倒裝式瀝青混凝土路面病害檢測與分析

■魏 振

(福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所，福州 350004)

1 項目概況

1.1 路面結(jié)構(gòu)和材料

倒裝式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，即在半剛性基層上設(shè)置級配碎石和瀝青穩(wěn)定碎石層的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)，從下面層至上面層，混合料的最大公稱粒徑遞減，小粒徑集料層位于上面層。該路面結(jié)構(gòu)具有良好的高溫、密實性，其黏結(jié)防水層具有較高的拉拔強度，可有效避免瀝青混凝土層在車輛荷載作用下的剪切推移破壞。福建西部某高速公路即采用該路面結(jié)構(gòu)形式，該路段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計總厚度72cm，自上而下分別是4.5cmAC-16C改性瀝青混凝土，5.5cmAC-20C改性瀝青混凝土，15cmATB-25瀝青穩(wěn)定碎石，16cm級配碎石，1cm瀝青封層，30cm 3%的水泥穩(wěn)定碎石。瀝青路面上下面層采用SBS改性瀝青，ATB-25柔性基層采用70號瀝青。通車5年后，現(xiàn)該路段出現(xiàn)坑槽，裂縫及路表瀝青膜脫落等病害現(xiàn)象。其中連續(xù)坑槽以K266～290雙向區(qū)間最為密集，路表瀝青膜脫落主要位于BK267的下坡段等。

1.2 地理氣候環(huán)境及交通量情況

本區(qū)氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，受季風(fēng)影響，溫和潮濕、雨量充沛、四季分明。春季陰寒細(xì)雨連綿，夏季炎熱多大雨，秋季晴朗多雷陣雨，冬季寒冷有霜凍，山區(qū)多見積雪。

設(shè)計時本路段竣工通車第一年標(biāo)準(zhǔn)軸載（BZZ-100）雙向平均當(dāng)量軸次為2367次/日，設(shè)計年限15年內(nèi)的交通量年平均增長8.6%，一個車道累計當(dāng)量軸次為1376萬次，屬于重交通等級。

1.3 路面主要問題

經(jīng)實地勘查，現(xiàn)階段該高速公路存在的主要問題分為三類。

（1）局部長段出現(xiàn)連續(xù)坑槽，大部分坑槽處已經(jīng)修補。但雨后在部分路段兩條輪跡帶的位置仍可見連續(xù)的點狀泛白，泛白處多為網(wǎng)裂，如圖1所示。隨著行車碾壓及時間的推移，泛白處出現(xiàn)松散掉粒直至發(fā)展成坑槽。

（2）輪跡帶出現(xiàn)連續(xù)的帶狀網(wǎng)裂，網(wǎng)裂處瀝青混合料較松散。如BK225處一個隧道進(jìn)口位置前方約數(shù)百米出現(xiàn)此類病害，見圖2。

圖1 路面輪跡帶連續(xù)泛白

圖2 輪跡帶帶狀網(wǎng)裂

（3）路表瀝青膜脫落、石料顏色裸露。石料表面的瀝青膜完全脫落，面層石料顏色多樣，但表面平整密實，局部少量輕微裂縫，未見坑槽等嚴(yán)重病害，如圖3。

圖3 表面瀝青膜剝落

2 路面檢測分析

根據(jù)病害分類，在進(jìn)行現(xiàn)場檢測前預(yù)先由專業(yè)的檢測人員到路面現(xiàn)場進(jìn)行徒步選點，遵循“病害典型、位置典型、分布合理”的原則，大致確定探坑、取芯、部分滲水及彎沉的點位。

