瀝青路面基-面層病害關聯(lián)性分析

摘" 要：為探究半剛性基層瀝青路面中面層和基層病害的內在聯(lián)系，梳理總結瀝青面層和半剛性基層病害類型，對比面層和基層中各類病害分布特征。在此基礎上，量化評價基-面層破損面積的相關程度，并對不同面層病害條件下基層破損程度進行對比分析。結果表明，瀝青面層中，裂縫類病害最為嚴重;半剛性基層以塊裂類和松散類病害為主，二者綜合占比約78%;除車轍外，瀝青路面面層與基層病害破損之間存在內在聯(lián)系，面層破損越嚴重則其對應基層損傷越大。

關鍵詞：瀝青路面;路面病害;半剛性基層;統(tǒng)計分析;關聯(lián)性

中圖分類號：U418" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0091-05

Abstract： To evaluate the relationship between the diseases in surface and base courses of semi-rigid base asphalt pavement， the disease types in these two types of course were summarized， and the distribution characteristics of various diseases in surface and base courses were compared. On this basis， the correlation degree of base-surface damage area was quantitatively evaluated， and the base damage degree under different surface disease conditions was compared and analyzed. The results show that in the asphalt pavement， the crack disease is the most serious; the semi-rigid base is dominated by block crack and loose disease， which accounts for about 78%; except for rutting， there is an internal relationship between the asphalt pavement and the base disease. The more serious the surface damage， the greater the corresponding base damage.

Keywords： asphalt pavement; pavement disease; semi-rigid base; statistical analysis; correlation

瀝青路面是我國高等級公路的主要路面形式，其中半剛性基層具有強度高、取材范圍廣、用料成本低等顯著的技術優(yōu)勢，是我國瀝青路面的主要基層類型[1]。然而，由于選材、設計、施工和養(yǎng)護等方面存在的問題，半剛性基層瀝青路面在交通荷載和環(huán)境條件等多因素綜合作用下，產生了車轍、開裂、松散等形式多樣而復雜的病害[2]。日益突出的道路病害，是導致半剛性基層瀝青路面耐久性不足、壽命縮短的主要制約因素，因而長期受到行業(yè)的極大關注。

近年來，國內外學者圍繞半剛性基層瀝青路面病害的致病機理、演變規(guī)律及治理措施等開展了大量有益的研究，并對導致瀝青路面病害產生的行車荷載、材料收縮、動水沖刷和季節(jié)性凍融等內外因素進行了系統(tǒng)梳理。然而，盡管我國瀝青路面主要采用瀝青面層+半剛性基層結構組合，但各層位用材、厚度等顯著不同，各路段的交通組成狀況和服役年限等也差異明顯。因此，針對單一路段的病害調研分析結論其普遍適用性往往受限。此外，目前的病害調研和解析以瀝青面層為主，針對面層開挖后半剛性基層的病害特征及其分布有待量化評價。更為重要的是，以往研究往往通過對瀝青面層和半剛性基層進行簡單劃分，進而分別探究其病害特征，但基于多源路段數(shù)據(jù)對二者病害關系進行統(tǒng)計分析的研究還鮮有報道，這限制了行業(yè)對半剛性基層瀝青路面病害的綜合理解和整體把握。

基于上述原因，本研究通過調研、整理公開報道的我國不同半剛性基層瀝青路面的病害數(shù)據(jù)，通過數(shù)理統(tǒng)計量化分析了瀝青面層、半剛性基層的病害分布特征，并探究了基-面層病害特征的內在聯(lián)系。本研究的開展，有助于在工程實踐中對瀝青路面病害的快速識別，對非開挖條件下半剛性基層的病害預判具有較好的指導意義，可為進一步解析半剛性基層瀝青路面病害特征和相關改善措施的提出提供一定技術基礎。

1" 瀝青面層病害調研及特征分析

1.1" 病害類型

在行車荷載、環(huán)境條件、路面結構材料及道路養(yǎng)護等內外因素綜合作用下，我國瀝青路面表現(xiàn)出開裂、松散、變形等多種病害形式。整體上，瀝青路面損害形態(tài)可大致分為裂縫類、松散類、變形類及其他類。具體而言，我國現(xiàn)行JTG 5210—2018《公路技術狀況評定標準》中將瀝青路面損壞分為龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪擁包、泛油和修補等[3]。其中，各類病害按其損傷程度，還可進一步分為輕型、中型和重型。在路面病害致病機理方面，同一因素可引發(fā)不同形態(tài)的路面損傷。例如，在行車荷載反復作用下，瀝青面層往往表現(xiàn)出疲勞開裂、車轍、表面磨光等多種病害。與此同時，路面的同一病害也往往存在多種致病因素。以橫向裂縫為例，瀝青面層橫縫成因既包括行車荷載、溫度變化等外因作用，同時也與半剛性基層反射裂縫存在密切聯(lián)系。

