高速公路改造工程通車(chē)后瀝青路面橋頭搭板段病害探析

林 堯

(1.福建省交通科研院有限公司，福州 350004； 2.福建省公路、水路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350004)

1 工程概況

某高速公路自2003 年6 月份通車(chē)以來(lái)， 進(jìn)行多次銑刨重鋪和微表處路面養(yǎng)護(hù)， 原路面結(jié)構(gòu)為4 cmAC-13+5 cmAC-20+7 cmAC-25+20 cm+5%水泥穩(wěn)定碎石基層+36 cm 3%水泥穩(wěn)定碎石底基層。 改造設(shè)計(jì)要求不改變?cè)肪€縱斷面，路基段路面高程，在原路基礎(chǔ)上提高4～4.5 cm，橋梁隧道路面不改變現(xiàn)有高程，銑刨原路面上面層、中面層合計(jì)9 cm(10 cm)，病害處治后，回鋪9 cm(10 cm) 廠拌熱再生普通瀝清AC-20C 和4 cm 改性瀝青SMA-13。 一般路段的上、下面層間噴灑改性乳化瀝青粘層，瀝青路面上、下面層采用SBS 改性瀝青，面層集料使用當(dāng)?shù)啬規(guī)r。

該高速公路年平均日交通量達(dá)到13081 輛，客車(chē)中主要為小轎車(chē)，91.7%為一類(lèi)車(chē)，貨車(chē)占比最高的車(chē)型為大于40 t 的車(chē)輛，占到貨車(chē)比例的22%。使道路所承受的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響路面使用壽命。

2 主要病害

該高速公路某路段在路面銑刨重鋪，通車(chē)6 個(gè)月后，在新SMA-13 路面出現(xiàn)幾處病害，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地探勘，發(fā)現(xiàn)病害主要集中在某些橋及互通跨線橋橋頭搭板周?chē)?，如龜裂、唧泥、坑槽、擁包等?部分龜裂、唧泥的部位可見(jiàn)連續(xù)的點(diǎn)狀泛白，泛白處多為網(wǎng)裂(圖1)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)病害照片

3 路面試驗(yàn)分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘探發(fā)現(xiàn)的典型病害， 選取6 處病害周邊或前后附近表面完好路面進(jìn)行取芯及滲水試驗(yàn)[1]，6 處SMA-13 罩面層均能取出設(shè)計(jì)要求的全厚芯樣。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 芯樣與滲水試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明壓實(shí)度與滲水符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 中SMA 混合料壓實(shí)度不小于98%、滲水不大于80 mL/min 的要求[2]，結(jié)合實(shí)地情況分析，除橋頭搭板過(guò)渡段發(fā)生龜裂、唧泥、坑槽、擁包等病害外，其他路面面層完整性保持較好。根據(jù)病害的選點(diǎn)位置，在每病害位置邊緣完好路面處分別鉆取全厚芯樣， 取芯發(fā)現(xiàn)瀝青混合料層間粘結(jié)良好，未發(fā)現(xiàn)層間脫落的問(wèn)題，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得的芯樣進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 芯樣抗水損害試驗(yàn)結(jié)果

芯樣穩(wěn)定度試驗(yàn)符合不小于6 kN 的規(guī)范要求[2]。 現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)病害屬于自下而上的深層結(jié)構(gòu)性損壞， 而非自上而下的淺表功能性損壞， 基本排除混合料質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)施工工藝的原因。初步判斷由于底層病害處理不當(dāng)?shù)纫稹?/p>

4 室內(nèi)試驗(yàn)分析

4.1 回收瀝青試驗(yàn)

針對(duì)高速公路路面橋頭搭板周?chē)『︼@著處抽取3處A(BK1862+095)、B(AK1857+395)、C(AK1862+100)進(jìn)行探坑開(kāi)挖并回收改造攤鋪SMA-13 瀝青混合料， 探坑開(kāi)挖如圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)探坑開(kāi)挖

采用阿布森瀝青回收裝置， 使用三氯乙烯抽提分離得到瀝青和集料，然后進(jìn)行瀝青與集料的部分性能試驗(yàn)?；厥諡r青試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 回收瀝青試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可知，回收的瀝青軟化點(diǎn)、針入度、延度有所變化，瀝青原材本身的老化并不十分明顯，回收所得的瀝青檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求[3]。

4.2 回收集料試驗(yàn)

針對(duì)探坑回收的混合料中分離出的集料進(jìn)行壓碎值、針片狀及集料與瀝青的粘附性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 回收集料試驗(yàn)結(jié)果

三處集料壓碎值、針片狀顆粒含量[4]，瀝青的粘附性試驗(yàn)即回收集料與回收瀝青粘附性、 回收集料與新瀝青粘附性進(jìn)行橫向?qū)Ρ萚3]，均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求[2]。

4.3 瀝青混合料試驗(yàn)

針對(duì)發(fā)生病害路段當(dāng)日試驗(yàn)室抽檢SMA-13 混合料及現(xiàn)場(chǎng)探坑取樣進(jìn)行級(jí)配和瀝青含量試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

施工當(dāng)日SMA-13 混合料與現(xiàn)場(chǎng)探坑取樣SMA-13混合料級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果都基本良好， 與生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配相比，各檔通過(guò)率主要以正偏差為主，表現(xiàn)為混合料級(jí)配有些偏細(xì)，但未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的級(jí)配偏差，均在規(guī)范及設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。 施工當(dāng)日4 組混合料油量試驗(yàn)結(jié)果以負(fù)偏差為主，3 個(gè)探坑混合料油量以負(fù)偏差為主，均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求[2]。

