國省干線公路病害分析與養(yǎng)護措施

梁 廣，張 泳，樊建興

(西安公路研究院，陜西 西安 710064)

0 引 言

隨著十四五規(guī)劃的提出，加快建設交通強國，完善綜合運輸大通道，加快城市群和都市圈軌道交通網(wǎng)絡化，提高農(nóng)村和邊境地區(qū)交通通達深度等要求逐步落實，我國交通事業(yè)的發(fā)展將邁向新的格局[1]。支撐城市群經(jīng)濟和交通的基礎(chǔ)設施當屬區(qū)域內(nèi)的高速公路及國省干線公路，發(fā)達城市群的國省干線公路由于使用年限長、重車通行量多、管養(yǎng)難度大等因素，目前出現(xiàn)了較為嚴重的路基路面病害。本文通過對某市國道的實際狀況進行調(diào)查分析，研究其病害發(fā)展規(guī)律與處治措施。

1 項目概況

G104國道無錫市段，地處江蘇南部長江三角洲平原，具有優(yōu)越的區(qū)位條件和豐富的自然資源，隨著長三角城市群的經(jīng)濟發(fā)展，國道干線公路的維養(yǎng)任務十分繁重。G104國道無錫段于2008年建成投入使用，具有服務年限較長，公路等級較高的特點，在運營管養(yǎng)期間進行了多次的大中修維養(yǎng)。本文研究路段長度9 km，該路段設計采用一級公路標準，設計速度為80 km·h-1，路段內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)主要為瀝青瑪蹄脂碎石上面層和中粒式瀝青混凝土下面層，基層為兩層水泥穩(wěn)定碎石基層。根據(jù)相應的交通量觀測數(shù)據(jù)，對項目路段5年內(nèi)的交通量變化進行歸納統(tǒng)計，如圖1所示。

圖1 G104國道交通量變化

由圖1可以看出，項目路段2019年交通總量和日交通量都逐年增加。由圖2可知，路段交通量中占比最多的是客車，其中小客車為54.31%，大客車為8%；貨車交通量中大貨汽車占比最多，達到15.29%，貨車交通量占比較大。綜合來看，路段內(nèi)的交通量逐年增長，重車比例較大，且重車交通量逐年增長，增速降低。

圖2 交通量組成及占比

通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路段內(nèi)出現(xiàn)了較多的病害，出現(xiàn)的主要病害類型為縱橫向裂縫、車轍、龜裂、修補等，如圖3、4所示。

圖3

圖4 路面損壞狀況指數(shù)PCI

路面橫向裂縫產(chǎn)生的最主要原因就是半剛性基層開裂而形成的反射裂縫，半剛性基層由于具有一定的干燥收縮和溫度收縮特性[2]，當基層產(chǎn)生開裂后，在行車荷載和溫度循環(huán)的作用下，瀝青層底很容易產(chǎn)生應力集中而形成層底拉應力，當拉應力超過瀝青層極限抗拉強度時，便產(chǎn)生了橫向開裂，且一直會向上發(fā)展；橫向裂縫的產(chǎn)生另一個主要原因是瀝青混合料本身產(chǎn)生溫度疲勞裂縫，溫度變化劇烈時，瀝青混合料會產(chǎn)生較大的勁度和收縮變形，當收縮應力超過瀝青混合料抗拉強度時，瀝青面層就會產(chǎn)生開裂。

龜裂病害基本為重載車輛較多且基層強度不足引起的結(jié)構(gòu)性病害，即基層軟弱而承載力不足導致路面產(chǎn)生龜裂，且往往伴隨路面局部沉陷現(xiàn)象，加上排水不暢，路基很容易遭到破壞。

對于交叉口車轍病害，本質(zhì)原因為瀝青材料具有非牛頓流體的特征，其混合料在荷載作用下產(chǎn)生蠕變，這一過程存在應力松弛現(xiàn)象，當持續(xù)受到車輛重載的反復作用時，混合料由彈性形變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，這一過程具有累積性和不可恢復性，因此車轍病害越來越嚴重[3]。另一方面，當瀝青用量過多，混合料中細集料含量過多，會在成型的瀝青混合料中產(chǎn)生類似鋼珠的效果，降低了骨料間的嵌擠效果，在荷載作用下骨料結(jié)構(gòu)逐漸滑移，產(chǎn)生車轍病害。多數(shù)情況下，由于右側(cè)車道的渠化交通和車輛轉(zhuǎn)停頻次較多，右側(cè)車道產(chǎn)生的車轍較多，較為嚴重。

