甘肅省高速公路瀝青路面裂縫類病害不同養(yǎng)護(hù)方案效果分析

陳天峰

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州730030）

1 概 況

甘肅省首批高速公路自2002 年底至2018 年底累計(jì)通車?yán)锍?016 km，其中使用0～5 年的高速公路里程為1238 km，使用6～10 年的為1474.8 km，使用11～15 年的為902.9 km，使用15 年以上的為400.3 km，使用超過5 年的路段占比69.2%。甘肅省高速公路路面的主要結(jié)構(gòu)為：12～18 cm 瀝青混凝土+30～36 cm 水泥穩(wěn)定類基層+16～20 cm 水泥穩(wěn)定類底基層。因結(jié)構(gòu)特性與早期對(duì)性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，高速公路在使用3～5 a 便出現(xiàn)裂縫類病害，5～10 a 間則大規(guī)模爆發(fā)。

經(jīng)調(diào)查，使用0～5 年的高速公路裂縫病害主要以橫向反射裂縫為主[1]，少量出現(xiàn)縱向裂縫。一般情況下橫向裂縫間距20～100 m，表現(xiàn)為一條主縫，縫寬小于3 mm。使用5～10 年間，橫向裂縫周邊出現(xiàn)支縫，并且縱向裂縫快速發(fā)展?？v向裂縫的主要原因?yàn)槠陂_裂[1]。另外，因?yàn)槎緸r青變硬導(dǎo)致強(qiáng)度不足，縱、橫縫灌封不及時(shí)造成局部出現(xiàn)龜裂、坑槽、唧漿病害。使用超過10 年后，縱、橫縫互相貫通呈網(wǎng)狀，塊度一般為3 m×3 m 左右，在河西戈壁區(qū)塊度最密達(dá)20 cm×20 cm,養(yǎng)護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致坑槽病害急速出現(xiàn)。

2 裂縫類病害的影響

從行車舒適性來看，裂縫并不會(huì)直接引起行駛車輛的顛簸；灌縫、封縫會(huì)造成行車的輕度顛簸。但縱、橫縫類是其它龜裂、坑槽病害的源頭之一，當(dāng)路面出現(xiàn)坑槽類病害時(shí)便會(huì)嚴(yán)重影響行車安全。

3 病害發(fā)展分析及解決思路

裂縫類病害的出現(xiàn)和發(fā)展主要與路面施工質(zhì)量、荷載、動(dòng)水壓力等因素有關(guān)[2]。路面施工質(zhì)量對(duì)于養(yǎng)護(hù)來說屬于先天因素；車輛荷載由收費(fèi)管理控制，本文不再論述。而針對(duì)避免水進(jìn)入路面的問題則可以依靠路面養(yǎng)護(hù)解決。雖然裂縫類病害的起因是反射裂縫、疲勞裂縫，但其發(fā)展速度與水進(jìn)入路面息息相關(guān)。降雨進(jìn)入路面后，重車荷載下引起瀝青膜從集料上剝落，瀝青混凝土強(qiáng)度降低，進(jìn)而引起路面破壞[2]。因此，裂縫類病害養(yǎng)護(hù)，主要應(yīng)控制裂縫發(fā)展變化速度。方案選擇以減少水進(jìn)入路面為目的，其次要提高路面損壞狀況指數(shù)PCI。

4 養(yǎng)護(hù)方案性能觀測(cè)

在甘肅省經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、資金規(guī)模有限的情況下，需要研究各類養(yǎng)護(hù)措施性價(jià)比，為科學(xué)養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。本文主要論述養(yǎng)護(hù)方案對(duì)裂縫發(fā)展的延緩情況觀測(cè)以及施工運(yùn)營中出現(xiàn)的問題。

4.1 灌縫、貼縫

甘肅省高速公路裂縫養(yǎng)護(hù)主要采用膠與熱瀝青灌縫、瀝青貼縫帶貼縫的方式，有效使用周期為2～3 a。通過對(duì)G30 嘉安段與G6 蘭海段相鄰灌封、未灌封路段路面損壞情況指數(shù)PCI 統(tǒng)計(jì)得知，灌封段年破損增長(zhǎng)率4.55%～8.91%，未灌封段年破損增長(zhǎng)率8.77%～16.27%，說明灌封可有效控制路面破損，延長(zhǎng)路面使用壽命（見表1）。經(jīng)調(diào)查，甘肅省灌封、貼縫整體使用情況良好，但仍存在部分灌封脫落現(xiàn)象，主要是灌封前路面清掃不干凈、路面潮濕作業(yè)、路面低溫作業(yè)所致。

