瀝青路面結(jié)構(gòu)長期使用性能跟蹤觀測研究

徐 剛

(宿遷市高速公路建設指揮部 宿遷 223800)

目前，國內(nèi)采用數(shù)學[1-2]、有限元[3-4]等方法對瀝青路面結(jié)構(gòu)組合進行了較多的理論研究，也通過室內(nèi)試驗[5-7]對不同瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用性能進行了對比分析。然而，對不同瀝青路面結(jié)構(gòu)的野外實際使用性能跟蹤觀測與比較研究卻少之又少，無法給公路建設、管養(yǎng)部門提供一個明確的、直觀的性能比較結(jié)果。

本文通過對日蘭高速菏關段3種山東省廣泛使用的瀝青路面結(jié)構(gòu)進行多年的跟蹤觀測，并進行比較分析，得出使用性能較優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)形式，以期為公路建設、養(yǎng)管部門決策提供參考。

1 跟蹤觀測路段路面結(jié)構(gòu)形式

1.1 日蘭高速公路菏關段概況

日蘭高速菏關段于2007年建成通車，雙向4車道，設計行車速度120 km/h。菏關(魯豫界)高

速作為山東省高等級公路網(wǎng)“五縱四橫一環(huán)”的重要組成部分，是國家重點公路日照至河南南陽高速公路在山東省的最后一段，也是國道主干線連云港至霍爾果斯和日照至東明高速公路的連接線，是連接山東省與中西部省份的重要通道。

1.2 跟蹤觀測路段的路面結(jié)構(gòu)

瀝青路面的使用性能受車輛荷載、氣候狀況、管養(yǎng)水平等外在因素及路面材料、結(jié)構(gòu)組合等內(nèi)在因素的共同作用。為明確比較不同路面結(jié)構(gòu)的使用性能，選定的3種跟蹤觀測路面結(jié)構(gòu)均設置在日蘭高速菏關段，樁號為K402+700-K410+700，位置非常接近且同屬上行路面，所經(jīng)歷共同的車輛荷載、氣候環(huán)境、管養(yǎng)水平，且瀝青面層的級配、材料均一致，這樣可直接地比選出使用性能較優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)。具體路面結(jié)構(gòu)及起訖樁號見圖1。

圖1 3種路面結(jié)構(gòu)型式示意圖

由圖1可見，路面結(jié)構(gòu)1為典型的半剛性基層瀝青路面，在山東省乃至全國范圍內(nèi)廣泛使用；路面結(jié)構(gòu)2為LSPM瀝青大碎石柔性基層+疲勞層瀝青路面，室內(nèi)試驗表明抗疲勞層具有明顯的延緩基層反射裂縫的作用，在柔性基層下面增設1層抗疲勞層以期能更好地減緩半剛性基層反射裂縫；路面結(jié)構(gòu)3也為柔性瀝青路面結(jié)構(gòu)，是菏關高速全線所用路面結(jié)構(gòu)，但是較路面結(jié)構(gòu)2少了1層抗疲勞層。

通過3種路面的使用性能對比，可知柔性基層瀝青路面、半剛性基層瀝青路面、加設抗疲勞層的柔性基層瀝青路面三者間的性能優(yōu)劣。

2 跟蹤觀測路段使用性能評價

通過對多年的路網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進行搜集，匯總整理包括路面損壞狀況、路面平整度、路面車轍深度等指標變化，并在典型位置處進行彎沉檢測，獲取路面結(jié)構(gòu)強度指標，以全面比較3種路面結(jié)構(gòu)的使用性能。

2.1 路面損壞狀況評價

路網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)均針對行車道路面，跟蹤觀測路段行車道歷年路面損壞狀況統(tǒng)計見表1。

表1 觀測路段行車道路面損壞狀況(DR)

由表1可見，3種路面結(jié)構(gòu)均存在路面損壞，但損壞狀況不嚴重，路面損壞狀況指數(shù)均為優(yōu)。對比歷年損壞狀況檢測結(jié)果未有明顯的衰減規(guī)律性。

此外，對3種路面結(jié)構(gòu)的行車道、超車道及硬路肩中無明顯表面損壞位置、裂縫位置進行鉆芯取樣以了解裂縫種類和產(chǎn)生原因，3種路面結(jié)構(gòu)取樣數(shù)分別為7個、4個、4個。從現(xiàn)場取芯試驗結(jié)果可知，路面結(jié)構(gòu)1存在典型的半剛性基層反射裂縫；路面結(jié)構(gòu)2由于瀝青大碎石柔性基層和抗疲勞層的作用僅存在少許表層疲勞裂縫；路面結(jié)構(gòu)3在一處取芯過程中出現(xiàn)水泥穩(wěn)定碎石層碎裂，無法取出，但路表破損不嚴重，裂縫未貫通路面結(jié)構(gòu)層，體現(xiàn)出瀝青大碎石柔性基層較好的延緩反射裂縫的作用。

