承朝高速公路路面病害分析與修復(fù)

趙雅

（河北高速公路集團有限公司承德分公司，河北 承德 067400）

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展，我國的交通網(wǎng)絡(luò)遍布全國，但一系列的路面病害問題也隨之而來，嚴重影響著公路的運營與安全，因此路面病害的修復(fù)工作十分必要。劉建勇、林碧芹、賈彬等人[1-3]系統(tǒng)性的總結(jié)并分析路面的常見病害問題，并針對這些常見的路面問題提出修復(fù)方法。孫曉飛[4]對公路唧漿病害產(chǎn)生的原因進行分析，并驗證了高聚物治理唧漿病害的優(yōu)越性；閆平[5]探討了瀝青路面裂縫的類型及成因，并對不同裂縫提出了相應(yīng)的解決辦法。本文以承朝高速公路為依托，分析其存在的路面病害問題，并提出了可行性修復(fù)方案。

1 工程概況

承朝高速公路自建成通車運行至2021年已有11年，路面出現(xiàn)了嚴重的網(wǎng)狀裂縫，橫、縱裂縫等病害，路面瀝青老化嚴重。2020 年對K758+400—K794+404 段進行超車道銑刨重鋪。結(jié)合工程投資、便于施工組織與管理，本著輕重緩急的原則，將K676+000—K758+400 段路面病害分兩年治理完畢，2021年預(yù)計對路面破損情況更為嚴重的圍場支線瀝青路面進行病害處治，包括上行方向K0+000—K71+395 全部路段，下行方向K0+970—K19+500 等路段及圍場北收費站內(nèi)外廣場瀝青路面存在的塊裂、龜裂、縱縫、密集橫縫和沉陷等病害。

2 路面技術(shù)狀況及養(yǎng)護類型確定

2.1 歷年路面技術(shù)狀況對比

為了解承朝高速公路圍場支線路面的實際情況和存在的技術(shù)問題，更好地評價路面的使用情況和使用性能，為合理選擇高速公路養(yǎng)護方式提供數(shù)據(jù)支持，結(jié)合2015 年—2020 年承朝高速公路路面技術(shù)狀況檢測結(jié)果，對圍場支線路面技術(shù)狀況指標(biāo)進行分析，分析對比圖見圖1。

圖1 圍場支線歷年路面技術(shù)狀況指標(biāo)對比圖

由圖1 可知，2015 年—2019 年路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI 由94.40 分衰減至86.06 分，衰減率為8.83%。其中路面損壞狀況指數(shù)PCI 衰減速度最快，由93.50 分降至70.47 分，衰減率高達24.63%，其余指標(biāo)衰減速率相對較小。

2.2 分車道檢測數(shù)據(jù)分析

為掌握圍場支線超車道的路面破損狀況，采用多功能路況快速檢測系統(tǒng)CiCS 設(shè)備分車道、分方向?qū)鷪鲋Ь€進行檢測。通過路面病害識別評定后，得出剩余未挖補路段路面損壞狀況指數(shù)PCI，見表1。其中，上行方向行車道路面損壞狀況指數(shù)PCI 為66.66 分，處于次等狀態(tài)，超車道為73.57 分，處于中等狀態(tài)。下行方向行車道路面損壞狀況指數(shù)PCI 為74.28 分，處于中等狀態(tài)，超車道為74.35分，處于中等狀態(tài)。

表1 圍場支線分車道、分方向路面技術(shù)狀況

由表1檢測數(shù)據(jù)可知，圍場支線路面破損嚴重，影響路面技術(shù)狀況。通過現(xiàn)場調(diào)查，路面病害主要有以下幾種類型：塊狀裂縫、龜裂、縱向和橫向裂縫、密集橫縫和個別路段沉陷。因此，對圍場支線進行病害治理非常必要。

2.3 養(yǎng)護類型的確定

由檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，圍場支線行車道小于85 分的路段單向里程為114.744km，占總里程的79.8%，超車道小于85 分的路段單向里程為98.744km，占總里程的68.7%。