路段范圍內(nèi)各類型病害統(tǒng)計表如表1所示，由表1可以看出，該路段內(nèi)裂縫病害占比最重，其次為修補型病害。

表1 G104調(diào)查路段病害類型統(tǒng)計表

2 路面使用性能評價

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG 5210—2018)，瀝青路面技術(shù)狀況評定包含路面損壞、路面平整度、路面車轍、路面跳車、路面磨耗、路面抗滑性能和路面結(jié)構(gòu)強度七項內(nèi)容[4]。

通過現(xiàn)場調(diào)查對路面破損類型、破損位置及破損嚴重情況進行調(diào)查分析，并計算得到路面損壞狀況指數(shù)PCI，作為評價路面損壞狀況的依據(jù)，具體評定標準如表2所示。

表2 路面損壞狀況指數(shù)評定標準

通過圖3的計算結(jié)果可知，路段內(nèi)的路面損壞狀況指數(shù)均值為89.6，結(jié)合表2評定標準，路面損壞狀況總體為良。

通過多功能檢測車對路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI計算分析，結(jié)果如圖5所示，可以看出，該段路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI指標較差，評價存在較多中和良的段落。這說明該段國道路面平整度較差，行車舒適度不良，不利于車輛通行的安全性。

圖5 路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI指標

路面使用性能評價既可以采用路面使用性能PQI這一綜合路面性能指數(shù)，也可以采用七項內(nèi)容中的單一指標分別評價[5]。本文結(jié)合養(yǎng)護檢測數(shù)據(jù)，對三年的路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI評定進行匯總，如圖6所示。

圖6 三年內(nèi)路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI變化趨勢

可以看出，該段國道三年的路面使用性能評定整體為優(yōu)良，使用性能指標逐年降低。2017年指標總體為優(yōu)，2019年指標降低為良，降低幅度明顯。表明路面已經(jīng)出現(xiàn)了較多的病害，影響了道路服務水平。

3 病害處治與養(yǎng)護措施

瀝青路面的病害處治和養(yǎng)護，不同的養(yǎng)護方案以及施工工藝，能一定程度上影響?zhàn)B護措施的效用，也決定了延長瀝青路面使用壽命、運營時間和質(zhì)量的高低。對于裂縫病害的處治應根據(jù)裂縫類型特點、嚴重程度及原因確定，并采取適宜的處治措施，及時進行裂縫封閉。對于輕微裂縫，一般采用灌縫處治措施，采用的灌縫材料主要有熱瀝青、灌縫膠等材料。對重度裂縫，多采用對裂縫病害處進行開槽，采用瀝青混凝土和乳化瀝青進行重鋪填槽。

對于嚴重車轍病害，常見處治措施為鏟平重鋪，但并不能解決渠化交通及瀝青混凝土受重載推移的根本問題，目前車轍專項處治中采用抗車轍劑和半剛性復合路面較為有效?？管囖H劑處治為在瀝青混合料拌和時外摻高性能聚合物抗車轍材料，提高瀝青混凝土的穩(wěn)定性和強度指標。半剛性復合路面類處治為在瀝青混合料骨料中灌入水泥膠漿和改性材料，較大程度的提升了混凝土的動穩(wěn)定度指標，一方面增加了集料間的固結(jié)力和穩(wěn)定性，另一方面提高了結(jié)構(gòu)層抵抗荷載作用的能力，對車轍病害處治具有較好效果。

針對整體的養(yǎng)護方案措施而言，應根據(jù)路面調(diào)查和分析情況，合理確定預防性養(yǎng)護、大中修或重建方案。預防性養(yǎng)護措施主要有霧封層、同步碎石封層、微表處等措施[6]，常見預防性養(yǎng)護措施使用壽命通常為3～5年。中修措施主要包括加鋪熱瀝青層、銑刨加鋪和熱再生路面，使用壽命基本能達到4～6年。大修措施則為重鋪面層和基層，使用壽命較長，一般設計壽命為8～12年。

通過上文的路面使用性能的各項指標，并結(jié)合強度檢測和鉆芯取樣的評價分析，可以擬定G104調(diào)查路段的養(yǎng)護方案如表3所示。

表3 養(yǎng)護方案擬定

4 結(jié) 語

(1)通過對國道G104路段的交通分析、病害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該段道路的存在的主要病害類型為裂縫病害、車轍和修補病害。

(2)通過計算PCI、RDI、PQI等主要公路技術(shù)狀況指標，評定該路段的服務質(zhì)量等級，根據(jù)等級給出了相應的養(yǎng)護措施方案。