高速公路瀝青路面病害分析及養(yǎng)護(hù)辦法

羅運(yùn)輝

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州510507）

0 引言

高速公路作為我國(guó)最基本的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?yàn)槌鞘邢到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要支撐，高速公路建設(shè)里程在廣東省內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了10000km以上，且增長(zhǎng)幅度位居全國(guó)第一，養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)理念正逐步替代落后的擴(kuò)張施工模式。廣東省內(nèi)高速公路路面結(jié)構(gòu)90%以上多采取瀝青混合料進(jìn)行施工，瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能就需要開(kāi)展周期性的養(yǎng)護(hù)管理，否則各類型路面病害的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致行車穩(wěn)定性、安全性的下降。傳統(tǒng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)方式多采取單一病害處治方式，考慮到瀝青路面病害相互影響、相互作用，新型養(yǎng)護(hù)技術(shù)需要隨著工程實(shí)踐及瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，以便實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)護(hù)措施，減少路面設(shè)計(jì)施工支出過(guò)高、偏于保守的缺陷。

1 項(xiàng)目背景及路面結(jié)構(gòu)

1.1 工程概況

廣東省內(nèi)某高速公路建設(shè)完工于2010年，且至今（2021年）運(yùn)營(yíng)通車11年，根據(jù)歷年檢測(cè)報(bào)告及養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)資料顯示，隨著使用年限的不斷遞增，高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)性能在不斷衰減，不過(guò)通過(guò)技術(shù)指標(biāo)PCI和PQI的分析，瀝青路面的整體狀況較好，對(duì)于局部路段的病害養(yǎng)護(hù)管理具有現(xiàn)實(shí)推廣意義。該高速公路是G80廣昆高速公路的重要路段，路線全長(zhǎng)為98.405km，全線為四車道，其中設(shè)計(jì)速度100km/h，路基設(shè)計(jì)寬度為26m，一般路段采取半剛性基層瀝青混凝土路面。該高速公路全線位于廣東省低山丘陵與沿海平原之間的臺(tái)地區(qū)，以臺(tái)地為主，間夾沖積平原或谷地，偶有低山丘陵。地形平緩，起伏不大，一般高程在20～140m，高差15～40m；本區(qū)位于北回歸線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，溫濕多雨，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，年平均氣溫自北而南22～23.2℃，極端最高氣溫36.8～39.9℃。本區(qū)雨季雨量充沛，特別是初夏及熱帶氣旋的暴雨，地表徑流強(qiáng)勁，此外早春長(zhǎng)期的低濕陰雨，有利雨水的滲透。水害往往是公路病害的直接原因或誘發(fā)原因，強(qiáng)勁的徑流往往摧毀公路、橋梁，雨水的滲透導(dǎo)致路面翻漿。該高速公路交通量較大，日交通量呈不斷擴(kuò)增的態(tài)勢(shì)；沿線隧道橋梁數(shù)量較多，其中包含橋梁121座，全長(zhǎng)可達(dá)25882m，隧道18座，全長(zhǎng)可達(dá)20568m，橋隧結(jié)構(gòu)和高填深挖路基交錯(cuò)間隔，隧道和一般路段就形成較多的搭接。

1.2 路面結(jié)構(gòu)

該高速公路一般路基段、連續(xù)下坡路段、巖石路基段面層由4cmAC-13（上面層）+6cmAC-20（中面層）+8cmAC-25組成，其中連續(xù)下坡路段中面層采用改性瀝青；中小橋面鋪裝、大橋特大橋橋面鋪裝由4cmAC-13（上面層）+6cmAC-20（下面層）組成，其中大橋特大橋橋面鋪裝下面層采用改良瀝青。瀝青路面基層由36cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石+20cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm未篩分碎石組成，其中巖石路基段未設(shè)置底基層。

2 高速公路瀝青路面病害分析

2.1 病害類型

該高速公路全線大部分路面結(jié)構(gòu)較為完整，僅在部分環(huán)境嚴(yán)峻、重車超載等區(qū)域存在較為明顯的結(jié)構(gòu)破壞，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的主要路面病害有車轍、裂縫、坑槽；在長(zhǎng)期的高速公路運(yùn)營(yíng)期間，瀝青路面極容易由于降雨、溫度變化、車輛沖擊等因素造成不同程度的損傷破壞，瀝青混凝土路面不同病害類型相互作用，繼而形成整體較為復(fù)雜的病害系統(tǒng)。