2.2 路面平整度評價

跟蹤觀測路段行車道歷年路面平整度統(tǒng)計見表2。

表2 觀測路段行車道路面平整度(IRI) m/km

由表2可見，路面結(jié)構(gòu)1在平整度衰變上相對路面結(jié)構(gòu)2、路面結(jié)構(gòu)3要快，即瀝青大碎石柔性基層瀝青路面平整度衰變緩慢，數(shù)值穩(wěn)定，具有較好的行駛舒適性。

2.3 路面車轍深度評價

跟蹤觀測路段行車道歷年路面車轍深度統(tǒng)計見表3。

表3 觀測路段行車道路面車轍深度(RD)mm

由表3可見，3種路面結(jié)構(gòu)車轍深度發(fā)展均較為緩慢，數(shù)值較穩(wěn)定，但限于路網(wǎng)檢測的局限性和隨機性，車轍深度發(fā)展數(shù)值不具有衰變規(guī)律性。

2.4 路面結(jié)構(gòu)強度評價

1) 彎沉檢測結(jié)果。2016年9月份，對觀測路段進行路面彎沉試驗，因該路段交通量較大，受安全防護限制，不能對全部路段進行彎沉試驗，僅選取部分典型路段進行彎沉試驗。中心點彎沉計算結(jié)果匯總見表4。

表4 路面彎沉檢測結(jié)果 0.01 mm

通過對路面彎沉檢測結(jié)果可知：路面結(jié)構(gòu)1的行車道彎沉代表值為11.66(0.01 mm)明顯大于硬路肩和超車道的彎沉代表值；路面結(jié)構(gòu)2的硬路肩、行車道和超車道的彎沉代表值較為接近，行車道彎沉代表值為5.16(0.01 mm)，比硬路肩和超車道數(shù)據(jù)略大；路面結(jié)構(gòu)3的行車道彎沉代表值可達到9.62(0.01 mm)，明顯大于硬路肩和超車道的彎沉代表值。

由此可知，3種路面結(jié)構(gòu)行車道彎沉代表值明顯大于硬路肩、超車道；路面結(jié)構(gòu)2的硬路肩、行車道、超車道彎沉數(shù)據(jù)相對路面結(jié)構(gòu)1、3小，說明路面結(jié)構(gòu)2具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)強度；同時也可看出，路面結(jié)構(gòu)1彎沉代表值較路面結(jié)構(gòu)2、3大，體現(xiàn)出瀝青大碎石柔性基層瀝青路面在經(jīng)過多年車輛累計碾壓后具有較好的抗疲勞性能。

2) 彎沉盆計算。彎沉盆反算結(jié)果見圖2～7。

圖2 路面結(jié)構(gòu)1的路面彎沉盆

圖3 路面結(jié)構(gòu)1的土基模量

圖4 路面結(jié)構(gòu)2的路面彎沉盆

圖5 路面結(jié)構(gòu)2的土基模量

圖6 路面結(jié)構(gòu)3的路面彎沉盆

圖7 路面結(jié)構(gòu)3的土基模量

根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知[8]，重載交通路面力學響應指標基于FWD平均彎沉宜控制在8(0.01 mm)以內(nèi)，路基反算回彈模量宜大于120 MPa。據(jù)此可知，路面結(jié)構(gòu)1，即典型的半剛性基層路面結(jié)構(gòu)，部分檢測點的硬路肩及行車道的彎沉盆和土基模量不滿足要求，而路面結(jié)構(gòu)2、路面結(jié)構(gòu)3的檢測點彎沉盆、土基模量反算結(jié)果均滿足要求，這也從側(cè)面反映出瀝青大碎石柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)越性。

3 結(jié)論

1) 3種路面結(jié)構(gòu)均存在路面損壞但均不嚴重，從鉆芯取樣看路面結(jié)構(gòu)2、3瀝青大碎石柔性基層具有良好的延緩反射裂縫性能，路面結(jié)構(gòu)2抗疲勞層延緩反射裂縫效果非常明顯。

2) 路面結(jié)構(gòu)1的平整度衰減速率明顯較路面結(jié)構(gòu)2、3快，反映出瀝青大碎石柔性基層瀝青路面均有良好的行駛舒適性。

3) 3種路面結(jié)構(gòu)的車轍深度發(fā)展均較為緩慢，具有良好的行車舒適性，但由于受到路網(wǎng)檢測的局限性和隨機性，車轍深度發(fā)展數(shù)值不具有衰變規(guī)律性。

4) 3種路面結(jié)構(gòu)強度，路面結(jié)構(gòu)2>路面結(jié)構(gòu)3>路面結(jié)構(gòu)1，說明瀝青大碎石柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)具有較好的抗疲勞性能，而路面結(jié)構(gòu)1相對較差。

5) 通過對3種路面結(jié)構(gòu)的使用性能評價可以看出，路面結(jié)構(gòu)2優(yōu)于路面結(jié)構(gòu)1、3，即路面結(jié)構(gòu)2可較好地適用于高等級公路運營，建議在以后的高等級公路建設和大中修養(yǎng)護過程中更多地采用瀝青大碎石柔性基層+抗疲勞層的路面結(jié)構(gòu)型式。