根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護設(shè)計規(guī)范》（JTG 5421—2018）[6]養(yǎng)護類型劃分，以及結(jié)合2020年路面技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)可知，除了路面損壞狀況指數(shù)PCI外，其余的參數(shù)指標(biāo)均大于90 分，狀態(tài)良好。所以本次僅對路面損壞狀況指數(shù)PCI 進行預(yù)防性養(yǎng)護和修復(fù)性養(yǎng)護分析，修復(fù)養(yǎng)護范圍為PCI≤85 分。但由于圍場支線行車道小于85 分的路段達79.8%，超車道達68.7%。為保證實施后有效改善路面技術(shù)狀況，對2019 年路面病害治理后的圍場支線上行方向全線和下行方向部分路段進行處置，整體確定為修復(fù)性養(yǎng)護類型。

3 路面病害及現(xiàn)場鉆芯

根據(jù)現(xiàn)場勘查可知，圍場支線路面和橋面在環(huán)境和行車車輛的荷載作用下，出現(xiàn)塊裂、龜裂、縱縫、密集橫縫和沉陷等病害，對其幾個典型的病害問題進行了鉆孔取樣，為分析其原因提供試驗樣品。

3.1 路面病害

3.1.1 塊狀裂縫、龜裂

塊狀裂縫、龜裂一般發(fā)生在表面層，表現(xiàn)出細而密的裂紋，但無明顯變形，如圖2和圖3所示。不規(guī)則裂縫大部分是由于行車碾壓等原因引發(fā)的疲勞裂縫。若不及時處治，在降雨天氣下容易使路面產(chǎn)生松散、坑槽等病害。

圖2 下行方向K35+200路面塊裂

圖3 下行方向K21+400路面塊裂、龜裂

3.1.2 縱向裂縫

縱向裂縫主要發(fā)生在行車道的輪跡帶位置，規(guī)則的沿行車方向開裂，部分路段每公里縱向裂縫長度達2 000 延米，即相當(dāng)于每車道有兩條連續(xù)縱向裂縫，如圖4 和圖5 所示?？v向裂縫多為荷載型裂縫或非荷載型疲勞裂縫特征，裂縫由面層開裂，逐步向基層發(fā)展。行車荷載加速了病害的發(fā)展，若不及時處治，在雨水的作用下會加速病害向基層發(fā)展，為沉陷、唧漿等嚴重病害的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

圖4 上行方向K21+100路面縱縫

圖5 下行方向K16+600路面縱縫

3.1.3 路面沉陷

路面沉陷主要表現(xiàn)為橋頭搭板附近位置沉陷和部分高填方路段沉陷，如圖6所示，主要原因是在行車荷載作用下路基段逐漸壓實，發(fā)生不均勻沉陷。

圖6 上行方向K32+389橋頭沉陷，最大值為5cm

3.1.4 橫向裂縫

在全路段范圍內(nèi)均有不同程度的發(fā)生，間距平均在20～40m 之間，個別橫縫伴有啃邊、沉陷現(xiàn)象，如圖7所示。貫通橫縫多屬于半剛性基層收縮裂縫引起的路面反射裂縫；非貫通橫縫多屬于瀝青自然因素引起的溫縮或疲勞裂縫。雨水沿裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，在基層層間形成積水夾層，進而在路面上形成沉陷等嚴重病害。

圖7 路面橫縫

3.2 橋面病害

圍場支線橋面也出現(xiàn)了一些和路面類似的病害，如龜裂、縱縫等。一些典型病害的圖片如圖8和圖9所示。

圖8 上行方向潘家店大橋路面龜裂

圖9 下行方向西營子大橋橋面龜裂、縱縫

3.3 病害鉆芯情況

對圍場支線路面和橋面的一些龜裂、縱縫和橫縫等典型病害進行了鉆芯取樣，上行方向鉆取34個芯樣，下行方向鉆取16 個芯樣，共計50 個芯樣。其中，在龜裂病害位置取芯23 處，18 處為上面層開裂，5 處中上面層開裂；縱向裂縫病害位置取芯17處，5處為上面層開裂，6 處中上面層開裂，6 處瀝青層全部開裂；橫向裂縫位置取芯5 處，1 處為上中面層開裂，4 處瀝青層全部開裂；橋面裂縫病害鉆取的芯樣均為上面層開裂。