裂縫是高速公路瀝青混凝土路面最為常見(jiàn)的病害形式，裂縫可以根據(jù)其不同特征分為以下幾種，即縱向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)狀龜裂裂縫、不規(guī)則裂縫。橫向裂縫主要垂直于路面行進(jìn)方向，根據(jù)裂紋的寬度可以分為重度、輕度裂縫。輕度橫向裂縫寬度在5mm以內(nèi)，且裂紋沒(méi)有出現(xiàn)輕微剝落現(xiàn)象；重度橫向裂縫的寬度大于5mm，裂紋明顯剝落?？v向裂縫則平行于車道行進(jìn)方向，也可以根據(jù)裂紋寬度分為輕度和重度兩類。網(wǎng)狀龜裂裂縫則主要是由較多的縱向裂縫和橫向裂縫交叉組成[1]?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的縱、橫向裂縫缺陷如圖1所示。

坑槽是高速公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)缺陷較為嚴(yán)重的表現(xiàn)形式，坑槽是水損破壞的類型，整體表現(xiàn)為凹狀結(jié)構(gòu)，坑槽根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范被定義為松散類損害，不同的坑槽具備表1所示特點(diǎn)。

表1 瀝青路面坑槽特性

車轍是瀝青路面結(jié)構(gòu)特性衰減和行車狀況嚴(yán)峻兩者相互結(jié)合而造成的病害，車轍可以根據(jù)形成原因分為永久性、磨損性、失穩(wěn)性、壓密性車轍。不同車轍具備不同特點(diǎn)，失穩(wěn)性車轍通常出現(xiàn)在一些山區(qū)嚴(yán)峻行車環(huán)境瀝青路面的上坡路段，其危害程度十分明顯，失穩(wěn)性車轍表現(xiàn)為W形狀，主要由行車車速、車輪結(jié)構(gòu)、車輛行駛所受到的橫向力所造成；結(jié)構(gòu)性車轍則表現(xiàn)為U形狀，其主要是由于公路路基受到環(huán)境荷載而產(chǎn)生的永久變形，主要特點(diǎn)是寬度較大、變形尺度較小，極難經(jīng)過(guò)后續(xù)技術(shù)手段進(jìn)行有效修復(fù)；磨損性和壓密性車轍則主要是車輛荷載、外界環(huán)境反復(fù)對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)造成沖擊、碾壓、侵蝕所造成的[2]。現(xiàn)場(chǎng)車轍病害如圖2所示。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)

該高速公路檢測(cè)技術(shù)人員分別在裂縫段、坑槽段、車轍段、完好段進(jìn)行芯樣鉆取，大板切割工作，并且測(cè)定不同芯樣結(jié)構(gòu)層的厚度、層間黏結(jié)效果和完整性。瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度180mm，水穩(wěn)層厚度達(dá)到了560mm，技術(shù)團(tuán)隊(duì)的鉆深深度控制在700～800mm，以便取出全部上部水穩(wěn)層和路面結(jié)構(gòu)層，其中路面芯樣的直徑控制在180mm。使用風(fēng)鎬撬取經(jīng)過(guò)巖石切割機(jī)切割的瀝青結(jié)構(gòu)板塊，尺寸控制在長(zhǎng)×寬×厚為350mm×350mm×150mm。現(xiàn)場(chǎng)采樣過(guò)程中瀝青層厚度需要小于切割深度，風(fēng)鎬使用中需要確保瀝青板塊的完整性。檢測(cè)工作包括車轍深度、鉆芯、FWD檢測(cè)、滲水試驗(yàn)、激光彎沉試驗(yàn)，其中FWD試驗(yàn)主要針對(duì)結(jié)構(gòu)層模量、路面結(jié)構(gòu)系數(shù)、路面結(jié)構(gòu)性能的評(píng)定；激光彎沉試驗(yàn)則主要針對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能、路面結(jié)構(gòu)系數(shù)的測(cè)定?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容如表2所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容

2.3 路面病害原因分析

該高速公路多個(gè)路段路面產(chǎn)生了坑槽，且坑槽群分布較為集中，高速公路養(yǎng)護(hù)管理部門在項(xiàng)目通車運(yùn)營(yíng)以來(lái)投入了大量資金進(jìn)行坑槽的修補(bǔ)處理。高速公路AK177+300-AK177+600路段中就具備密集坑槽群，技術(shù)人員針對(duì)該路段開(kāi)展了檢測(cè)工作，根據(jù)室內(nèi)開(kāi)展的芯樣鉆取分析中的孔隙率和油石比數(shù)據(jù)，該路段路肩路面并沒(méi)有經(jīng)受車輛荷載作用，相對(duì)于原來(lái)行車路面狀態(tài)保持一致；且路肩上面層孔隙率經(jīng)測(cè)定控制在8.4%～8.6%，中面層孔隙率測(cè)定數(shù)據(jù)保持在4.5%～6.1%，下面層孔隙率在1.3%～1.6%；根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)瀝青面層的孔隙率超過(guò)8%時(shí)，容易坑槽破壞，而路肩上面層、中面層孔隙率在4%～9%，由此可以認(rèn)定，路面坑槽病害的產(chǎn)生主要?dú)w因于瀝青面層上部結(jié)構(gòu)孔隙率過(guò)大，造成水損破壞[3]。