表5 混合料級(jí)配和油量試驗(yàn)結(jié)果

5 病害原因分析

結(jié)合路面實(shí)地勘探和氣候、水文、交通環(huán)境等資料，針對(duì)銑刨重鋪通車(chē)6 個(gè)月后， 在橋頭搭板周?chē)霈F(xiàn)6 處病害及相應(yīng)的各項(xiàng)試驗(yàn)分析，主要原因有以下3 點(diǎn)：

(1)病害與SMA-13 混合料配合比、設(shè)計(jì)原材料及攤鋪碾壓工藝方面無(wú)直接聯(lián)系。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察及取芯滲水試驗(yàn)，選擇探坑取樣，在室內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的各項(xiàng)試驗(yàn)，結(jié)果表明現(xiàn)場(chǎng)的龜裂、唧泥、擁包等病害，隨著通車(chē)后，由重車(chē)車(chē)輪對(duì)路面的持續(xù)碾壓，勢(shì)必使龜裂、唧泥、擁包等處繼續(xù)發(fā)展成坑槽。 主要病害呈由下至上反射擴(kuò)散。

(2)病害與橋頭搭板周?chē)访骈L(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)疲勞損害有關(guān)。 疲勞損壞過(guò)程一般包括3 個(gè)階段：一是裂縫的形成，也叫疲勞成核階段；二是裂縫的擴(kuò)展，也叫穩(wěn)定的裂縫增長(zhǎng)；三是斷裂損壞，即不穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展。 疲勞壽命與應(yīng)力大小成反比關(guān)系，應(yīng)力越大，疲勞壽命越短裂縫越容易形成。 疲勞壽命還與荷載間歇時(shí)間成正比， 間歇時(shí)間越短，路面的疲勞壽命越小。 該高速公路交通量大，交通組成中貨車(chē)多，交通荷載作用于路面的時(shí)間間隔小，裂縫開(kāi)裂得不到恢復(fù)或延緩， 路面橋頭搭板與基層內(nèi)部脫空等使路面壽命縮短。

(3)設(shè)計(jì)病害處置深度不夠，積水導(dǎo)致病害形成。未銑刨前路面經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，路面各層早已密實(shí)不透水，但路面基層橋頭搭板與路基已形成早期疲勞損害； 加上該省雨日多，且雨量大，常爆發(fā)暴雨洪澇等災(zāi)害，改造設(shè)計(jì)銑刨面層未觸及橋頭搭板與基層結(jié)合部，舊路面層被銑刨，極易在遇到雨水或其他積水時(shí)侵蝕到受疲勞損害的部位，積水下滲，積聚在病害處，類(lèi)似泡水的棉花，此時(shí)立即攤鋪碾壓SMA-13 瀝青混凝土， 新面層在重頻繁交通動(dòng)載作用下， 空隙水對(duì)瀝青膜的不斷沖刷使得瀝青膜越來(lái)越薄，綜合影響了瀝青混凝土內(nèi)部的粘聚，在高溫和空隙水的作用下導(dǎo)致發(fā)生水損害。 該現(xiàn)象在流美大橋的主車(chē)道表現(xiàn)得最為突出，因?yàn)樵撎幗邮艽筌?chē)的碾壓最多，動(dòng)水壓力和頻率最大，路面損毀嚴(yán)重。

6 病害處治建議

(1)在設(shè)計(jì)階段加深橋頭搭板周?chē)『μ幚怼?改造設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮原高速公路長(zhǎng)期的車(chē)輛荷載作用及大氣水文情況對(duì)舊路的綜合影響， 建議在路面橋頭搭板周?chē)壮霈F(xiàn)疲勞損害段或者脫空段增設(shè)底層排水設(shè)施， 具體位置現(xiàn)場(chǎng)確定，切縫后鑿除瀝青混凝土及結(jié)構(gòu)層，然后按2%排水橫坡澆筑C40 混凝土墊層，安設(shè)UPVC 管，調(diào)整局部縱橫坡等排水，加強(qiáng)中分帶排水；也可以加深病害設(shè)計(jì)處置深度到搭板與基層結(jié)合部等，再進(jìn)行面層重鋪。

(2)針對(duì)路面橋頭搭板周?chē)趽p害或者脫空處先進(jìn)行注漿加固補(bǔ)強(qiáng)后，再銑刨重鋪新面層。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型，選擇合適的注漿工藝，建議采用高聚物注漿等。 高聚物具有耐久、安全、微損、抗?jié)B性好、施工速度快，無(wú)需養(yǎng)護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)[5]。高聚物注漿可以不斷地填充橋頭搭板周?chē)c路面周?chē)拿摽占翱紫叮鸬搅颂畛浜蛿D密作用， 并將其中的積水沿裂縫或尚未注漿的管道擠出。修復(fù)路面內(nèi)的病害后，再對(duì)舊路進(jìn)行常規(guī)的銑刨重鋪改造，這種方式對(duì)于病害修復(fù)較為實(shí)用。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著高速公路改造工程日漸增多， 通車(chē)后最早在橋頭搭板周?chē)瓷涑霈F(xiàn)的路面病害嚴(yán)重影響通行質(zhì)量和行車(chē)安全。本文運(yùn)用科學(xué)的試驗(yàn)及檢測(cè)技術(shù)，分析了病害產(chǎn)生的機(jī)理及原因， 提出在病害集中的橋頭搭板周?chē)由钤O(shè)計(jì)病害處治或者進(jìn)行高聚物注漿后銑刨重鋪等建議，能有效保障高速公路改造后的整體使用壽命。