高速公路瀝青路面養(yǎng)護現(xiàn)狀與決策分析

黃九達 陳濤 洪盛祥 韓超

摘 要：我國60%的高速公路使用年限超過8 a，逐步進入養(yǎng)護時期，瀝青路面病害多樣且成因復(fù)雜。以江蘇省高速公路為例，對高速公路瀝青路面養(yǎng)護現(xiàn)狀及決策進行分析。目前，江蘇高速公路典型病害為車轍和橫向裂縫，同時部分路段也存在抗滑不足的問題，這也是國內(nèi)眾多省份公路養(yǎng)護面臨的問題，一般可通過銑刨回填來治理。近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，如面層就地冷再生、裂縫非開挖注漿、熱拌開級配極薄磨耗層，在解決深層位病害、基層松散反射裂縫、路橋隧單車道抗滑不足的問題，有著良好的應(yīng)用效果。同時，在制定高速公路養(yǎng)護決策樹時，應(yīng)綜合考慮路面結(jié)構(gòu)強度、既有路面混合料性能、路面技術(shù)狀況、路齡影響和在路網(wǎng)中的重要性等因素，科學(xué)制定養(yǎng)護方案設(shè)計。

關(guān)鍵詞：道路工程;高速公路;路面病害;養(yǎng)護措施;養(yǎng)護決策

中圖分類號：U414 ? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0073-04

Analysis on the Maintenance Status and Decision-Making of Asphalt Pavement of Expressway

HUANG Jiuda1，2 ? ?CHEN Tao1，2 ? ?HONG Shengxiang1，2 ? ?HAN Chao1，2

（1.JSTI Group Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 211100;2.National Engineering Laboratory for Advanced Road Material，Nanjing Jiangsu 211100）

Abstract： 60% of Chinese high-speed service life exceeds 8 years，and gradually enter the maintenance period.The distress of asphalt pavement are complex and diverse.Taking the highway in Jiangsu Province as an example，the maintenance status and decision-making of the asphalt pavement of the highway are analyzed.At present，the typical distress of Jiangsu expressway are rut and transverse crack.At the same time，some road sections also have insufficient anti-skid problems，which is also a problem faced by highway maintenance in many provinces.This can generally be treated by milling and backfilling measures.In recent years，new technologies such as in-situ cold regeneration of the surface layer，trenchless grouting for cracks，hot mixing and grading of extremely thin wear layers have emerged.It has a good application effect in solving the problems of deep layer diseases，loose reflection cracks in the base layer，and insufficient anti-sliding of single lanes of roads，bridges and tunnels.When formulating the highway maintenance decision tree，factors such as the strength of the pavement structure，the performance of the existing pavement mixture，the technical condition of the road，the influence of road age，and the importance of the road network should be comprehensively considered.This is helpful for scientifically formulating maintenance plan design.

Keywords： road engineering; expressway; pavement distress; maintenance measures; maintenance decision

截至2020年底，全國高速公路通車里程16.1萬 km，其中2013年到2020年通車6.4萬 km，2013年以前高速公路通車里程占比達到60%，也就是說我國60%的高速使用年限超過8 a，逐步進入養(yǎng)護時期。我國高速公路多為柔性瀝青路面，路面典型病害包括車轍、裂縫、擁包、松散、龜裂以及基層松散等[1]，病害多樣且成因復(fù)雜，不同病害需要針對性地制定養(yǎng)護措施。同時，道路管理部門和道路使用者對路面使用性能和行車舒適性的要求日益提高，這也對路面養(yǎng)護工作提出了更高的要求[2]。近年來，公路養(yǎng)護需求量日益增加，養(yǎng)護技術(shù)也在不斷發(fā)展與進步，許多新技術(shù)得到應(yīng)用。高速公路瀝青路面大中修養(yǎng)護方案在制定養(yǎng)護決策樹時，應(yīng)綜合各方面因素，科學(xué)制定養(yǎng)護方案[3]。本文以江蘇省高速公路為例，重點對江蘇省高速公路典型病害和養(yǎng)護技術(shù)進行分析，總結(jié)目前江蘇省高速公路瀝青路面典型病害養(yǎng)護對策，綜合考慮各方面因素制定養(yǎng)護決策樹，為江蘇省內(nèi)及省外高速公路路面養(yǎng)護設(shè)計提供借鑒與參考。