裂縫的形態(tài)和分布規(guī)律、形成機(jī)理隨著裂縫種類的不同而有較大區(qū)別，裂縫病害路段（BK170+640-BK172+620）具體有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)，路基土體并沒(méi)有達(dá)到固結(jié)完全，這導(dǎo)致孔隙水壓力不斷消散、沉降持續(xù)發(fā)生，沉降最后表現(xiàn)為不均勻；路基壓實(shí)度在橫向分布不均勻，在重載或者超載車輛作用下就會(huì)造成路面橫向的持續(xù)破壞；水穩(wěn)基層的完整度不夠，導(dǎo)致局部路段出現(xiàn)承載力欠缺的情況。通過(guò)病害路段路面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，裂縫產(chǎn)生原因可分為以下五個(gè)方面。一是橫向裂縫多是溫度裂縫，病害路段的晝夜溫差極容易引起面接結(jié)構(gòu)的低溫收縮，繼而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力，路面結(jié)構(gòu)多采取改性瀝青，內(nèi)部的混合材料具備較低的抗拉強(qiáng)度，溫差的反復(fù)循環(huán)造成結(jié)構(gòu)薄弱處的拉應(yīng)力破壞，并且結(jié)構(gòu)上面層的瀝青稠度較大，針入度較小，難以抵抗較大的溫度應(yīng)力差，而瀝青較稀則能夠有效改善溫度應(yīng)力抵抗水平。二是橫向裂縫發(fā)生在路面結(jié)構(gòu)和周圍構(gòu)造物連接處，則主要是由于構(gòu)造物附近的填土路基施工完成之后，沉降觀測(cè)工作并沒(méi)有有效開(kāi)展，下一道工序的施工往往出現(xiàn)在沉降變化大于1mm/(3d)時(shí)就進(jìn)行。三是該路段部分縱向裂縫表現(xiàn)為不連續(xù)且細(xì)而短、密集分布，這主要?dú)w因于路段路基沉降不均勻造成瀝青面層的張拉。路基不均勻沉降則是在填土階段或者地基處理過(guò)程中路基橫向性質(zhì)的不均衡所造成的，如地表水滲入地下結(jié)構(gòu)，則會(huì)造成路基的不均勻沉降加劇。四是弧形縱向裂縫則主要發(fā)生在局部低洼路肩部位，該區(qū)段路基一旦遇到強(qiáng)降雨情況，路堤兩側(cè)就會(huì)積聚大量地表水。此時(shí)排水設(shè)施如果不通暢，則會(huì)形成較為明顯的路基下部弧形水線，固結(jié)變形產(chǎn)生在邊層土體中，造成路肩位置的弧形縱向裂縫。五是網(wǎng)狀裂縫（龜裂）則主要是水穩(wěn)層基層并沒(méi)有形成完整的整體性結(jié)構(gòu)，瀝青面層的承載強(qiáng)度不足導(dǎo)致車輛行駛密集下產(chǎn)生局部網(wǎng)狀裂縫，并且有路面沉陷現(xiàn)象伴隨。

BK121+400-BK122+900段產(chǎn)生較為嚴(yán)重的車轍病害，深度可達(dá)到45～50mm，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員對(duì)該段進(jìn)行了以下內(nèi)容的檢測(cè)，以便揭示車轍產(chǎn)生原因：開(kāi)展3個(gè)斷面的凹處、凸起、路肩鉆芯取樣工作，分析路面結(jié)構(gòu)層厚度和取樣完整性；在車轍嚴(yán)重的路肩位置，采取瀝青面層板塊的切割，2個(gè)板塊用于動(dòng)穩(wěn)定度的檢測(cè)，1個(gè)板塊用于碎石級(jí)配、油石比的檢測(cè)，其中瀝青層的油石比、抗剪強(qiáng)度、碎石機(jī)配需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，嚴(yán)重車轍病害處的水穩(wěn)層芯樣模量、強(qiáng)度相較于完好路段，差異較??；車轍嚴(yán)重處瀝青面層芯樣的抗剪強(qiáng)度相較于完好路段要小，前者抗剪強(qiáng)度均值在0.4MPa，完好路段的抗剪強(qiáng)度則達(dá)到了1.2MPa；車轍產(chǎn)生的主要原因是瀝青路面層結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度過(guò)低。經(jīng)過(guò)調(diào)查，路面瀝青結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低主要是由于上、中面層之間存在施工過(guò)程中過(guò)量灑鋪的富油夾層。相較于路肩路面，3個(gè)斷面凹處下面層差異較??；相較于路肩瀝青上中面層厚度，凹處斷面上中面層厚度要較小。為此，技術(shù)人員判定車轍主要產(chǎn)生于上中面層。

