城鎮(zhèn)道路瀝青混凝土路面預防性養(yǎng)護決策研究

馮友鵬

(溫州市市政工程建設開發(fā)公司 浙江溫州 325000)

0 引言

改革開放40年來，城鎮(zhèn)化建設發(fā)展迅猛，城市道路交通發(fā)展作為城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展的前提發(fā)揮著越來越重要的作用。由于瀝青混凝土路面良好的使用效能，在城市道路中的應用開始普及，道路養(yǎng)護問題也隨之開始增多。當前的道路養(yǎng)護仍屬于修補性質(zhì)，即對病害道路進行維修相對被動，而道路預防性養(yǎng)護是變被動為主動，它可以有效延長瀝青道路使用壽命，提高性能，節(jié)約維修資金。

1 預防性養(yǎng)護的定義與意義

根據(jù)AASHTO(美國國有公路運輸管理員協(xié)會)[1]和我國《公路瀝青路面預養(yǎng)護技術規(guī)程》[2]對路面預養(yǎng)護的定義，當路面結(jié)構(gòu)強度、剛度、穩(wěn)定性狀態(tài)尚好時，并在保證路面結(jié)構(gòu)不增加承載力的情況下，有計劃地對路面采取保養(yǎng)措施，使道路性能提高、壽命周期延長和減少道路全生命周期道路養(yǎng)護維修費用。預養(yǎng)護具有施工工期短、成本低，若持續(xù)使用預養(yǎng)護措施，在一段時間內(nèi)可將路面狀況維持在較高水平，獲得良好的使用效果。 路面預防性養(yǎng)護性能效益示意圖如圖1所示[3]。

圖1 路面預防性養(yǎng)護性能效益示意圖

從歐美國家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，每投入1元的預養(yǎng)護費用，后期可以減少7～8元的維修費用，在道路全生命周期中進行3～4次的預防性養(yǎng)護活動，可使道路壽命延長10～15年[4]。

2 城鎮(zhèn)瀝青混凝土道路早期性能評價內(nèi)容

預防性養(yǎng)護工作的出發(fā)點：一是提高道路使用性能、預防道路病害；二是改善行車舒適性、安全性。

在早期的道路破損中，裂縫、車轍問題占據(jù)總體的80%～90%，早期的裂縫、車轍病害成為道路結(jié)構(gòu)進一步破壞的源頭。資料表明，一般瀝青混凝土道路在運營2～3年內(nèi)就出現(xiàn)較嚴重的裂縫和車轍[5]，雖然各地區(qū)的病害問題是多原因、多條件的，但不可置否，裂縫與車轍作為重要道路最常見的病害將是預防性養(yǎng)護決策中的重要因素。行車荷載和外界環(huán)境因素將使路面結(jié)構(gòu)強度逐漸衰減，但是在早期使用過程中，路面結(jié)構(gòu)強度不會發(fā)生太大變化，且預防性養(yǎng)護不能夠解決路面結(jié)構(gòu)問題，因此路面結(jié)構(gòu)強度不納入早期性能評價的內(nèi)容。另一方面，包括坑槽、松散、龜裂等多類型的破壞，多由裂縫引起擴散，而且多起于局部，所以本文不考慮剩余破損。

從駕駛舒適性和安全性出發(fā)，依據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》(CJJ36-2016)[6]這方面的評價內(nèi)容，影響該項指標的主要因素，是道路的平整度和抗滑性。故本研究將道路平整度和抗滑性納入到早期道路性能評價中。

本文從預養(yǎng)護目的為切入點，參考瀝青混凝土公路早期路面容易出現(xiàn)的問題和國內(nèi)外的規(guī)范經(jīng)驗，將裂縫、車轍、道路平整度、行駛抗滑性作為城鎮(zhèn)瀝青混凝土道路早期性能的評價內(nèi)容。

3 城鎮(zhèn)瀝青混凝土道路早期性能分類評級

為了使預養(yǎng)護方案更具針對性，同時便于管養(yǎng)部門的養(yǎng)護對策選擇，本文對城鎮(zhèn)瀝青混凝土道路早期性能影響因素——裂縫、車轍、平整度、抗滑性進行分類評級。

3.1 裂縫分類評級

裂縫按照分布形式，可區(qū)分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。裂縫寬度與密集程度決定了對路面破壞的程度，對預養(yǎng)護來說，單條裂縫的問題在于寬度，多條裂縫集中的問題在于裂縫的密度。

3.1.1裂縫寬度的分級

裂縫寬度是指裂縫表面的寬度，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》對裂縫的分類，將2mm以下的裂縫寬度定義為輕微裂縫，2mm～5mm的為中等裂縫，5mm以上的為嚴重裂縫[6]。對于道路預養(yǎng)護來說，應將5mm以下的裂縫作為研究對象，大于5mm裂縫應該按照日常養(yǎng)護程序處理。

