從下往上發(fā)展，呈上窄下寬型，基層開裂、松散不成型，同時(shí)結(jié)合路面實(shí)測彎沉結(jié)果及交通量統(tǒng)計(jì)，本路段區(qū)域內(nèi)重型交通比例較大，占整體交通量的12%，不能排除部分路段路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的原因。

2.縱向裂縫病害分析。

縱向裂縫的成因比較復(fù)雜，初步分析認(rèn)為主要存在以下兩種原因：①瀝青路面分幅施工時(shí)，接縫連接部處理不當(dāng)，接縫處壓實(shí)未達(dá)到要求，在長期行車荷載作用下形成的縱向裂縫；②由于路基壓實(shí)不均勻，路表、邊坡處滲水，局部路基受水浸泡后承載力降低，產(chǎn)生不均勻沉降。

3.塊裂及龜網(wǎng)裂。

沿線塊裂及龜網(wǎng)裂較少，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分塊裂及龜裂已進(jìn)行修補(bǔ)，產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾個(gè)方面：①路面整體強(qiáng)度不足，在重型荷載作用下發(fā)生整體破壞；②縱、橫向裂縫未及時(shí)修補(bǔ)，致使水分下滲，裂縫交錯(cuò)發(fā)展導(dǎo)致；③瀝青路面在長期使用過程中發(fā)生老化。

（二）松散類

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，本路段K7+000～K16+600段松散類病害很少，比例為0.09%。病害處治時(shí)可結(jié)合其他病害一并處理。K56+000～K57+000左幅松散類病害最為嚴(yán)重，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)路面瀝青層嚴(yán)重剝離，進(jìn)而導(dǎo)致路面發(fā)生車轍、波浪、擁包、麻面等病害。經(jīng)調(diào)查了解，該段路面已進(jìn)行翻挖補(bǔ)強(qiáng)處理，面層采用4cmSMA-13，中、下面層均采用6cmSUP-20，基層補(bǔ)強(qiáng)20cm水泥穩(wěn)定碎石。部分路段開挖后發(fā)現(xiàn)路床底存在淤泥，清淤后路床及基底進(jìn)行重新填筑，但至今效果仍不理想。結(jié)合彎沉及鉆芯試驗(yàn)結(jié)果，檢測彎沉代表值21.1（0.01mm）路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，鉆芯取樣表明路面面層及基層結(jié)構(gòu)完整性好，面層與基層間粘結(jié)性差。

根據(jù)路基鉆孔試驗(yàn)分析，路床下存在軟塑～流塑狀粉質(zhì)粘土層，但埋深較深(6.2m～9.4m),對路面影響可忽略。綜合以上初步調(diào)查分析認(rèn)為主要存在以下原因：①瀝青面層間粘結(jié)層失效，瀝青在行車荷載作用下發(fā)生剝離；②瀝青用量偏少，稠度太低，瀝青與礦料間粘附性較差；該路段松散類病害原因判斷還需進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查、檢測。

（三）變形類

本工程變形類病害主要包括沉陷、車轍、波浪擁抱。根據(jù)病害調(diào)查成果，其中占比最大的為車轍，占到此類病害的99%。

1.沉陷病害分析。

沿線沉陷類病害較少，從現(xiàn)場調(diào)查的情況來看，產(chǎn)生沉陷的主要原因可能有以下幾點(diǎn)：①老路運(yùn)營時(shí)間較久，部分路基填料在重交通量作用下出現(xiàn)不均勻沉降；②填土高度較低，地下水滲透影響路基穩(wěn)定，道路部分路段出現(xiàn)沉陷。

2.波浪擁抱病害分析。

沿線部分路段出現(xiàn)波浪擁抱以及推移的主要原因是瀝青用量過多，配比不合適，細(xì)料過多以及路面各層位之間粘結(jié)較差等。

3.車轍病害分析。

根據(jù)老路調(diào)查的結(jié)果，車轍病害是本路段最主要、最嚴(yán)重的病害類型，通過分析，造成本項(xiàng)目車轍嚴(yán)重的主要原因有以下幾方面：①從交通量分析結(jié)果來看，本路段重型交通比例較大；②交叉口處剎車、啟動頻繁，極易結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪切力超過材料的抗剪強(qiáng)度而產(chǎn)生車轍，同時(shí)與其他路段相比，輪載的累積作用時(shí)間較長，更加加劇了車轍病害的形成。③氣溫升高時(shí)，瀝青路面表面強(qiáng)度降低，瀝青粘度變小，抗蠕變能力下降，在重型交通外力作用下很容易產(chǎn)生永久剪切變形導(dǎo)致瀝青材料橫向流動而產(chǎn)生車轍。④瀝青的粘度和集料之間的粘附性影響瀝青的高溫穩(wěn)定性，老路瀝青路面瀝青粘度及集料的配比直接影響路面的抗車轍能力[3]。