3 病害養(yǎng)護(hù)方式

3.1 裂縫修復(fù)

對(duì)于路基不均勻沉降造成的縱向裂縫發(fā)育路段，當(dāng)前常用的修復(fù)方式是進(jìn)行水泥漿灌注，繼而采取瀝青層調(diào)平加鋪路面；灌漿施工之前，需要加強(qiáng)對(duì)路面的養(yǎng)護(hù)管理，采取防水填縫措施以便有效降低裂縫沉陷的持續(xù)發(fā)展；其余密集裂縫的產(chǎn)生多由于水穩(wěn)層松散，繼而出現(xiàn)路面瀝青結(jié)構(gòu)的疲勞破壞?？紤]到該病害路段面積較小，為實(shí)現(xiàn)新舊路面的平順連接，則可以對(duì)損壞路面進(jìn)行有效全方位挖除，繼而進(jìn)行瀝青罩面和水泥混凝土路面的鋪筑處理，最終達(dá)到符合路面形式效果。

3.2 車轍修復(fù)

對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)車轍的修復(fù)則主要有就地?zé)嵩偕?、微表處法。其中，微表處法則主要依賴改性瀝青作為黏結(jié)材料，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行冷拌處理，具備造價(jià)成本低、適用范圍廣、污染程度小的特點(diǎn)，并且能夠有效提升路面的承載強(qiáng)度。就地?zé)嵩偕▌t主要是對(duì)原地面進(jìn)行加熱重新融化，并且對(duì)舊瀝青混合料重新回收，采取新型再生劑重新拌和、攤鋪碾壓，最終形成新型路面結(jié)構(gòu)層。就地?zé)嵩偕夹g(shù)對(duì)于公路工程可持續(xù)發(fā)展具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義，但是值得注意的是，就地?zé)嵩偕夹g(shù)過(guò)于依賴再生劑，不拌入新型瀝青及摻和料，對(duì)于路面性能及混合料級(jí)配無(wú)法再次優(yōu)化。

3.3 坑槽修復(fù)

瀝青路面坑槽病害的修復(fù)主要采取永久性修復(fù)技術(shù)和挖補(bǔ)式坑槽修補(bǔ)，其施工流程主要是先進(jìn)行維修面的劃定界限，對(duì)坑槽進(jìn)行處理清洗，繼而進(jìn)行黏層油的噴灑，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行回填處理，最后進(jìn)行混合料的碾壓防水封縫處理。其中，坑槽處理是整個(gè)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，坑槽處理采取的機(jī)械設(shè)備主要有切縫機(jī)和液壓鎬，坑槽需要干燥平齊化處理，如果內(nèi)壁過(guò)分松散，則要先清掃瀝青混合料顆粒。熱接縫、冷接縫的處理主要采取圓坑方補(bǔ)，且處置范圍的確定也需要根據(jù)坑壁質(zhì)量，矩形修補(bǔ)輪廓線則主要采取切割機(jī)進(jìn)行深度5cm切割。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路瀝青路面應(yīng)用廣泛，隨著使用周期的延長(zhǎng)，路面結(jié)構(gòu)病害類型較多，對(duì)于高速公路行車安全穩(wěn)定造成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。養(yǎng)護(hù)階段建設(shè)單位應(yīng)從養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行路面質(zhì)量的把控，合理化路面材料的選取，并且結(jié)合施工具體環(huán)境、設(shè)計(jì)指標(biāo)提升施工質(zhì)量。對(duì)于養(yǎng)護(hù)階段路面結(jié)構(gòu)病害的處理則要具有針對(duì)性，優(yōu)化修復(fù)成本及技術(shù)，最終保證高速公路工程的使用耐久性。還應(yīng)對(duì)路面行駛質(zhì)量指數(shù)下降的瀝青路面進(jìn)行有規(guī)劃的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，從而延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命和提高瀝青路面的使用性能。