高速公路改擴建工程舊路的檢測及改善設計

王笑風，楊 博，侯明業(yè)

（河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450052）

0 引 言

在高速公路改擴建過程中不可避免地涉及到舊路檢測與改善設計［1－4］。目前國內對于瀝青混合料路面質量優(yōu)劣的評定，均參照《公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》（JTJ 073．2—2001），以路面損壞狀況指數衡量。但由于部分道路已接近使用期限，路面病害呈現出前修后壞的狀況，傳統(tǒng)的路面使用狀況評價指標存在一定的局限性，不能真實反映路面實際使用狀況［5］。

因此，本文以京港澳高速公路漯河至駐馬店段改擴建工程為依托，采用路面狀況指數（PCI）、行駛質量指數（RQI）、國際平整度指數（IRI）、路面結構強度指數（PSSI）等指標對路面狀況進行評價，系統(tǒng)分析高速公路瀝青路面典型病害成因，提出路面面層評判關鍵指標——修補率，確定高速公路瀝青路面舊路改善設計方案。

1 工程概況

京港澳高速公路漯河至駐馬店段（漯駐高速）全長63．49km，2001年運營通車，超過高速公路瀝青混凝土路面結構15年的設計使用年限，年平均交通量增長率達到16．3%左右，飽和度達到0．51，已經進入二級服務水平。目前路面密布縱橫向裂縫、龜裂、網裂等路面病害，按照現行相關規(guī)范要求，應及時實施路面罩面、翻修等大中修工程［6－8］。為完善區(qū)域快速運輸通道，提高整個高等級公路網的服務能力和服務質量，對漯駐高速進行改擴建，將現有的雙向四車道雙側拼寬為雙向八車道。

2 高速公路瀝青路面改擴建工程的舊路檢測與評價

2．1 路面狀況評價指標

采用ZOYON－RTM車載智能路面自動檢測車及落錘式彎沉儀（FWD）等設備對漯駐高速行車道、超車道進行檢測，并依據《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）進行評定，結果如表1所示。

表1 京港澳高速公路漯河至駐馬店段路面檢測評定結果

由表1可知以下幾點。

（1）漯駐高速公路行車道和超車道路面PCI優(yōu)良率分別為20．0%和91．43%，行車道總體破損狀況比超車道嚴重，這主要是由于在行車道行駛的重載車輛明顯多于超車道，而大型貨車對路面破壞極大，尤其是嚴重超載的重型貨車。

（2）行車道和超車道路面RQI優(yōu)秀率分別為37．14%和81．43%，RQI良好率分別為38．57%和18．57%，行車道較超車道差，車輛在行車道行駛有明顯的顛簸感。

（3）行車道RDI優(yōu)良率為36%，超車道RDI優(yōu)良率為74%，部分路段車轍情況較為嚴重，且行車道比超車道嚴重，已經影響到了行車舒適度。為提高路面服務質量，需對大于1．5cm的車轍及時治理，以恢復路面平整度。

（4）從彎沉檢測結果可以看出，全路段路面整體結構承載力評價均處于優(yōu)的水平。該舊路經過十多年的運營及后期維修養(yǎng)護，路基已沉降穩(wěn)定，道路整體承載力較好，在舊路改造過程中應充分利用原有路面各結構層的殘余壽命，發(fā)揮其使用功能，減少對現有路面基層結構的擾動。

2．2 路面結構性能檢測

為準確掌握路面內部各結構層的狀況、病害的破壞層位和嚴重程度等信息，本文通過室內試驗對路面進行鉆芯檢測，結果如表2～4所示。

表2 上面層級配篩分結果

表3 回收瀝青性能檢測結果

表4 路面結構層劈裂強度檢測結果 MPa

由表2～4可知以下幾點。

（1）通過對各典型路段上面層瀝青混合料的抽提試驗可以看出：各路段礦料級配偏差不大，礦料級配曲線均靠近級配上限。這主要是由于，鉆芯過程中粗集料被切碎，造成9．5cm以上粒徑的集料減少，且上面層集料在重載作用下發(fā)生碎化，致使4．75mm以下各篩孔通過率偏大，整體礦料偏細。

（2）下面層芯樣劈裂強度較小，中上面層劈裂強度較大，水泥穩(wěn)定基層無側限抗壓強度遠大于《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2006）中3．5～4．5 MPa（特重交通）的要求，基層強度較高。

（3）將回收的瀝青性能檢測指標與河南省上面層常用的SBS（I－D）聚合物改性瀝青技術指標對比后可以看出，瀝青的軟化點在規(guī)范范圍之內、針入度略小于規(guī)范值、延度小于規(guī)范值。綜合上面層回收瀝青的性能檢測結果可知，瀝青在使用過程中稠度增大，存在老化現象。

