柳州北環(huán)高速路面病害特征與養(yǎng)護(hù)決策分析

李江華 盧軍源 馬進(jìn) 韋富榮

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;無(wú)損檢測(cè);病害特征;破損率;養(yǎng)護(hù)決策

【中圖分類號(hào)】U418.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）08-0174-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路通車?yán)锍讨鹉暝黾忧夷壳敖ǔ傻母咚俟仿访骖愋椭饕詾r青路面為主。廣西地區(qū)早期建設(shè)的高速公路瀝青路面基本上已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，路面出現(xiàn)各類病害，路面使用性能已經(jīng)不能滿足同行需求。隨著廣西高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展及公眾對(duì)服務(wù)水平要求的提升，如何保證良好的運(yùn)行狀態(tài)、提高養(yǎng)護(hù)資金的投資效益成為行業(yè)管理部門亟須解決的問題。瀝青路面病害的發(fā)展貫穿整個(gè)使用周期，但是病害特征及成因不一，只有采取有效檢測(cè)和分析方法，才能有效地提出處治對(duì)策并實(shí)施精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

本文通過對(duì)柳州北環(huán)高速瀝青路面進(jìn)行綜合檢測(cè)，分析了瀝青路面病害特征和演變機(jī)理，基于修正路面病害權(quán)重的破損率，重新劃分破損狀況等級(jí)作為養(yǎng)護(hù)決策分析參考，為項(xiàng)目級(jí)瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修工作提供科學(xué)支撐，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)施工、節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。

1 柳北高速概況

柳州北環(huán)高速公路G78 K912+000—K958+387，雒容—洛滿段全長(zhǎng)46.387 km，路線起于魚峰區(qū)雒容鎮(zhèn)料旺村，與G72泉南高速公路桂柳段相交，途經(jīng)雒容、洛埠、長(zhǎng)塘、洛滿等鎮(zhèn)，與宜州至柳州高速相接，為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)行車速度為100 km/h。項(xiàng)目于2003年開工建設(shè)，于2006年10月建成通，至今已通車運(yùn)營(yíng)14年，已至路面設(shè)計(jì)使用壽命末期。近年來，該管養(yǎng)路段均出現(xiàn)了一些路面病害，如橫向裂縫、連續(xù)縱向裂縫等，并且路面病害數(shù)量逐年增加，導(dǎo)致該路段管養(yǎng)難度及安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大增。

1.1 路面結(jié)構(gòu)形式

路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，瀝青混凝土面層總厚度為16 cm，結(jié)構(gòu)為4 cm厚度的SBS改性瀝青AC-13上面層+6 cm厚度的AC-20中面層+6 cm厚度的AC-25下面層，上面層采用輝綠巖集料和SBS改性瀝青，中下面層采用石灰?guī)r集料和AH—70#瀝青。

1.2 交通狀況分析

收集、統(tǒng)計(jì)和分析了柳州北環(huán)高速公路沿線2007—2019年情況（如圖1所示），將其分為4個(gè)路段，即洛埠—雒容立交、柳州北—洛埠、柳州北—洛滿東、洛滿東—洛滿立交，其中近3年交通車流量最大的路段是洛滿東—洛滿立交，貨車車流量最大的是柳州北—洛埠。

2014年以來，交通量增長(zhǎng)較快，從柳州全路段來看，洛埠往洛滿方向，車輛自然數(shù)從2016年后逐漸增加，貨車比例也逐漸增高，全路段平均貨車比例約34.4%，累計(jì)交通量的增長(zhǎng)對(duì)路面使用性能的衰減產(chǎn)生重要影響。

1.3 養(yǎng)護(hù)歷史分析

柳州北環(huán)高速路面主要病害類型有裂縫、坑洞等。結(jié)合歷年交通情況，表明隨著2006年通車至2014年前后交通量的增長(zhǎng)，交通流量達(dá)到了小高峰，路面裂縫數(shù)量也出現(xiàn)激增（如圖2所示）。2014—2019年實(shí)施了超薄磨耗層、路面銑刨重鋪等措施，主要病害數(shù)據(jù)相對(duì)減少，但是隨著交通流量在2018年后又出現(xiàn)一次小高峰，當(dāng)前柳州北環(huán)高速公路已通車近14年，必須采取有效的養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)對(duì)交通增長(zhǎng)和使用壽命雙重壓力。

2 路面綜合檢測(cè)

2.1 表面狀況檢測(cè)