1 典型病害

江蘇省高速公路的結(jié)構(gòu)以“半剛性基層+瀝青面層”為主，其中半剛性基層主要為水泥穩(wěn)定碎石。半剛性基層由于溫縮、干縮以及荷載作用產(chǎn)生開裂，反射至瀝青面層，造成面層橫向反射裂縫，雨水侵入后易造成松散、脫空，反映在面層上唧漿、塊裂。江蘇省高速公路交通量大、累計軸載大，瀝青路面在夏季高溫天氣下易產(chǎn)生車轍問題[4]。江蘇高速公路大規(guī)模建設(shè)期在2010年以前，路齡較長，瀝青老化變硬變脆，易產(chǎn)生自上而下的淺層開裂。同時，近年來部分路段瀝青路面存在抗滑不足的問題。本文統(tǒng)計了2020年江蘇省62條高速公路路面狀況指標（見圖1）以及病害類型分布（見圖2）。由圖1、圖2可知，路面狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（PQI）相對較高，車轍狀況指數(shù)（RDI）和抗滑狀況指數(shù)（SRI）相對較低，路面病害橫向裂縫（修補）占比最大。由此可見，目前江蘇省高速公路路面典型病害為車轍和橫向裂縫，同時部分路段抗滑性能偏低，這也是國內(nèi)眾多省份高速公路養(yǎng)護面臨的問題。

2 養(yǎng)護現(xiàn)狀

2.1 車轍

車轍病害是瀝青路面常見的病害之一。在車輛水平荷載和垂直荷載的綜合作用下，瀝青面層高溫性能不足，使結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料的抗剪強度，使得瀝青面層出現(xiàn)車轍、推移和擁包病害。

車轍病害的養(yǎng)護可采用微表處、銑刨換填、就地?zé)嵩偕却胧?。微表處?jīng)濟性較優(yōu)，但使用壽命較短，容易松散、跑料，行車噪聲較大。就地?zé)嵩偕鳛榫G色養(yǎng)護措施，節(jié)約資源，實現(xiàn)廢舊瀝青混合料循環(huán)利用[5]，適用于處治淺車轍輕微變形病害。對于深車轍嚴重變形病害，通常采用銑刨換填措施，病害處治更徹底，使用壽命較長，但造價也相對較高。

目前，江蘇省對高速公路車轍病害一般采用就地?zé)嵩偕豌娕倩靥罴夹g(shù)。同時，針對就地?zé)嵩偕B(yǎng)護技術(shù)，為提高再生瀝青混合料路用性能，逐漸采用車道邊側(cè)預(yù)銑刨1 m寬的上面層的新工藝，在添加新料后進行再生，可摻入更多新料，提高再生混合料性能恢復(fù)效果。

2.2 裂縫

根據(jù)形狀，瀝青路面裂縫可劃分為橫向裂縫、縱向裂縫以及塊狀裂縫。根據(jù)成因，瀝青路面裂縫可分為疲勞裂縫和反射裂縫。由于半剛性基層自身特性，在干縮和溫縮應(yīng)力作用下，容易產(chǎn)生開裂，造成瀝青面層的反射裂縫，疲勞裂縫主要是由于瀝青老化變硬變脆，在冬季低溫條件、車輛荷載重復(fù)作用下，易產(chǎn)生疲勞開裂。

一般可采用灌縫、貼縫。裂縫密集、反射裂縫大面積處治以及嚴重的縱向裂縫、塊狀裂縫一般采用深層位銑刨換填方式，并采用抗裂貼、防水抑裂卷材、聚酯玻纖布等抗裂材料。

近年來，裂縫非開挖注漿養(yǎng)護新技術(shù)開始應(yīng)用于高速公路，該技術(shù)通過探地雷達等輔助手段識別基層狀況，判斷裂縫類型及裂縫深度。采用專用注漿設(shè)備，將聚氨酯類微膨脹注漿材料注入相應(yīng)深度，固化成型后即可開放交通。裂縫非開挖注漿工藝適用于反射裂縫、基層裂縫、松散病害的治理。目前，其在江蘇溧馬高速、滬寧高速均有大規(guī)模應(yīng)用，從應(yīng)用效果來看，注漿材料可有效滲入基層裂縫，填充飽滿，黏結(jié)性較好，取芯完整，剪切強度達到1.0 MPa。

2.3 抗滑不足

近年來，人們對高速公路行車安全關(guān)注度日益提高，而路面抗滑是影響行車安全的重要因素之一。因此，養(yǎng)護管理單位對高速公路路面抗滑性能越來越重視[6]。路面抗滑不足伴隨有其他病害，可一同處治。但對于路面無其他明顯病害，僅存在抗滑不足的情況，處治較為棘手。針對路面僅存在抗滑不足的問題，以往采用銑刨重鋪或超薄層罩面（連續(xù)段落）方案，病害處治效果較好，但經(jīng)濟性較差。

目前，江蘇省內(nèi)已試點應(yīng)用熱拌開級配極薄磨耗層（厚度1 cm左右）養(yǎng)護措施，采用開級配設(shè)計，實現(xiàn)黏層和混合料一體化攤鋪，施工高效，可解決單車道抗滑問題，適用于橋面、隧道等標高凈空限制的場景。在江蘇G30連徐高速公路上應(yīng)用效果較好，經(jīng)濟性較佳。

2.4 其他病害

高速公路其他病害如淺層的破損、局部松散，可采用就地?zé)嵩偕胧?。相比車轍，推移、擁包變形更加嚴重，一般發(fā)生在交通量較大、互通匝道路段，一般采取深層位銑刨回填養(yǎng)護措施。

