高速公路瀝青路面使用性能及評價

劉佳慶

(山東省濱州公路工程有限公司，山東 濱州 256600)

1 引 言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高速公路進入了新的發(fā)展階段，其發(fā)展方向由大規(guī)模的建設階段轉換為運維階段，意味著對高速公路的養(yǎng)護成為我國現(xiàn)階段的研究熱點[1]。我國針對道路養(yǎng)護提出了“預防性養(yǎng)護”的技術方法[2]，預防性養(yǎng)護減少了高速公路路面病害的數(shù)量。但是在行車荷載與環(huán)境因素的作用下，高速公路路面仍然產(chǎn)生病害[3]。為了對路面病害程度進行評定，在進行病害養(yǎng)護之前需要對公路技術狀況進行評級，確定公路技術狀況等級[4]。山東省是我國交通大省，交通量大且特點突出[5]，山東省高速公路行駛車輛類型多為大型車輛，交通等級為重載交通，在重載交通的作用下高速公路路面產(chǎn)生大量病害，因此對高速公路瀝青路面使用性能的調查刻不容緩[6]。以山東省某高速公路段為例，調查了該高速公路段交通量特點，并且對該高速公路段病害數(shù)量、類型及位置進行調查分析，得到該高速公路段路面使用性能評分，并對路面使用性能進行評價為后續(xù)養(yǎng)護工作奠定基礎。

2 高速公路瀝青路面病害分析

2.1 高速公路段概況

高速全線采用瀝青路面，瀝青路面結構為上面層選用4 cm的SMA-13瀝青馬蹄脂碎石，中面層選用6 cm的AC-20瀝青混凝土，下面層選用8 cm的AC-25瀝青混凝土，在面層與基層連接處設置13 cm的LSPM-30大粒徑透水性瀝青混合料作為排水層，排水層下設基層選用54 cm的水泥穩(wěn)定類碎石分三層鋪設。通過對山東省某高速公路交通量分析，得到該高速公路段交通量，如表1所示。

表1 山東省某高速公路段公路貨車統(tǒng)計表

由表1可得該高速公路段主要荷載為車輛荷載，荷載類型包括小貨車、中貨車、大貨車及拖掛。2013～2018年間，該高速公路段車輛通過類型主要為中貨車與大貨車，占總交通總量的75%左右。2013～2018年間該高速公路段大貨車與拖掛交通量逐漸增加，小貨車與中貨車交通量逐漸減小，大貨車與拖掛交通量分別增加28.8%、61.9%。由此可得，該高速公路段交通量多為重載交通，重載交通占比達到60%以上，當高速公路重載交通嚴重時，瀝青路面使用性能會低于正常交通量下瀝青路面使用性能，在車輛荷載作用下，重載交通瀝青路面易出現(xiàn)變形類病害與結構性裂縫類病害，由此在進行高速公路瀝青路面使用性能影響因素分析時需著重考慮重載交通的影響。

2.2 瀝青路面使用性能病害分析

高速公路路面使用性能決定了行車舒適性，當瀝青路面出現(xiàn)病害時，會降低行車質量嚴重的造成交通事故[7]。在環(huán)境因素及行車荷載的長期共同作用下，高速公路瀝青路面出現(xiàn)一定的變形類病害及結構性裂縫。其中典型的結構性裂縫病害包括橫向裂縫、縱向裂縫等。變形類病害包括車轍、波浪擁包等。當高速公路瀝青路面病害嚴重或多種病害同時存在時，需要對該高速公路段必須進行封閉處理。為了研究高速公路路面使用性能病害類型及成因，對山東省某高速公路段進行路面病害調查分析，其中調查結果如表2所示。

表2 山東省某高速公路段病害統(tǒng)計表

通過對山東省某高速公路段路面病害調查得到高速公路病害統(tǒng)計表及病害分布圖，由表2和圖1分析可知，該高速公路段主要存在的路面病害包括橫向裂縫、縱向裂縫、車轍、龜裂及修補五類病害。其中橫向裂縫與修補路面病害最為嚴重，橫向裂縫與修補病害占到總體病害的89.3%，且該段高速公路上行段橫向裂縫數(shù)量要大于下行段。由于該高速公路段重載交通嚴重出現(xiàn)了大量的車轍，車轍占到調查總病害的8.12%，且根據(jù)調查分析發(fā)現(xiàn)下行段高速公路路面車轍大于上行段。該高速公路段龜裂病害較輕，基本無龜裂病害。由此可以得出橫向裂縫是該公路段出現(xiàn)的最主要的結構性病害。