采用CICS多功能路況檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)柳州北環(huán)高速公路上下行第二行車道共計(jì)92.77 km進(jìn)行路面技術(shù)狀況檢測(cè)并進(jìn)行評(píng)價(jià)。以每公里為評(píng)定單元進(jìn)行匯總，由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，柳州北環(huán)高速路面狀況主要為路面破損病害，路面行駛質(zhì)量指數(shù)平均值為94.17、路面車轍深度指數(shù)RDI平均值為93、路面抗滑性能指數(shù)SRI為93.37，路面跳車指數(shù)平均值為100，除PCI外都維持在較好的狀態(tài)，其中PCI路面損壞狀況指數(shù)平均值為90.82（小于92），全線共計(jì)61.39 km，PCI小于92，路面破損范圍較廣。

2.2 路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)

采用丹麥進(jìn)口的Dynstest 8002全自動(dòng)式落錘彎沉儀，檢測(cè)柳州北環(huán)連續(xù)縱向裂縫路段的第二行車道7個(gè)路段共計(jì)305個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果主要在30～100μm，檢測(cè)各個(gè)路段彎沉值較為穩(wěn)定，溫度修正平均值基本小于126μm，總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好。此外，采用MaLa探地雷達(dá)，配備500 MHz天線探測(cè)輪跡帶長(zhǎng)縱裂縫、路面網(wǎng)裂、沉陷等特殊路段及路面狀況較為良好的路肩。檢測(cè)結(jié)果表明：路面輪跡帶處多條縱向裂縫呈網(wǎng)裂或橫縱交叉，基本可認(rèn)為基層已受到一定程度的損壞，呈松散脫空狀態(tài)，損壞深度可達(dá)到下水穩(wěn)基層，面單條縱向裂縫處，基層情況較好，局部路段上水穩(wěn)基層頂部有輕微受損。

2.3 瀝青抽提檢測(cè)

在慢車道右輪跡鉆取的芯樣中分別選取6個(gè)，切取上面層，首先用旋轉(zhuǎn)離心法抽提瀝青，然后用阿布森法回收瀝青，最后檢測(cè)回收瀝青的三大指標(biāo)，回收瀝青的針入度（25 ℃，100 g，5 s）試驗(yàn)結(jié)果為3.8 mm，延度（5 ℃，5 cm/min）為5 cm，軟化點(diǎn)（TR&B）為57.5 ℃?；厥丈厦鎸訛r青的三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果不在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，表明目前改性瀝青老化嚴(yán)重，是導(dǎo)致路表開裂、脫粒等的主要內(nèi)在原因。

3 路面病害特征及演變機(jī)理

（1）連續(xù)縱向裂縫：柳州北環(huán)路面縱向裂縫主要產(chǎn)生位于行車道的雙側(cè)輪跡帶縱向Top-down型裂縫，并且仍存在發(fā)展趨勢(shì)。由路面綜合檢測(cè)結(jié)果分析可知，一方面交通量急速增長(zhǎng)，貨車比例越來越大，另一方面在雨季期間，雨水灌進(jìn)縫中，在行車的作用下，造成瀝青路面水損害。因此，長(zhǎng)期服役下的瀝青路面在遭到交通荷載和溫濕度的應(yīng)力疲勞作用下呈現(xiàn)不同程度的老化，路面表層集料出現(xiàn)剝落，路面出現(xiàn)裂縫，并且發(fā)展速度大于養(yǎng)護(hù)維修的速度，沒能夠及時(shí)封閉裂縫，裂縫自上而下發(fā)展至中下面層及基層，基層受到水毀后出現(xiàn)松散和脫空，在交通荷載作用下路面出現(xiàn)龜裂和網(wǎng)裂。

（2）間隔橫向裂縫：柳州北環(huán)路面橫向裂縫較為規(guī)則，并延伸至硬路肩，縱向呈間隔分布，間隔在10～30 m，通過在橫縫位置鉆芯情況表明裂縫已貫穿基層，底基層芯樣完好，屬典型的半剛性基層反射裂縫，即在行車荷載的作用下，特別是超重車輛較多的情況下，半剛性基層底部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致基層開裂，隨著荷載的反復(fù)作用，裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展到瀝青面層。

