濕熱地區(qū)高速公路坑槽病害評(píng)估與對(duì)策

蔡揚(yáng)發(fā)，黃民如，楊海明，楊藝

（1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州510420；2.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司，廣東 廣州510550）

華南濕熱地區(qū)最突出的氣候特征是高溫多雨，且高溫持續(xù)時(shí)間長，降雨量大，平均年降雨量大于1500mm，最高月平均氣溫可達(dá)30℃以上[1-3]。瀝青混合料是一種感溫性極強(qiáng)的材料，其路用性能受溫度和濕度影響較大，如果瀝青路面出現(xiàn)裂縫，或者施工離析造成空隙率過高，路表水容易滯留滲入瀝青混合料內(nèi)部[4-6]，在交通荷載和動(dòng)水壓力作用下，混合料會(huì)出現(xiàn)松散，若不及時(shí)處理將發(fā)展成為坑槽，最終引發(fā)路面結(jié)構(gòu)性破壞，這不僅會(huì)削弱路面平整度，影響行車的安全和舒適，還會(huì)縮短瀝青路面的使用壽命，降低其服務(wù)質(zhì)量和耐久性[7-10]。

廣東省作為我國瀝青路面使用性能氣候分區(qū)中的夏炎熱冬溫潮濕區(qū)的典型代表之一，多數(shù)高速公路地處高溫多雨的山區(qū)，加上近年經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的交通量快速增長，重載車輛占比趨高，故路面坑槽病害問題更為突出，導(dǎo)致廣東濕熱地區(qū)的瀝青路面病害類型及發(fā)展有別于其它地區(qū)。

廣東省某高速公路為半剛性基層結(jié)構(gòu)，路面總厚度為88cm，瀝青層厚17cm，上面層和中面層分別為4.5cm和5.5cm，在通車5年內(nèi)局部路段即出現(xiàn)了嚴(yán)重坑槽病害。本項(xiàng)目結(jié)合對(duì)廣東省某高速公路的坑槽病害評(píng)估工程實(shí)踐，旨在對(duì)瀝青路面坑槽病害的成因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，并給出有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施，為廣東濕熱地區(qū)高速公路瀝青路面坑槽病害的防治提供依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

1 路面現(xiàn)場檢測(cè)

1.1 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

采用落錘式彎沉儀FWD 對(duì)原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13、CAP 養(yǎng)護(hù)三個(gè)典型病害路段慢車道進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)，并分別在坑槽處和距坑槽30cm ～50cm 無病害處設(shè)置測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果見圖1。

圖1 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果（單位：0.01mm）

（1）路面彎沉代表值為7.4～14.8（0.01mm），且坑槽處和無病害處的彎沉值差異較小，均小于設(shè)計(jì)彎沉19.7（0.01mm），說明基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度整體較好。

（2）對(duì)比原路面、GAC-13 路段及CAP 路段的彎沉代表值和變異系數(shù)，均顯示原路面＜CAP 路段＜GAC-13 路段，說明三者彎沉的離散程度存在差異，而這與路面現(xiàn)場坑槽病害的嚴(yán)重程度的規(guī)律保持一致。

1.2 路面鉆芯

采用水鉆法對(duì)原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13、CAP 養(yǎng)護(hù)和橋面四個(gè)典型路段的坑槽處和相鄰無病害處分別進(jìn)行取芯，現(xiàn)場芯樣見圖2。

圖2 現(xiàn)場芯樣

（1）四個(gè)典型路段坑槽處和無病害處的芯樣平均破損率分別為45.5%和20.8%，說明坑槽處的混合料粘結(jié)質(zhì)量整體上劣于無病害處，更容易受到水損害的影響，其中橋面芯樣的完整性較好，無病害處芯樣的完整率為100%，與現(xiàn)場橋梁段坑槽病害弱于路基段情況一致。

（2）芯樣的破損主要與芯樣下面層出現(xiàn)殘缺和層間脫粘兩者因素相關(guān)，說明瀝青下面層的強(qiáng)度不足和層間粘結(jié)不良在一定程度上導(dǎo)致了瀝青面層服役壽命的衰減。

2 室內(nèi)試驗(yàn)分析

2.1 基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

在原路面和銑刨重鋪GAC-13 路段的坑槽處及相鄰無病害處分別鉆取2 個(gè)直徑150mm 的上水穩(wěn)基層芯樣試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，基層7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為4.0～6.0MPa。

基層取樣共計(jì)8 樣，基層芯樣均完整取出，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為8.4MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，且原路面和銑刨重鋪路段不同位置的基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度差異不大，均維持在較高水平，說明水穩(wěn)基層整體強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性較好。

2.2 瀝青抽提試驗(yàn)

在原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13 和橋面段鉆芯取樣，將上中下面層分開測(cè)試油石比，上中下面層的設(shè)計(jì)油石比分別為4.80%、4.10%、3.70%。

根據(jù)瀝青抽提結(jié)果，坑槽位置旁瀝青含量比路肩無病害處要低，其中上面層油石比均值為4.47%，分布范圍為4.21%～4.68%，較最佳油石比低0.12%～0.59%；中面層油石比均值為3.81%， 分布范圍為3.54%～3.93%，較最佳油石比低0.17%～0.56%；下面層油石比均值為3.36%，分布范圍為3.16%～3.48%，較最佳油石比低0.22%～0.54%；說明上中下面層混合料瀝青含量整體偏低。

2.3 回收瀝青三大指標(biāo)