2．3 路面雷達檢測分析

根據路面結構的雷達圖譜對每條車道的路面內部缺陷進行識別，并統(tǒng)計內部缺陷類型、所處路段位置以及病害分布范圍等信息，具體結果如圖1所示。

圖1 基層缺陷路段雷達檢測統(tǒng)計結果

由圖1可知以下2點。

（1）漯駐高速路面內部缺陷類型較為單一，主要有基層松散和基層破碎2種。其中基層松散是主要病害，路段總長約為0．80km；基層破碎的路段長度約為0．27km，占超車道總里程不足0．1%。漯駐高速基層內部缺陷較少，僅占檢評總里程的0．43%。

（2）路面內部缺陷在全線范圍內均有分布，但主要集中于局部路段且長度較短。行車道的路面內部缺陷共計約0．63km，比超車道高出25．4%。

2．4 路面典型病害成因分析

2．4．1 橫向裂縫

橫向裂縫位置的取芯結果表明，漯駐高速橫向裂縫多為反射裂縫（圖2）。這是由于半剛性基層溫縮或干縮開裂后，其上方的瀝青層底部在荷載作用下形成應力集中，造成瀝青層底部開裂，并向上發(fā)展至路表，形成橫向裂縫。部分芯樣裂縫僅存在于瀝青層，主要為瀝青面層溫度收縮性裂縫（圖3）。這是由于溫度應力超過了瀝青混凝土抗拉強度，致使瀝青面層被拉裂，形成表層溫縮裂縫。

圖2 橫向反射裂縫處取芯芯樣

圖3 橫向溫縮裂縫處取芯芯樣

2．4．2 縱向裂縫

縱向裂縫位置的取芯結果表明，裂縫大多在表面層，未向下貫通至基層（圖4）。其原因為，表層瀝青老化嚴重，在交通荷載特別是超載及高胎壓作用下，路表產生較大的剪應力，致使輪跡處路表產生縱向輕微裂縫。

圖4 縱向裂縫處取芯芯樣

2．4．3 龜裂

通過鉆芯檢測發(fā)現：路面輕度龜裂、塊裂處芯樣基層較完整，但面層破碎；重度龜裂、塊裂處基層和面層芯樣均出現了明顯的松散現象（圖5）。這主要是由于表層瀝青老化，脆性增加，極限拉應變變小，路面在大量行車荷載的反復作用下超過其疲勞壽命，形成了龜裂。

2．4．4 車轍

圖5 龜裂處取芯芯樣

對車轍處鉆芯取樣發(fā)現，無論波峰還是波谷，芯樣基層基本完整密實，說明車轍為流動性車轍。車轍處表面層厚度變化不明顯，主要是因為表面層基本上都采用改性瀝青混合料，抗車轍能力較強。波峰、波谷處上面層厚度的差異主要是輪跡處表面層在行車荷載作用下不斷磨耗所致。車轍處所取芯樣如圖6所示。隨著車轍深度的增加，瀝青路面車轍發(fā)生剪切變形，中面層變形最大。

圖6 車轍處取芯芯樣

3 評判路面面層優(yōu)劣的關鍵指標

對于面層優(yōu)劣的評定，目前多采用路面損壞狀況指數（PCI）衡量，但檢測結果表明：超車道治理段PCI大部分為優(yōu)、良等級，極少數為中級；行車道治理段PCI值大部分為中級，少數為優(yōu)、良等級［9－10］。分析原因主要是：病害多以裂縫為表現形式，且日常養(yǎng)護中路面多進行了修補，但由于道路已接近使用期限，路面病害呈現前修后壞的狀況。結合改擴建項目的實際特點，本文提出了路面優(yōu)劣評定指標——修補率Lr，并以10%為路面優(yōu)劣的量化指標。

修補率是對路面道路狀況的間接反映，是指原有路面因破損或病害挖除后，換之以相同或不同的材料修鋪的一塊路面，反映了路面曾經損壞并已采取過修補措施的面積。直接量測修補面積，并按平行于道路中線的外接矩形面積進行計算。

式中：R為修補總面積（m2）；A為評價路段路面面積（m2）。

4 高速公路瀝青路面的舊路改善

4．1 局部病害處治措施

4．1．1 裂縫處治

針對縫寬不大于3mm、縫壁無散落或輕微散落的輕微裂縫，先將舊路路面拉毛或銑刨，再在裂縫兩側30cm范圍內灑SBR黏層油，并鋪60cm寬的抗裂防水黏結膜，最后灑布改性乳化瀝青黏層油，加鋪罩面面層。

針對寬度大于3mm、貫通整個路面、裂縫壁有散落并伴有其他病害支縫、唧漿、坑槽等的重度裂縫，應沿著裂縫開窗處治，開窗寬度以損壞長度為標準，矩形槽開窗寬度以實際病害范圍邊界向外15 cm進行控制，表面開窗寬度不得小于80cm。若裂縫為表層裂縫，則要求一次性銑刨2層，若裂縫是由半剛性基層開裂反射產生的，則銑刨至基層頂面。對于面層的裂縫，達到銑刨深度后，先用空壓機將槽吹洗干凈后，在槽底灑熱改性瀝青層，側壁涂3mm厚的改性乳化瀝青層，再用AC－13C細粒式瀝青混凝土回填壓實至頂即可。對于基層開裂的反射裂縫，銑刨至基層頂后，將裂縫清理干凈并用熱瀝青灌滿，在裂縫上貼40cm寬的抗裂貼，在槽底噴灑透層油及改性乳化瀝青封層，再用改性乳化瀝青涂抹側壁后回鋪8cm AC－13C和12cm AC－20C瀝青混凝至頂面，瀝青層間灑改性瀝青黏層油。