根據(jù)瀝青混凝土路面早期滲水情況試驗，裂縫寬度在1mm以下時，滲水情況可忽略不計，滲水系數(shù)隨裂縫寬增大而增大；裂縫寬為3mm時，滲水系數(shù)變化速率變化細微；裂縫寬大于3mm開始，滲水速率系數(shù)增大[7]。據(jù)此，把裂縫寬度等級分為3個等級：

(1)裂縫寬<1mm，為一級裂縫；

(2)裂縫寬1mm～3mm，為二級裂縫；

(3)裂縫寬3mm～5mm，為三級裂縫。

3.1.2裂縫率的分級

我國未有裂縫率劃分等級標準，本文提出的裂縫率，是針對網(wǎng)狀裂縫，引入國外的PSI概念，即路面現(xiàn)時服務能力指數(shù)，納入了常見破損中的平整度、裂縫、車轍等因素[8]。

(1)

其中σ=0.6IRI；

σ：平整度標準差；

CR：裂縫率；

RD：車轍深度；

IRI：國際平整度指數(shù)。

路面綜合評價指標為：PSI≥4、4>PSI≥3、3 >PSI≥2、2 >PSI≥1、1>PSI≥0，分別對應的是優(yōu)、良、中、次、差。當PSI值為次和差時，已經(jīng)失去了本文的預養(yǎng)護價值；當PSI=4.0時，對應的裂縫率CR值為0.285%，考慮到城鎮(zhèn)瀝青道路中的使用情況較為多變復雜，將CR系數(shù)值調(diào)整為0.5%；當PSI=2.5時，對應的CR值為3.145%。綜合以上將裂縫率劃分為2個等級：

(1)當CR值小于0.5%時，為一級裂縫率；

(2)當CR值在0.5%～3.145%之間時，為二級裂縫率。

3.2 車轍分類評級

根據(jù)國內(nèi)大量數(shù)據(jù)結(jié)果表明，我國城鎮(zhèn)道路車轍深度多在5mm～30mm之間；當車轍深度大于10mm，已經(jīng)開始產(chǎn)生積水現(xiàn)象。因此，將車轍等級劃分為：

(1)車轍深度RD<10mm為一級車轍；

(2)10mm≤車轍深度≤20mm為二級車轍；

(3)20mm<車轍深度≤30mm為三級車轍。

3.3 平整度分類分級

(1)當0≤IRI≤3.4時為一級平整度等級；

(2)當3.4

(3)當5.4

3.4 抗滑性能分類分級

道路的抗滑性能是安全行駛的保證因素。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設計規(guī)范》(CJJ169-2012)，當年降雨量大于1000mm，橫向力系數(shù)SFC不應小于54；當降雨量為200mm～500mm時，SFC不應小于45；依據(jù)此將道路抗滑性能劃分為2個等級：SFC>54為一級抗滑;45≤SFC≤54為二級抗滑。

4 常見的預防性養(yǎng)護措施及針對病害適用性分析

目前，道路常用預防性養(yǎng)護——填(灌)縫、稀漿封層、霧封層、碎石封層、熱瀝青混合料薄層罩面、微表處、超薄磨耗層等。

4.1 填(灌)縫

填縫、灌縫，是采用封縫材料填充裂縫，以防止水及碎屑進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部導致水損壞，并保護基層。填(灌)縫最佳應用時機，是在路面很少或幾乎無結(jié)構(gòu)性裂縫前，裂縫、裂縫密度較小時。面對大規(guī)模裂縫，則不再是經(jīng)濟有效的養(yǎng)護方式。

4.2 稀漿封層

稀漿封層，是在路面輕度裂縫、摩擦性能差、輕度車轍的情況下，將乳化瀝青混合水、集料和特別添加劑，均勻攤鋪在路面上的預防性養(yǎng)護措施。該養(yǎng)護措施，不適用于裂縫、車轍、磨損嚴重的路面以及炎熱地區(qū)。

4.3 霧封層

霧封層是將稀釋的乳化瀝青直接噴灑在路面上的養(yǎng)護措施。其目的是達到密封瀝青表面，提高不透水性能，防止松散脫落。該方法適合輕度瀝青老化路面、輕度裂縫、松散的情況條件，對于泛油、溫縮裂縫較嚴重的路面則意義不大。

4.4 碎石封層

碎石封層，是采用同步碎石封層車將單一粒徑石子與瀝青膠結(jié)料同時撒布，并通過即刻碾壓，使膠結(jié)料與石子充分接觸，達到最大的效果來形成保護原路面的磨耗層。該方法適用于原磨耗層磨耗較嚴重的路面。

4.5 熱瀝青混合料薄層罩面

熱瀝青混合料薄層罩面，是將厚度約20mm～40mm的密集配、開級配或間斷級配的廠拌熱瀝青混合料直接攤鋪在路面上。該方法可以修正路面大部分缺陷，對中度裂縫、車轍、道路不平整、磨耗及松散有較大的改善，但對于路面結(jié)構(gòu)性損壞、嚴重的溫縮型裂縫、疲勞裂縫則收效甚微。