2.1 路面裂縫現(xiàn)場開挖分析

為了解該段瀝青路面裂縫病害的發(fā)展規(guī)律，查清不同型式裂縫產(chǎn)生的原因，現(xiàn)場檢測一共擇取5處典型病害位置進(jìn)行探坑，選取了縱向裂縫病害較為嚴(yán)重的BK273+340高填方段、AK272+050半填半挖段 （含彎道及上坡路段）和AK279+950挖方上坡道位置進(jìn)行了路面開挖檢測，開挖的厚度范圍包括上面層、下面層，開挖寬度為沿裂縫兩側(cè)各50 cm左右，長度約5 m左右，開挖形狀呈槽型階級狀斷面，兩個位置開挖的具體狀況如表 1所示。

表1 路面開挖情況表

從探坑的整體情況看，除唧漿處的基層受水浸泡發(fā)生水損壞，路面基層完整性保持較好，盡管路表已經(jīng)龜裂，但下面層基路面基層未見明顯病害。多數(shù)病害屬于自上而下的淺表功能性損壞，而非自下而上的深層結(jié)構(gòu)性損壞。

針對該路段路面病害調(diào)查及探坑情況，具體分述如下：

（1）對于瀝青老化、疲勞開裂、層間脫粘現(xiàn)象，分析施工過程每臺班前幾車出料溫度過高，造成瀝青早期老化。運營過程中由于長時間高溫老化及紫外光的氧化、車輛軸載作用下，加速瀝青老化，石料的粘結(jié)強度大幅下降，造成疲勞開裂，層間脫落。

（2）半填半挖段裂縫處路面病害主要由于不均勻沉降出現(xiàn)裂縫，長時間降水及剎車水從裂縫進(jìn)入瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部使瀝青粘附性減小，由于集料表面對水比對瀝青有更強的吸附力，長期接觸下瀝青會從集料表面剝落，加上行車荷載的影響會使水產(chǎn)生流動，在動力水的反復(fù)作用下瀝青膜逐漸脫落，混合料變的松散，直至發(fā)生唧漿、坑槽等水損害。

（3）高速公路施工控制水平對路面早期水損害有一定的影響。努力提高路面的施工控制水平和養(yǎng)護(hù)管理水平將有利于路面使用壽命和服務(wù)性的提高。特別是由于施工導(dǎo)致的瀝青混合料的離析、壓實度不足、層間連接不良等問題。

（4）該地區(qū)常年暴雨、臺風(fēng)現(xiàn)象頻繁，導(dǎo)致瀝青路面瞬時雨量大，而瀝青路面瞬時排水能力往往達(dá)不到要求。加之中央分隔帶為綠化帶，具有蓄水功能，晴天時水流向路面水位低的位置，排水不暢導(dǎo)致水損破壞。

綜合以上可以看到要解決該地區(qū)高速公路瀝青路面裂縫問題，必須從施工控制、預(yù)防沉降、施工工藝、路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計等幾個方面進(jìn)行研究改善，從根本上解決路面裂縫導(dǎo)致的水損害現(xiàn)象。

2.2 路面現(xiàn)場芯樣分析

根據(jù)方案選點取芯12處，每處取芯時在病害周邊或前后附近表面完好處鉆分別嘗試鉆取全厚芯樣。從現(xiàn)場取芯的情況看，下面層與ATB層基本脫落導(dǎo)致ATB層芯樣無法取出，也有少部分的上下面層發(fā)生脫落，38個取芯位置僅取出7個完整的全厚芯樣，比例僅15.8%?？梢?，層間粘結(jié)差是該路的一個重要特征。層間脫粘導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層無法發(fā)揮整體的受力，表層或者上下兩層承載的各項應(yīng)力增大，加速表層瀝青路面的損壞。

通過現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相關(guān)檢測試驗，總結(jié)出該地區(qū)高速公路瀝青路面的粘結(jié)性差原因如下：

（1）混合料出場時的不均勻性，部分混合料離析嚴(yán)重。

（2）夏季炎熱，路面溫度較高，瀝青軟化點相對偏低，荷載作用下容易發(fā)生變形。

（3）重載交通作用下，處于粘稠狀態(tài)的瀝青易發(fā)生“振漿”現(xiàn)象。

（4）集料與瀝青的粘附性不足，瀝青容易剝落，流動。

綜合以上，可以看到瀝青路面粘結(jié)性與瀝青用量、瀝青軟化高溫指標(biāo)、集料表面的致密與光滑程度，當(dāng)?shù)赝獠康母邷仄诃h(huán)境、重載交通等因素有關(guān)。