4．1．2 龜裂和坑槽處治

龜裂和坑槽病害的處治按照“圓洞方補，斜洞正補”的原則進行開窗，開窗范圍以坑槽、龜裂病害輪廓線外20cm為準，挖槽的縱橫線與車道平行或垂直。根據病害情況先銑刨2層（8cm），若病害仍存在，則繼續(xù)向下以層為單位銑刨瀝青層，直至病害消失。開窗完成后，先用空壓機將槽吹洗干凈后，在槽底噴灑改性乳化瀝青黏層油或在基層頂面鋪設透層及改性瀝青封層，側壁貼高聚物改性瀝青卷材后，分層用AC－25C或AC－20C瀝青混凝土回填至頂，瀝青層間噴灑改性乳化瀝青黏層油。

4．1．3 車轍病害處治

對于車轍深度小于15mm的路段，不進行處治，在經過拉毛或精銑刨處理且無其他病害的情況下，可直接加鋪面層。

對于車轍深度為15～25mm的路段，采用局部開窗挖補方案處治。開窗寬度為4cm，長度以車轍病害范圍為準，要求一次銑刨2層原瀝青面層。開窗完成后，先用空壓機將槽吹洗干凈，再在槽底噴灑改性乳化瀝青黏層油，采用高聚物改性瀝青卷材貼壁，最后用AC－20C瀝青混凝土回填至頂。

對于車轍深度大于25mm的路段，采用局部開窗挖補方案處治。開窗寬度為4cm，長度以車轍病害范圍為準，要求一次性銑刨13cm厚的原瀝青面層。開窗完成后，先用空壓機將槽吹洗干凈，再在槽底噴灑改性乳化瀝青黏層油，側壁采用高聚物改性瀝青卷材貼壁，分層用7cm AC－25C和6cm AC－20C瀝青混凝土回填至頂，瀝青層間噴灑改性乳化瀝青黏層油。

4．1．4 基層病害處治

以車道全寬銑刨直至基層頂面，縱橫向進行臺階開挖（兩側各向內15cm），挖除舊路瀝青面層及破損基層?；鶎訐Q填時，對于長度大于15cm的路段采用水泥穩(wěn)定碎石換填，對于長度小于15cm的路段采用C15素混凝土換填，厚度與原基層保持一致。之后在基層頂面設透層和改性瀝青封層（水泥穩(wěn)定碎石基層）或噴灑黏層油（C15素混凝土基層），側壁貼高聚物改性瀝青卷材，再用12cm厚粗粒式瀝青混凝土AC－25C分層回填壓實至頂，瀝青層間噴灑改性乳化瀝青黏層油。

4．2 連續(xù)病害的處治設計

4．2．1 長段落連續(xù)病害治理

路面路況差（修補率大于10%）的路段連續(xù)500 m以上，屬長段落連續(xù)病害，采用對現有瀝青層路面就地再生之后回鋪瀝青混合料的處治措施。就地冷再生實施前，首先標定好處治段落，處治寬度以一個車道為準；為保證再生層與基層間無夾層，處治深度要求至水泥穩(wěn)定碎石基層頂面下2cm，就地冷再生層厚度為12cm。冷再生處治完成后，噴灑透層油及改性瀝青封層，回鋪7cm AC－25C和6cm AC－20C瀝青混凝土至現有路面標高，瀝青層間噴灑熱改性瀝青黏層油。

4．2．2 短段落連續(xù)病害治理

路面路況差（修補率大于10%）的路段長度在500m以內，屬短段落連續(xù)病害，采用對現有瀝青路面銑刨瀝青層之后回鋪瀝青混合料的處治措施。銑刨實施前，首先標定好銑刨段落，處治寬度以一個車道為準，要求一次性銑掉上面2層，若不存在大面積病害則不再向下銑刨，否則繼續(xù)以層為單位向下銑刨。銑刨完成后，用空氣壓縮機將槽吹洗干凈，噴灑熱改性瀝青黏層油，鋪設瀝青混合料至現有路面標高。

5 結 語

（1）京港澳高速公路漯河至駐馬店段路面的主要病害形式包括橫縱向裂縫、龜裂、車轍，路面鉆芯結果表明，表層瀝青老化、交通量大、重車比例高等因素是造成路面病害的主要原因。

（2）由于現有路面評價指標不適用于高速公路改擴建情況，提出了路面面層評判關鍵指標——修補率，如單位路段修補率大于10%，即可判斷該段路面面層損壞嚴重。

（3）結合改擴建工程的實際狀況，根據不同病害類型提出相應局部病害處治措施，對于病害路面長度大于500m的路段，采用就地冷再生技術進行處治，并確定了就地冷再生深度，對于病害路面長度小于500m路段，采用銑刨重鋪措施進行處治。

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