根據(jù)取芯結(jié)果可知：龜裂病害主要開裂至上面層，占鉆取芯樣的46%。裂縫較窄的縱向裂縫開裂至上面層，較寬的縱向裂縫開裂至中面層。橫向裂縫均開裂至上面層以下。部分橫縱縫基層開裂、松散，未取出。在龜裂、縱向裂縫和橫向裂縫附近無病害位置鉆取的芯樣，除部分層間斷開外，瀝青層均完好，無開裂損壞。此外，通過鉆取芯樣發(fā)現(xiàn)，瀝青層間大部分斷開，層間黏結(jié)性較差。

4 試驗性能檢測

針對瀝青混凝土路面病害，對鉆取芯樣進行了室內(nèi)試驗，試驗項目包括礦料級配、瀝青含量、針入度、延度、軟化點和黏附性指標(biāo)，試驗結(jié)果見表2 和表3。通過試驗結(jié)果對上面層材料性能進行評價分析。

表2 瀝青芯樣試驗指標(biāo)

表3 上面層礦料級配

室內(nèi)試驗檢測結(jié)果表明，承赤高速公路路面經(jīng)過多年運營，上面層瀝青針入度為26.0， 其延度為1.0cm，瀝青表面層已表現(xiàn)出明顯的老化跡象，瀝青含量降低，其針入度、延度指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)值，瀝青變脆、變硬，對骨料的膠結(jié)能力降低，粗集料通過率略高于原設(shè)計級配通過率，細集料通過率略低于原設(shè)計通過率。

根據(jù)檢測結(jié)果和實驗結(jié)果可知，路面和橋面病害主要是由以下原因引起：上面層瀝青老化變質(zhì)，出現(xiàn)超粒徑現(xiàn)象，致使混合料路用性能下降；承德地區(qū)雨量充沛，水損害加快了層間黏結(jié)不良、表層裂縫等病害的產(chǎn)生；同時在行車荷載、溫度應(yīng)力以及路面水的作用下，瀝青混合料路用性能進一步下降，加之層間黏結(jié)不良，加快了裂縫的發(fā)展速度，致使瀝青面層逐漸出現(xiàn)橫縱裂縫和龜裂病害。

5 病害修復(fù)方案

根據(jù)行超車道路面技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場路面病害調(diào)查、鉆芯，擬定圍場支線處治路段為上行方向K0+000—K71+395 全部路段，下行方向K0+970—K19+500 等路段及圍場北收費站內(nèi)外廣場。處置范圍內(nèi)上行方向大廟互通C匝道橋、西營子大橋等45座，下行方向大廟互通D匝道橋、西營子大橋等9座，共計54座。

5.1 路面病害修復(fù)

針對處治段落存在的網(wǎng)狀裂縫，橫、縱裂縫病害問題，以徹底處治路面病害為原則，兼顧修復(fù)的經(jīng)濟性、合理性，結(jié)合現(xiàn)場檢測和鉆芯結(jié)果，確定路面病害處治方案如下：

（1）對圍場支線上行方向K0+000—K71+395 段，下行方向K0+970—K19+500 段范圍內(nèi)未挖補路段，包含行超車道、行車道和超車道及圍場北收費站內(nèi)外廣場進行連續(xù)挖補處治，銑刨4cm瀝青路面上面層，回填4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土，層間灑布SBS 改性瀝青防水層，用量1.8kg/m2。

（2）對處置范圍內(nèi)密集且伴隨沉陷的橫縱縫，中度塊裂、龜裂病害路段，采用銑刨4cm 瀝青路面上面層+6cm 瀝青路面中面層，重新鋪筑4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土+6cm AC-20C SBS改性瀝青混凝土，上中面層之間灑布SBS 改性瀝青防水層，用量1.8kg/m2，中面層底部噴灑SBR改性乳化瀝青黏層，用量為0.6L/m2。

（3）對處置范圍內(nèi)，密集且伴隨沉陷的橫縱縫，重度塊裂、龜裂病害路段，采用銑刨4cm 瀝青路面上面層+6cm 中面層+12cm 下面層，重新鋪筑4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土+9cm AC-20C SBS 改性瀝青混凝土+9cm AC-20C SBS改性瀝青混凝土，上中面層之間灑布SBS 改性瀝青防水層，用量1.8kg/m2，其余層間噴灑SBR改性乳化瀝青黏層，用量為0.6L/m2。