表1 灌封對(duì)路面損壞狀況指數(shù)PCI 效果對(duì)比表

灌封可有效延緩路面破損，但對(duì)于破損嚴(yán)重的路段，灌封作用有限。2012 年調(diào)查G6 白蘭段，2013～2014 年調(diào)查G30 永山段，降雨后的路面坑槽，路面養(yǎng)護(hù)作業(yè)隊(duì)在下次降雨前已不能修補(bǔ)完畢。惡性循環(huán)后路況越來越差，需采用其它方案進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

灌封的主要問題為自動(dòng)化程度低、長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)作業(yè)影響行車效率、養(yǎng)護(hù)人員安全不易保證。

4.2 微表處

瀝青混凝土表面層因車輛輪胎摩擦，導(dǎo)致瀝青膜和細(xì)集料剝落，部分灰?guī)r類粗集料會(huì)出現(xiàn)磨光現(xiàn)象。為解決此類問題，養(yǎng)護(hù)部門對(duì)全省高速路面進(jìn)行了大規(guī)模MS-3 型微表處加鋪。經(jīng)觀測(cè)，微表處鋪筑在當(dāng)年夏、秋季反射裂縫發(fā)展并不迅速，但在當(dāng)年冬季反射裂縫迅速出現(xiàn)，說明微表處對(duì)裂縫類病害處治效果甚微。

4.3 開普封層

瀝青碎石封層在甘肅省二、三、四級(jí)公路上取得了良好的效果，碎石、瀝青經(jīng)車輛碾壓進(jìn)入路面裂縫，減少了水進(jìn)入路面的通道，增加了路面使用壽命。碎石封層表面石料早期脫落且噪聲大，不宜直接用于高速公路養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)管理部門在G30 古永段XK1954～XK1960、XK1973～XK1979+500 安排12.5 km 開普封層試驗(yàn)段。開普封層以橡膠碎石封層為底層，微表處為表層，計(jì)劃兼具二者優(yōu)點(diǎn)。橡膠碎石封層減緩反射裂縫發(fā)展，且具有防水、填塞裂縫效果；微表處形成密實(shí)、低噪聲表面，兼具穩(wěn)固封層石料防止脫落效果。

具體實(shí)施時(shí)，因交通組織壓力，無法保證橡膠瀝青封層鋪筑完成后開放交通1～2 周，碎石封層無法充分與原路面結(jié)合，最終施工未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。當(dāng)年冬季反射裂縫便有部分出現(xiàn)，次年冬季縱橫向裂縫完全反射至表面。

4.4 改性瀝青混凝土罩面

2009 年蘭州機(jī)場(chǎng)高速罩面，原路面病害處理后銑刨1 cm，加鋪3.5 cm 改性瀝青混凝土（AC-13）+熱熔改性瀝青碎石封層。2010～2012 年使用效果較好，裂縫零星出現(xiàn)，但至2013～2014 年裂縫、龜裂大規(guī)模出現(xiàn)。2015～2016 年機(jī)場(chǎng)高速又在處治病害后加鋪了2.5 cm 厚Novachip 超薄磨耗層，2016～2018 年使用效果良好，路面破損狀況指數(shù)PCI 達(dá)到92，2019 年6 月調(diào)查發(fā)現(xiàn)只有零星裂縫。2010年G75 蘭臨蘭州段罩面，方案為銑刨重鋪4 cm 改性瀝青混凝土（AC-13），罩面后當(dāng)年P(guān)CI 指數(shù)為98，但因?yàn)榈缆穼儆陂L(zhǎng)上下坡，2011 年底PCI 指數(shù)降至92，2013～2014 年裂縫大量反射至表面，PCI指數(shù)降至83。

改性瀝青混凝土罩面對(duì)裂縫的有效處治年限為4 年，延長(zhǎng)路面年平均費(fèi)用17.6 元/m2,與重鋪路面年平均費(fèi)用19.4 元/m2基本相當(dāng)，Novachip 超薄磨耗層對(duì)裂縫的有效處治年限為5 年, 延長(zhǎng)路面年平均費(fèi)用為14.3 元/m2（見表2）。