4.6 微表處

微表處是在原路面結(jié)構(gòu)上將改性瀝青聚合物、礦粉、粗細集料、水喝外加劑拌勻，攤鋪到路面上的一種預防性養(yǎng)護方式，可以防止松散，還能夠用于車轍填補。該措施可以較快開放交通，級配設計良好，可以擁有卓越的密水性能。

4.7 超薄磨耗層

超薄磨耗層，是在路面撒布高聚合物改性瀝青，再攤鋪熱瀝青混合料磨耗層，厚度為10mm～20mm。路面上縱向裂縫，輕度列塊、輕度松散、抗滑性不足都可采用此措施，并且可快速開放交通。

總結(jié)以上各預防性養(yǎng)護措施，可得出養(yǎng)護技術與路面病害情況的適配情況，如表1所示。

表1 路面預防性養(yǎng)護措施與病害的適配性

注：O代表適用，X代表不適用

5 預防性養(yǎng)護措施對策

表1中對病害和預防性養(yǎng)護措施的適配性做了總結(jié)，但面對不同等級的病害時，在預養(yǎng)護中還應考慮養(yǎng)護的經(jīng)濟性，故以下將針對不同等級的病害進一步選擇預防性養(yǎng)護措施的對策，使養(yǎng)護措施滿足技術要求，同時滿足經(jīng)濟性要求。

5.1 針對裂縫問題采取的預養(yǎng)護對策

對于單條裂縫，3個等級分類，一級裂縫，裂縫寬度<1mm，基本無滲水現(xiàn)象，可不采取措施；二級裂縫，寬度在1mm～3mm間，開始有滲水出現(xiàn)，問了防止水損壞，應采取封縫、稀漿封層、霧封層措施；三級裂縫，裂縫寬度在3mm～5mm之間，滲水開始嚴重化，應采取封縫、灌縫、灌注瀝青或封縫膠，加防裂貼等。

針對網(wǎng)狀裂縫，一級裂縫率，CR<0.5%，表明路況處于良好的狀態(tài)，可不采取措施。當CR值達到0.5%～3.145%時為二級裂縫率，此時滲水嚴重化，路面應采取稀漿封層、霧封層、熱瀝青混合料薄層罩面、微表處、超薄磨耗層等措施。

5.2 針對車轍問題采取的預養(yǎng)護對策

一級車轍深度RD<10mm時，對路面機動車行駛和路面性能不會造成影響，所以可不采取措施。

二級車轍10mm≤車轍深度RD≤20mm，開始導致路面積水，長期積水易產(chǎn)生水損壞，此時應將防水納入考慮，所以可采取稀漿封層、霧封層、碎石封層、微表處四類預養(yǎng)護措施。

三級車轍20mm<車轍深度RD≤30mm，開始影響行車舒適安全性，應將防水、抗滑性納入考慮，此時可采取碎石封層、微表處兩類預養(yǎng)護措施。

5.3 針對平整度問題采取的預養(yǎng)護對策

道路一級平整度0≤IRI≤3.4時，客觀上行駛舒適性良好，無需采取養(yǎng)護措施。

道路二級平整度3.4

道路三級平整度5.4

5.4 針對抗滑性問題采取的預養(yǎng)護對策

一級抗滑性，SFC>54時，抗滑性能滿足車輛安全行駛的要求，所以可不采取養(yǎng)護措施。

二級抗滑性，45≤SFC≤54時，抗滑狀態(tài)下行車容易因路面抗滑性能不佳而導致車輛事故的產(chǎn)生，若遇雨雪天氣加之抗滑性能差，易使事故發(fā)生概率倍增，可采取稀漿封層、碎石封層、熱瀝青混合料薄層罩面、微表處、超薄磨耗層等養(yǎng)護措施。

為了更簡便直觀地對各種病害采取相對應的決策，本文將上述預防性養(yǎng)護以決策樹模型的形式展示，如圖2所示。

圖2 預防性養(yǎng)護措施決策樹

6 結(jié)語

(1)結(jié)合高速公路瀝青路面早期病害特點和《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》中對瀝青道路病害的分類與描述，將裂縫、車轍、平整度、抗滑性作為本文主要分析的病害類型，研究對象具體。

(2)對4個病害類型進行定性定量的分類評級，細化后的病害等級使后續(xù)的預防性養(yǎng)護措施的選擇更加明確和有針對性。

(3)簡要概括了常見的預防性養(yǎng)護措施，在技術性和經(jīng)濟性上充分考慮適配不同級別病害的預防性養(yǎng)護措施，并基此建立決策樹模型，為養(yǎng)護部門的決策提供了理論依據(jù)，使瀝青道路的預防性養(yǎng)護更具操作性。