（4）對處置范圍內(nèi)路面、橋頭沉陷進行全斷面處治，寬度為10.2m。對沉降量h≤6cm 的沉陷路段，銑刨4cm 瀝青路面上面層后，上面層和找平層采用4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土一次性回鋪；沉降量h＞6cm的沉陷路段，根據(jù)沉陷范圍，在處理范圍兩端銑刨原路面4cm 瀝青面層，沉降量大于6cm 的局部路段銑刨6cm后鋪筑AC-20C找平層，再整體鋪筑4cmAC-13C表面層，瀝青混凝土表面層和找平層分層攤鋪成型；路面沉陷處治整體原則是與兩側(cè)路面順接，減少行駛車輛跳車現(xiàn)象，提高行車舒適性。

（5）對處治段落內(nèi)單一、較規(guī)則、較寬（≥1cm）橫縱縫，下一層位存在松散的路段，為防止路面病害處治后橫縱向裂縫反射，對其采用聚物注漿后再進行挖補處治。地聚物注漿孔按梅花樁布置，注漿孔距1.5m，排距1.5m，孔徑?50mm，注漿深度至路面結(jié)構(gòu)層以下2cm為宜，即78cm路面結(jié)構(gòu)厚度。

（6）銑刨瀝青層后，對下層存在裂縫的路段采用熱瀝青灌縫，用量均為1.0kg/m2。

（7）挖補路段銑刨瀝青后側(cè)壁均涂刷熱瀝青，頂面橫縱向接縫均采用10cm 寬熱瀝青封閉，用量均為1.0kg/m2。

（8）對處置范圍內(nèi)，未設(shè)伸縮縫的小橋涵挖補后在橋頭兩側(cè)搭板末端設(shè)置2cm 深切縫，并采用熱瀝青灌縫，用量均為1.0kg/m2。

（9）設(shè)置SBS 改性瀝青防水黏結(jié)層路段，灑布SBS改性瀝青后，再撒布與瀝青黏結(jié)較好的9.5～13.2mm 單粒徑碎石。

5.2 橋面病害修復(fù)

對處置范圍內(nèi)上行方向大廟互通C匝道橋、西營子大橋等45 座，下行方向大廟互通D 匝道橋、西營子大橋等9 座，共計54 座存在龜裂、縱縫等病害的特大、大中橋橋面進行挖補處治。根據(jù)現(xiàn)場檢測及橋面鉆芯結(jié)果，確定具體修復(fù)方案如下：

（1）對橋面銑刨4cm 瀝青路面上面層后，回填4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土，根據(jù)病害程度，挖補4cm+6cm 上下面層后，回填4cm AC-13C SBS 改性瀝青混凝土+6cm AC-20C SBS改性瀝青混凝土，層間均灑布SBS 改性瀝青防水層，用量1.8kg/m2，SBS 改性瀝青上部撒布9.5～13.2mm單粒徑碎石。

（2）橋面挖補銑刨瀝青后側(cè)壁均涂刷熱瀝青，頂面橫縱向接縫均采用10cm 寬熱瀝青封閉，用量均為1.0kg/m2。

（3）灑布SBS改性瀝青防水層前，應(yīng)將下面層頂面徹底清掃干凈，尤其瀝青層與橋梁伸縮縫水泥混凝土接觸位置應(yīng)清潔，且涂刷熱瀝青應(yīng)均勻、飽滿。

（4）橋面挖補寬度與路基段行超車道挖補寬度一致，均為8.1m。

6 結(jié)語

承朝高速公路經(jīng)過多年運營使用，在圍場支線的路面和橋面出現(xiàn)了龜裂、縱向裂縫、局部沉降等病害問題。本文首先通過歷年技術(shù)狀況對比和設(shè)備檢測確定該路段的養(yǎng)護方式，然后針對該處治段的路面典型病害問題進行了室內(nèi)試驗，對芯樣材料性能進行檢測，分析了病害成因，并根據(jù)具體路面和橋面的具體病因提出相應(yīng)的修復(fù)方案，為其他和路面病害相關(guān)的工程提供幫助和指導(dǎo)。