將原路面混合料抽提的瀝青回收進(jìn)行三大指標(biāo)試驗(yàn)，其中上中面層采用的是SBS 改性瀝青，下面層采用的是普通70 號(hào)瀝青。

（1）上面層回收改性瀝青針入度為32.1（0.1mm），延度為6.5cm，軟化點(diǎn)為78.0℃；中面層回收改性瀝青針入度為16.9mm（0.1mm），延度為6.3cm，軟化點(diǎn)為84.5℃；下面層回收普通瀝青，瀝青針入度為14.7mm（0.1mm），延度為2.7cm，軟化點(diǎn)為67.5℃。

（2）由回收后瀝青三大指標(biāo)分析可知，瀝青老化后明顯變硬變脆，塑性增強(qiáng)，彈性減弱，粘度降低，具體表現(xiàn)為針入度減小，延度降低，軟化點(diǎn)升高，其中上面層改性瀝青軟化點(diǎn)、針入度、延度衰減幅度分別為6.8%、39.4%、81.4%，中面層改性瀝青分別為15.8%、68.1%、82.0%，下面層普通瀝青分為39.2%、75.5%、86.4%，證明三層混合料瀝青均存在不同程度的老化，而下面層普通瀝青老化最嚴(yán)重。

2.4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)評(píng)定瀝青混合料水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 飛散試驗(yàn)結(jié)果

（1）坑槽附近的芯樣的飛散損失整體大于無病害處的芯樣，說明坑槽處的混合料的抗水害能力整體弱于無病害處，無病害的芯樣的抗水損害能力多保持在良中等級(jí)，而坑槽處芯樣的抗水損害能力已降至次差等級(jí)。

（2）芯樣飛散質(zhì)量損失率的大小排序整體為銑刨重鋪GAC-13 ＞原路面GAC-16 ＞橋面，基本與坑槽病害的發(fā)展程度一致，說明坑槽病害與瀝青混合料的抗水損害能力密切相關(guān)。

（3）下面層芯樣的飛散損失率整體要大于上中面層，說明下面層抗水害能力要弱于上中面層，這一方面與下面層使用的瀝青為基質(zhì)瀝青且油石比更低有關(guān)，另一方面由瀝青老化后的三大指標(biāo)可知，下面層的瀝青老化程度亦更高，使得瀝青膠結(jié)能力大幅下降，造成下面層抗水損害能力更弱。

3 病害原因與對(duì)策

3.1 病害原因

依據(jù)現(xiàn)場鉆芯開挖情況，結(jié)合FWD 對(duì)于路面彎沉的測(cè)定結(jié)果和對(duì)于水穩(wěn)基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，綜合表明路面基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好，暫不構(gòu)成路面坑槽的形成原因，所以導(dǎo)致路面坑槽的成因主要集中在瀝青層。

（1）瀝青混合料各層水穩(wěn)定性不足。根據(jù)肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)結(jié)果，瀝青上中下面層抗水損害能力分別評(píng)定為中次差等級(jí)。

（2）瀝青混合料瀝青含量低。瀝青含量試驗(yàn)顯示各層混合料測(cè)定油石比均小于設(shè)計(jì)油石比，且超出規(guī)范要求的0.3%的范圍，易造成混合料空隙率整體偏高，路面容易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，由于雨水進(jìn)入路面內(nèi)部后難以排除，使路面處于飽水狀態(tài)，在行車荷載作用下，產(chǎn)生動(dòng)水壓力沖刷瀝青混合料，更容易造成水損壞。

（3）瀝青老化嚴(yán)重，三大指標(biāo)衰減幅度較大。根據(jù)混合料回收各層瀝青的試驗(yàn)結(jié)果顯示，瀝青存在異常老化現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青變硬變脆，塑性增強(qiáng)，彈性減弱，粘度降低，瀝青組分及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性發(fā)生變化，易與礦料剝離，導(dǎo)致瀝青混合料顆粒產(chǎn)生脫落。

（4）瀝青層層間粘結(jié)差，下面層整體強(qiáng)度不足?，F(xiàn)場取芯有接近50%的芯樣出現(xiàn)斷裂或崩角損壞，不能完整取出，粘聚力薄弱，徒手可輕松剝碎芯樣下面層，同時(shí)層間粘結(jié)不足導(dǎo)致層間抗剪強(qiáng)度下降，二者綜合會(huì)降低瀝青層抵御車輛荷載的能力。

3.2 養(yǎng)護(hù)對(duì)策

為改善路面行駛安全性和舒適性，延長路面使用壽命，從根本上解決路面坑槽病害，遂結(jié)合廣東氣候特點(diǎn)，提出了有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

首先對(duì)全線坑槽病害進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后對(duì)全線路基段加鋪4cmGAC-13+6cmGAC-20，對(duì)瀝青面層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，改變路面承載模式，原路面的瀝青層變?yōu)樯匣鶎?，由半剛性基層改變?yōu)榻M合式基層；對(duì)全線橋梁段銑刨兩層，中面層重鋪新瀝青混合料6cmGAC-20，上面層重鋪2cm 熱拌熱鋪超薄罩面。

4 結(jié)語

將廣東省某高速公路瀝青路面的坑槽病害通過現(xiàn)場檢測(cè)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)的手段進(jìn)行了綜合診斷，對(duì)包括瀝青混合料水穩(wěn)定性差、瀝青混合料瀝青含量低、瀝青老化嚴(yán)重和瀝青層層間粘結(jié)差等坑槽病害的成因進(jìn)行了分析，最后提出了有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)對(duì)策，從而為廣東濕熱地區(qū)高速公路瀝青路面坑槽病害的評(píng)估與防治提供思路。