（四）其他類

本工程其他類病害主要表現(xiàn)為修補(bǔ)。本路段在運(yùn)營期間進(jìn)行多次養(yǎng)護(hù)，路面修補(bǔ)現(xiàn)象頻繁，部分路段大面積修補(bǔ)后，病害依然很嚴(yán)重，如 K7+000～K9+000、K13+000～K14+000 段。

綜合彎沉、交通量及鉆芯結(jié)果，K7+000～K9+000段彎沉試驗(yàn)較好，但鉆芯結(jié)果顯示基層松散不成形，基層強(qiáng)度不足；K13+000～K14+000段基層完整，層間粘結(jié)較差，彎沉過大，整體路面強(qiáng)度不足。初步分析認(rèn)為主要存在以下幾方面原因：①本路段段重型交通比例較大，直接導(dǎo)致路面破壞；②部分路段僅對面層進(jìn)行處理，而基層病害未得到及時(shí)處治，致使病害重復(fù)發(fā)生。

三、路面大中修方案設(shè)計(jì)

（一）瀝青路面材料比選

路面面層是直接承受汽車荷載作用和大氣降水、溫度變化影響的路面結(jié)構(gòu)層，直接暴露于大氣之中。保證足夠的承載力、抵抗變形能力、良好的平整度、較強(qiáng)的抗滑性和耐久性，是瀝青路面的基本要求。

面層可以采用SMA、Superpave、AC等類型的瀝青混合料[4]。綜合比較各類材料的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到項(xiàng)目路面層材料需抵抗路段較多重載車輛，需具備優(yōu)越的抗車轍能力，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域類似項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn)，推薦方案：上面層采用SMA-13細(xì)粒式瀝青混凝土（改性），下面層采用SUP-20中粒式瀝青混凝土。

（二）原瀝青路面材料再生利用方案設(shè)計(jì)

考慮本路段在處治過程中會產(chǎn)生大量的瀝青面層銑刨料，為了能夠更好的利用銑刨料，減少棄料引起生態(tài)環(huán)境問題，節(jié)約土地成本，建議在方案處治中充分考慮瀝青混合料再生技術(shù)。

目前階段較適合用于我國的再生技術(shù)主要是廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠拌冷再生和就地冷再生技術(shù)，不同的再生方式都存在自身的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性[5]。考慮廠拌熱再生方案技術(shù)成熟度較高，施工難度小，應(yīng)用廣泛，質(zhì)量控制相對簡單，同時(shí)結(jié)合以往養(yǎng)護(hù)方案，優(yōu)先推薦采用廠拌熱再生技術(shù)。熱再生后的瀝青混合料用于瀝青下面層的填筑。

（三）改造方案比選

根據(jù)各路段路面技術(shù)狀況評定結(jié)果，結(jié)合路面病害處治方案分析結(jié)果進(jìn)行，各路段改造方案如下：

1.路段一：K9+000～K11+000、K14+000～K15+000 路段（不含下穿滬寧高速路段）

該段路面狀況相對較好，PCI為“優(yōu)”，主要病害為縱、橫向裂縫以及部分車轍。RDI及RQI指標(biāo)基本為“優(yōu)”、“良”，除K10+000～K11+000路段右幅PSSI指標(biāo)為“良”、其余均為“優(yōu)”，從取芯結(jié)果來看，瀝青面層偏薄。結(jié)合病害處治，提出兩個(gè)改造方案見表1。

表1 路段一的處治方案對比

方案一全路段除了病害處處治到基層頂面，其余一般路段不做特別處理，最后全路段做一層微表處；方案二除病害處處治到基層頂面，其余一般路段銑铇4cm后撒布粘層油并加鋪4cm SMA-13瀝青面層，病害處理段上面層與一般路段面層同時(shí)鋪筑。綜合比選，優(yōu)先推薦采用方案二，但考慮K10+000～K11+000右半幅強(qiáng)度較低，可參照路段二及路段三的推薦方案進(jìn)行處理。

2.路 段 二：K8+000～K9+000、K11+000～K14+000 及K15+000～K15+600路段

該路段PCI指標(biāo)為“良”，大部分PCI指標(biāo)均處于70～80，相對較低，出現(xiàn)的病害以車轍、修補(bǔ)以及橫、縱向裂縫為主，RDI評價(jià)基本為“良”、RQI評價(jià)“優(yōu)”、“良”，從取芯結(jié)果來看，老路面層由于長年的運(yùn)營，磨耗較多，部分基層出現(xiàn)松散不成型，整體情況均比較一般。