4 養(yǎng)護(hù)決策方法及應(yīng)用案例

基于柳州北環(huán)高速瀝青路面主要病害為破損情況，并考慮到現(xiàn)行規(guī)范[1]，路面損壞狀況指數(shù)PCI計(jì)算結(jié)果受路面病害是否修復(fù)影響較大，不能全面反映路面真實(shí)破損狀況[2]。為了利于評(píng)價(jià)路面性能衰減情況，掌握路面損壞真實(shí)狀況，依據(jù)柳州北環(huán)瀝青路面主要病害為條狀修補(bǔ)和塊狀修補(bǔ)，重新定義病害率，采用損壞率作為路面損壞狀況評(píng)價(jià)分析依據(jù)，提出計(jì)算方法如下：損壞率=（條狀病害面積+塊狀病害面積）/路面評(píng)定面積×100，面積單位為m2。公式中：條狀病害面積=條狀病害長(zhǎng)度×影響寬度（取0.2 m）。

根據(jù)“十三五”公路養(yǎng)護(hù)規(guī)劃要求，PQI需大于92，對(duì)損壞率劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按上、下行分別以每百米為評(píng)價(jià)單元統(tǒng)計(jì)匯總評(píng)定結(jié)果，本文提出了表1損壞等級(jí)及依據(jù)，用于養(yǎng)護(hù)維修做決策數(shù)據(jù)支撐。

本文對(duì)柳州北環(huán)高速公路路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策分析，依據(jù)2019年度柳州北環(huán)高速公路行車道路面技術(shù)狀況檢測(cè)數(shù)據(jù)，上行路面損壞情況較下行路面嚴(yán)重，從車流通行的斷面觀察（除去路面損壞的幾個(gè)激增路段分），受到較大的車流和重車（貨車比例較大）的影響，路面損壞情況較為嚴(yán)重的是柳州北—洛埠段。根據(jù)上述PQI評(píng)定結(jié)果和表2破損評(píng)定匯總情況，需要養(yǎng)護(hù)維修處治上述表中評(píng)定為中、次、差的路段，上、下行統(tǒng)計(jì)百米路段合計(jì)59 km。

目前，通常采取的路面養(yǎng)護(hù)維修措施有加鋪超薄磨耗層、銑刨重鋪、微表處和瀝青路面熱再生。近年來，在柳州北環(huán)高速實(shí)施了超薄磨耗層罩面或銑刨重鋪上面層，綜合檢測(cè)和調(diào)查發(fā)現(xiàn)薄層罩面上已出現(xiàn)不同程度的橫向、縱向反射裂縫，而銑刨重鋪段只有少量裂縫，主要原因是在不同外部荷載下，面層厚度與模量不同影響了抵抗反射裂縫的效果[3]。由表1分析可知，單靠日常養(yǎng)護(hù)進(jìn)行裂縫修補(bǔ)無(wú)法提升PCI，唯一方式是消除路面表面裂縫。綜合對(duì)柳州北環(huán)高速路面的路面裂縫病害特征、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抽提瀝青性能進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，可采取如下措施：①基層良好路段，采取銑刨重鋪上面層措施;②基層局部破碎，采取銑刨重鋪上、中、下面層及更換局部基層。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)柳州北環(huán)高速公路路面病害的綜合檢測(cè)，分析了裂縫病害的特征、分布和成因，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策分析得到以下結(jié)論。

（1）采用綜合檢測(cè)方法對(duì)瀝青路面狀況、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及瀝青抽提分析，并結(jié)合探地雷達(dá)檢測(cè)能夠科學(xué)、有效地診斷出病害特征及成因。

（2）瀝青路面主要病害類型為路面瀝青老化、路面橫向反射裂縫及連續(xù)縱向Top-down型疲勞裂縫，不適合加鋪薄層罩面或者就地?zé)嵩偕に?，建議以銑刨重鋪的維修措施為主。

（3）基于瀝青路面破損狀況，根據(jù)養(yǎng)護(hù)目標(biāo)提出損壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將路面損壞狀況按百米段結(jié)果進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，能夠有效、精準(zhǔn)地確定養(yǎng)護(hù)維修路段，采取合理的養(yǎng)護(hù)維修措施可達(dá)到良好的養(yǎng)護(hù)效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]JTG 5210—2012，公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]馬進(jìn).基于瀝青路面使用性能衰減規(guī)律的養(yǎng)護(hù)規(guī)劃技術(shù)研究[J].西部交通科技，2018（8）：15-16，47.

[3]盧軍源，袁野真.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)力參數(shù)化分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017（7）：211-212，151.