圖1 山東省某高速公路病害分布圖

通過對圖1分析可得，該高速公路段上、下行段病害類型一致，且病害占比較為接近。但是上行段裂縫類病害要高于下行段，說明上行段交通量較大，在行車荷載與溫度作用下，路面基層出現(xiàn)疲勞開裂反射至面層，產(chǎn)生路面裂縫。通過對上、下行段高速公路車轍病害分析，得出下行段車轍數(shù)量大于上行段，表明下行段車輛荷載較大，多為重載交通，當夏季溫度較高時，在重載交通的作用下造成高速公路路面出現(xiàn)車轍類病害。通過對上、下行段修補病害分析可得，該高速公路段修補量大，修補總量在50%～60%之間需要對該高速公路段進行路面病害分析及處理。

2.3 山東省某高速公路瀝青路面病害分析

(1)裂縫類病害

通過對該公路段瀝青路面病害調查可以得出，裂縫類病害為該高速公路段主要病害，其中橫向裂縫占比最高。并且該高速公路橫向裂縫病害分布均勻，上、下行段均出現(xiàn)大量橫向裂縫。通過對高速公路段交通量特點進行分析，得到重載交通與環(huán)境因素的影響造成瀝青路面產(chǎn)生疲勞損害，出現(xiàn)橫向裂縫，在路面結構設計時，考慮基層反射裂縫的產(chǎn)生在水泥穩(wěn)定類基層上鋪設了13 cm的LSPM排水層，有效的減少了路面的疲勞損害。

(2)車轍類病害

根據(jù)山東省某高速公路路面病害調查結果，車轍類病害是高速公路最常見的病害之一。普遍存在于行車道車輛輪跡處，當氣溫升高時，路面溫度可以達到70 ℃以上，瀝青由彈性向粘性轉變，在重載交通的作用下瀝青混合料發(fā)生永久性變形，產(chǎn)生了車轍病害，導致瀝青路面的抗剪切能力下降。

3 山東某高速公路段瀝青路面使用性能評價

根據(jù)《公路狀況技術評定標準》(JTG 5210-2018)對瀝青路面使用性能進行評價，對于路面使用性能評價選用路面技術狀況指數(shù)PQI作為評價指標，規(guī)范中要求對損壞、平整度、車轍、跳車、磨耗、抗滑性能及結構強度分項指標進行檢測，按照公式1進行路面技術狀況指數(shù)PQI計算，得到瀝青路面的評價結果。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(1)

式中：PQI為路面技術狀況指數(shù)；PCI為路面損壞；RQI為路面平整度；RDI為路面車轍；PBI為路面跳車；PWI為路面磨耗；SRI為路面抗滑性能；PSSI為路面結構強度；w為各技術狀況在PQI中的權重。

根據(jù)對該公路段瀝青路面病害調查結果進行公路技術狀況指標計算，計算結果如表3所示。

表3 山東省某高速公路瀝青路面技術狀況明細表

通過對瀝青路面技術狀況明細表分析可以得到該高速公路段技術狀況指數(shù)PQI大于95分，可以判定該高速公路段技術狀況等級為優(yōu)。但是由于重載交通量的逐漸增大，會對瀝青路面的疲勞特性造成一定的影響，為防止瀝青路面出現(xiàn)大量橫向裂縫及結構性損壞，應提高瀝青路面的使用性能。

4 結 論

綜上所述，以山東省某高速公路為例，通過調查該路段K00+000～K24+523樁號的交通量，得到該高速公路段交通荷載多為大型車輛荷載，交通量特點為重載交通嚴重。通過對該高速公路段路面病害分析，得出該路段裂縫類病害與修補類病害嚴重，占到了總體病害的89.3%，并且分析了結構性病害產(chǎn)生的原因，主要由于重載交通和環(huán)境因素影響了瀝青路面的耐久性。依據(jù)調查結果對該路面瀝青技術狀況指標進行了計算，得到該高速公路瀝青路面技術狀況等級為優(yōu)。