2.3 路面滲水情況分析

根據(jù)病害的不同，路面滲水系數(shù)的檢測共選取了22處，從滲水系數(shù)的檢測結(jié)果看，路面滲水系數(shù)的檢測結(jié)果有6處不合格，不合格的原因都是由于路表裂縫引起，其余表面完好處基本不滲水。這種現(xiàn)象與新建路面是截然不同的，具有密實型老路的典型特征，即瀝青混合料中的瀝青和骨料在長期的行車作用下發(fā)生移動和重排，瀝青膠結(jié)料緩慢上移致使路表逐漸密實封水。

2.4 路面彎沉分析

路面回彈彎沉量，不僅反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體剛度和強度，而且還與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。通?；貜棌澇林翟酱?，路面結(jié)構(gòu)的塑性變形也越大(剛度差)，同時抗疲勞性能也差，難以承受重交通量；反之，則路面結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能好，并能承受較重的交通量。我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計方法，采用設(shè)計彎沉為路面整體剛度的設(shè)計指標(biāo)，并以標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，路表回彈彎沉值不超過滿足路面使用狀態(tài)和設(shè)計使用年限要求的路面設(shè)計彎沉值作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通過路面彎沉檢測，可以探明運營過程中路面的整體強度。針對K266～K290路段雙向的主超車道的路基段，采用自動彎沉檢測車進(jìn)行路面彎沉的連續(xù)檢測，扣除橋隧構(gòu)造物，按照公里樁對檢測結(jié)果進(jìn)行評價，結(jié)果如圖4和圖5。

圖4 AK266～AK291區(qū)間彎沉值分布

圖5 BK266～BK291區(qū)間彎沉值分布

從以上兩圖可以看出，部分路面段落彎沉實測值較設(shè)計值發(fā)生了較大偏差。按公里區(qū)間數(shù)統(tǒng)計，共檢測40個區(qū)間，其中彎沉代表值合格的有27個區(qū)間，彎沉總體合格率為67.5%，彎沉代表值最大的區(qū)間位于BK277+000～BK278+000，高達(dá)66.0，超設(shè)計彎沉值80.8%。另有2個區(qū)間彎沉代表值超過50，6個區(qū)間超過40，4個區(qū)間超過36.5。

彎沉值從整體上反映了路面各層次的整體剛度，如果彎沉值過大，其變形也就越大，路面各層也就容易破裂。路面段落彎沉實測值較設(shè)計值發(fā)生了較大偏差的一般是由于基層局部成型不足，強度不夠，在行車荷載和自然因素等作用下形成的。

3 結(jié)語

綜上所述，高速公路路面病害問題對公路質(zhì)量有較大的影響。區(qū)別于半剛性基層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式，倒裝式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)在福建省近幾年應(yīng)用廣泛，由于使用時間的積累不夠，病害成因分析及處理并不成熟。本文針對路面病害提出用現(xiàn)代化檢測技術(shù)對其進(jìn)行分析，并闡明病害產(chǎn)生機(jī)理。隨著這種新型路面結(jié)構(gòu)形式的廣泛使用，病害預(yù)防與處理顯得越來越重要，對路面使用壽命將產(chǎn)生重大影響。

[1]上海市公路管理處，等.公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社,2001.

[2]交通部公路科學(xué)研究院，等.公路工程技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民交通出版社，2008.

[3]牛凱濃.高速公路路面病害原因及處理方法[J].交通世界,2017,(28):34-35.

[4]周澤漢,施權(quán)君.高速公路大修工程路基病害分析與處治[J].中外公路,2017,(S1):12-15.

[5]張士英.高速公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)運用分析[J].交通世界,2017,(11):24-25.