表2 養(yǎng)護(hù)費(fèi)用對(duì)比表

4.5 橡膠瀝青混凝土罩面

針對(duì)甘肅省瀝青路面裂縫發(fā)展速度與對(duì)路面的影響，多方案比選后推薦橡膠瀝青混凝土罩面處治路面裂縫，橡膠瀝青摻加了廢舊輪胎膠粉，提高了路面混凝土低溫彈性，改善了面層抗變形能力和抗疲勞開裂的性能。2010 年養(yǎng)護(hù)管理部門在我省氣候溫差最大、路面裂縫形勢(shì)最嚴(yán)峻的嘉安高速，安排了1 km 橡膠瀝青混凝土罩面試驗(yàn)段。

嘉安高速位于甘肅省嘉峪關(guān)，極端最高氣溫38.4 ℃，極端最低氣溫-31.6 ℃。最初計(jì)劃試驗(yàn)段采用美國亞利桑那州的AR-AC13S 級(jí)配，厚5 cm，其粗集料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，抗車轍能力較好。但從料場(chǎng)取回碎石后發(fā)現(xiàn)，因加工工藝問題無法進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，從而調(diào)整為國內(nèi)規(guī)范推薦的ARHM13（W）級(jí)配方案，油石比采用8.0。因施工規(guī)模小，拌合場(chǎng)至現(xiàn)場(chǎng)的混合料運(yùn)距160 km，施工過程中混合料中橡膠瀝青大量離析，導(dǎo)致試驗(yàn)段路面次年夏季推移、擁包、車轍嚴(yán)重，試驗(yàn)失敗。

結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，2013～2014 年橡膠瀝青混凝土罩面，油石比調(diào)整至6.5[3]，并新建了拌合站，混合料運(yùn)距控制在60 km 以內(nèi)，橡膠瀝青混凝土罩面取得了良好效果，路面損壞狀況指數(shù)PCI 由62.3 提高到98.2，2018 年底檢測(cè)PCI 仍為95.7，存在的主要問題是出現(xiàn)0～2 cm 深車轍。鑒于罩面路段出現(xiàn)車轍問題，2014 年二期罩面路段與2016 年罩面路段在橡膠瀝青中摻加了1.5%SBS 改性劑，但經(jīng)觀察其效果并不明顯。2014 年二期實(shí)施段落于2016 年夏季仍出現(xiàn)了車轍。據(jù)養(yǎng)護(hù)實(shí)施部門反應(yīng)，車轍的原因?yàn)橄鹉z瀝青的穩(wěn)定性不足、混合料連續(xù)級(jí)配不適用于河西戈壁高溫氣候。經(jīng)統(tǒng)計(jì)嘉安段共實(shí)施橡膠瀝青混凝土罩面191.48 km（折合雙幅，下同），出現(xiàn)車轍20.9 km，主要位于長(zhǎng)上坡路段。

2014 年為解決G75 蘭臨段SK21～SK29 裂縫問題，采用橡膠瀝青混凝土罩面，罩面后路面破損狀況指數(shù)PCI 由83 提高到97.5，2018 年底檢測(cè)PCI 仍為93.8，效果良好。橡膠瀝青混凝土罩面效果統(tǒng)計(jì)見表3。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)橡膠瀝青混凝土罩面對(duì)裂縫類有效處治年限在8 年以上，延長(zhǎng)使用壽命年費(fèi)用為每年10.8 元/m2，低于改性瀝青混凝土罩面和重鋪路面方案年費(fèi)用。

表3 橡膠瀝青混凝土罩面效果統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié) 語

（1）灌縫對(duì)瀝青混凝土裂縫類病害有顯著意義，主要問題為自動(dòng)化程度低、長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)作業(yè)影響行車效率以及養(yǎng)護(hù)人員安全不易保證。

（2）開普封層、微表處不能承受高速公路大流量重車荷載的作用，對(duì)裂縫類病害養(yǎng)護(hù)效果較差。

（3）改性瀝青混凝土罩面、Novachip 超薄磨耗層對(duì)裂縫的有效處治年限為4～5 年，延長(zhǎng)路面年平均費(fèi)用低于路面重鋪年平均費(fèi)用。

（4）橡膠瀝青混凝土罩面可有效解決路面裂縫類病害，費(fèi)用與改性瀝青混凝土罩面、重鋪方案相比較低。戈壁區(qū)地面高溫的長(zhǎng)坡路段會(huì)出現(xiàn)車轍問題，主要因橡膠瀝青離析、混合料連續(xù)級(jí)配不適用于河西戈壁高溫氣候。