3.路段三：K7+000～K8+000及 K16+500～K16+700路段

該路段PCI指標(biāo)為“中”，主要以縱、橫向裂縫、車轍以及沉陷等病害為主，RDI、RQI等指標(biāo)評定基本為“良”，部分出現(xiàn)“中”，從取芯結(jié)果來看，面層偏薄，部分基層出現(xiàn)松散不成型。由于路段二級路段三現(xiàn)狀路面狀況較為相似，輕重程度略有區(qū)別，提出兩種處治方案，見表2。

表2 路段三和路段二的處治方案

方案一除病害處處治到基層頂面，其余一般路段銑铇4cm后撒布粘層油并加鋪4cm SMA-13瀝青面層。方案二將老路面層全部銑铇，對基層補(bǔ)強(qiáng)處理后加鋪4cmSMA-13+8cm SUP-20面層，車轍及平交口處下面層添加抗車轍劑。綜合考慮，推薦采用方案二，PCI評定為“中”的路段著重注意基層的補(bǔ)強(qiáng)處理。

4.路段四：儒林段（K56+000～K57+000）

該段地勘資料顯示，局部存在軟弱土。PCI指數(shù)為34.9，評價(jià)為“差”，平均車轍深度已達(dá)23.73mm，RDI指數(shù)為45.6，病害極為嚴(yán)重，RQI評定為“中”。從取芯來看，上面層由于路面松散、麻面而厚度偏薄。從前面病害分析及處置方法來看，情況較為復(fù)雜，可能引起病害的原因較多，從現(xiàn)場來看，往年修補(bǔ)的瀝青面層大面積出現(xiàn)松散，近年來小修小補(bǔ)的瀝青面層基本剝落，路面車轍、波浪較為嚴(yán)重，路側(cè)鉆孔揭示在路基范圍內(nèi)存在一般軟弱土。強(qiáng)度檢測結(jié)果顯示該路段整體強(qiáng)度優(yōu)良，初步分析病害產(chǎn)生的原因?yàn)槊鎸娱g粘結(jié)力較差或基層出現(xiàn)不均勻沉降，在重型交通的作用下而產(chǎn)生病害，長年的未達(dá)標(biāo)修補(bǔ)進(jìn)一步加劇了病害的程度。因此，提出如下三種改造方案：

方案一：病害處治首先銑铇原老路面層，檢測基層的強(qiáng)度及平整度，尤其波浪及車轍病害處，若基層強(qiáng)度較好，且未出現(xiàn)不均勻沉降，則對部分松散基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理后加鋪4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

方案二：若基層出現(xiàn)不均勻沉降，則開挖至路床頂面，若路床不成型則繼續(xù)開挖至成型為止，回填20cm級配碎石后填筑6%石灰土并壓實(shí)至路床頂面，路床頂面滿鋪土工格柵，其上填筑水泥穩(wěn)定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

方案三：挖除路面結(jié)構(gòu)及路基，進(jìn)行深攪樁處理，樁長9m，樁間距1.5m，樁徑0.5m。地基處理后，填筑石灰土至路床頂面，其上路面結(jié)構(gòu)鋪筑：水泥穩(wěn)定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

四、結(jié)束語

對239省道常州段的路面病害調(diào)查，以PCI指標(biāo)對路面狀況進(jìn)行分級評價(jià)，分析路面病害的成因，并按照病害針對性、銑铇料充分利用、經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠、動態(tài)設(shè)計(jì)、便于交通組織的設(shè)計(jì)原則制定路面養(yǎng)護(hù)方案?？紤]到本工程路面層材料需抵抗路段較多重載車輛，需具備優(yōu)越的抗車轍能力，建議上面層采用SMA-13細(xì)粒式瀝青混凝土(改性)，下面層采用SUP-20中粒式瀝青混凝土，而銑刨料可以考慮廠拌熱再生方案，其成熟度較高、施工難度小，質(zhì)量控制相對簡單。各個(gè)路段面層改造的具體方案，結(jié)合PCI指標(biāo)和具體情況進(jìn)行方案比選后最終確定。

[1]崔巖.遼寧省高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)綜述[J].北方交通,2014(10):73-75.

[2]李彩霞,瀝青路面養(yǎng)護(hù)首選方案確定方法研究[J].黑龍江交通科技,2014(8):74-75.

[3]郭邦學(xué).高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策時(shí)機(jī)研究[J].西部交通科技,2016(3):35-37.

[4]徐生茂,李雨芳.高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果評價(jià)[J].江西建材,2016(8):143-144.

[5]陳光營,張晨,李加才.某高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2015,41(26):145-146.

路見宇（1990.12—），江蘇南京人，助理工程師，主要從事路橋工程的新技術(shù)研發(fā)及檢測工作。