除銑刨回填以外，近兩年瀝青面層就地冷再生養(yǎng)護技術(shù)也有相關(guān)嘗試與應(yīng)用。面層就地冷再生技術(shù)采用就地冷再生設(shè)備，對舊瀝青路面面層材料進行處理，加入部分新骨料或填料調(diào)整RAP級配，按比例加入一定量的乳化瀝青作為再生劑和活性添加劑（水泥、石灰或粉煤灰），在自然環(huán)境溫度下完成銑刨、再生、拌和、攤鋪及壓實成型的連續(xù)作業(yè)過程。瀝青面層就地冷再生技術(shù)相比傳統(tǒng)的銑刨重鋪方案，能夠?qū)崿F(xiàn)路面廢料100%利用，節(jié)約資金、保護環(huán)境，適用于深層位處治。瀝青面層就地冷再生技術(shù)在江蘇汾灌高速、連徐高速得到大面積推廣，目前觀測2 a左右，應(yīng)用效果良好。

3 養(yǎng)護決策

路面養(yǎng)護決策樹的構(gòu)建有利于科學(xué)制定高速公路瀝青路面大中修養(yǎng)護方案[7]。本文以江蘇省G30連徐高速公路瀝青路面大修養(yǎng)護為例，構(gòu)建養(yǎng)護決策樹（見圖3）。

3.1 一級決策指標——路面結(jié)構(gòu)強度

將路面結(jié)構(gòu)強度作為一級決策指標，若瀝青路面結(jié)構(gòu)強度（可根據(jù)彎沉盆、基層抗壓強度指標判斷）較好，進入二級決策指標;若瀝青路面結(jié)構(gòu)強度不足，采取一定的措施進行補強修復(fù)，采取針對性補強措施，如采取面層或基層銑刨重鋪、厚罩面等方式進行補強。在決策過程中須綜合考慮路面材料性能，根據(jù)面層高溫穩(wěn)定性能、基層強度等評價結(jié)果輔助補強措施決策。

3.2 二級決策指標——路面混合料性能

將既有路面混合料性能作為二級決策指標，重點考慮瀝青面層的高溫穩(wěn)定性能（可根據(jù)漢堡車轍、動態(tài)蠕變試驗判斷），特別是中、下面層的高溫穩(wěn)定性能。若已進入加速破壞階段或該層位高溫性能存在不足，具體處治層位應(yīng)根據(jù)分層高溫性能綜合確定。

3.3 三級決策指標——路面性能狀況

將路面性能狀況作為三級決策指標，主要考慮路面評價分項指標車轍、平整度、破損、抗滑等。主要養(yǎng)護目標是針對性地提升設(shè)計路段各項路面性能指標，改善路況條件和服務(wù)質(zhì)量。當路面使用性能評價為優(yōu)良時，路面可不處治或采取預(yù)防性養(yǎng)護措施;當路面使用性能評價為中及以下時，可根據(jù)設(shè)計路段養(yǎng)護目標進行針對性性能提升修復(fù)。

3.4 四級決策指標——在路網(wǎng)中重要性及路齡

將設(shè)計路段在路網(wǎng)中的重要性作為四級決策指標，主要是在養(yǎng)護資金投入有限制的條件下，根據(jù)設(shè)計路段在路網(wǎng)中的重要性確定優(yōu)先養(yǎng)護路段。隨著通車時間的增加，路況性能衰減速率不斷加快。因此，對于路齡較長的高速，特別是尚未開展養(yǎng)護的路段，應(yīng)優(yōu)先考慮“路面結(jié)構(gòu)長期保存”的養(yǎng)護技術(shù)方案，如罩面養(yǎng)護。根據(jù)養(yǎng)護決策指標，決策體系如圖3所示。

4 結(jié)語

本文對高速公路養(yǎng)護現(xiàn)狀及養(yǎng)護決策進行了調(diào)查研究，得出以下結(jié)論。

①以江蘇省高速公路為例，目前高速公路典型病害為車轍和橫向裂縫，同時部分路段也存在抗滑不足的問題。車轍、橫向裂縫、抗滑不足以及其他常見病害，一般都可通過銑刨回填措施處治，淺層的車轍、破損病害也可采用就地?zé)嵩偕胧?/p>

②近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，如面層就地冷再生、裂縫非開挖注漿、熱拌開級配極薄磨耗層，在解決深層位病害、基層松散反射裂縫、路橋隧單車道抗滑不足等問題方面有著良好的應(yīng)用效果。

③高速公路瀝青路面大中修養(yǎng)護應(yīng)綜合考慮路面結(jié)構(gòu)強度、既有路面混合料性能、路面技術(shù)狀況、路齡影響和在路網(wǎng)中的重要性等因素，科學(xué)制定養(yǎng)護決策樹，指導(dǎo)方案設(shè)計。

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