1.2" 病害統(tǒng)計分析

通過文獻調研，對國內27條高速公路（均為半剛性基層瀝青路面）各類病害的占比情況整理、匯總[4-7]。在此基礎上，為進一步明確各類病害的組成情況，對上述各高速公路瀝青路面病害類型的分布情況進行對比分析，結果如圖1所示。

由圖1可知，不同高速公路由于其交通組成、工況條件及服役年限不同，各類病害占比的分布情況也存在明顯差異。例如，津滄、津保高速由于行車荷載大等原因導致其車轍病害較為嚴重，渝長、長萬高速由于長大縱坡較多導致其車轍病害占比相對較大，而京滬、鎮(zhèn)溧、寧常高速由于服役年限較長，相比沿江、錫張高速的修補病害明顯較多。盡管如此，各高速公路的病害占比分布仍具有一定的共性特征，其中最為明顯的是裂縫類病害（尤其是橫縫）的占比均較大，這主要是由于我國高等級公路瀝青路面以半剛性基層為主，基層反射裂縫導致路面層形成大面積橫向裂縫[8]。

2" 半剛性基層病害調研及特征分析

2.1" 病害類型

大量工程實踐表明，瀝青路面半剛性基層主要包括裂縫類病害、塊裂類病害和松散類病害等病害形式。其中，裂縫類病害包括橫向裂縫、縱向裂縫和縱橫交叉裂縫3類;塊裂類病害包括整體性塊裂、輪跡帶塊裂、縱橫交叉塊裂和沉陷性塊裂4類;松散類病害包括整體松散和局部松散等。此外，根據(jù)病害發(fā)生時期不同，可將上述病害分為早期、中期和末期病害。在致病機理方面，與瀝青面層類似，半剛性基層同類病害形成往往包含多種致病成因。同時，同一作用因素（如行車荷載）可導致多種病害的形成。

2.2" 病害統(tǒng)計分析

通過文獻調研，針對我國部分高速公路（通車5年以上）瀝青路面半剛性基層共計3 614處病害進行統(tǒng)計[9]。整體來看，裂縫類病害791處，塊裂類、松散類病害分別為1 815、1 008處。其中，裂縫類病害中的橫向裂縫、縱向裂縫和縱橫交叉裂縫分別為322、154和315處;塊裂類病害中的整體性塊裂、輪跡帶塊裂、縱橫交叉塊裂和沉陷性塊裂分別為429、407、924和55處;松散類病害中的整體松散和局部松散分別為329和679處。上述結果表明，我國瀝青路面半剛性基層病害數(shù)量由大到?。簤K裂類，松散類，裂縫類。為進一步對比各類病害的嚴重程度，對其在整體病害中的占比情況進行比較分析，如圖2所示。

由圖2可知，瀝青路面半剛性基層病害中，超過50%的病害為塊裂類，而其中出現(xiàn)頻率最高的縱橫交叉塊裂占比達到25.57%。其次，共有27.9%松散類病害（包括9.1%整體松散、18.79%局部松散），即塊裂類和松散類病害總計約為78%。裂縫類病害中，橫向裂縫和縱橫交叉裂縫相對最多，占整體病害比例分別為8.91%和8.72%。對比圖1、圖2可知，瀝青面層和半剛性基層的病害形式和占比存在較大差異，后者裂縫類（尤其是橫縫）的占比明顯較小。值得注意的是，半剛性基層中塊狀裂縫和松散類病害的出現(xiàn)，將嚴重損傷其板體性和承載能力，從而使得瀝青路面發(fā)生結構性破壞，進而導致沉陷、坑槽等病害的發(fā)生[10]。

以往研究和工程實踐表明，半剛性基層瀝青路面服役壽命低于其設計使用壽命的重要原因是基層模量在使用過程中發(fā)生衰減[11]。為此，本研究通過對服役末期（服役15年）的瀝青路面半剛性基層回彈模量取樣調查發(fā)現(xiàn)，由于路面病害發(fā)生的不均勻性，服役末期高速公路瀝青路面不同點位半剛性基層模量衰減幅度差異較大。相比路面嚴重病害條件，輕度病害處不同點位間基層模量的波動性更為顯著。盡管如此，所有測量點位中，基層模量衰減均超過40%，其中最嚴重處模量衰減幅度接近98%。

3" 基-面層病害關聯(lián)性分析

對總計27 820 m2高速公路（服役15年）瀝青路面的面層、基層破損面進行調研，得到各類病害的破損情況[12]。其中，瀝青路面各類病害的面層、基層破損面積分別為1 169.3 m2和643.2 m2。計算其占總調查面積的百分比（破損率，%）可知，服役15后（期間進行了修補），所調研路段高速公路面層破損率為4.2%，其中面層破損處對應基層超過50%發(fā)生各類病害，使得基層破損達到總面積的2.3%。

此外，對上述調研數(shù)據(jù)中各類病害面層破損面積和基層破損面積進行相關性分析，如圖3（a）所示，可見二者之間擬合決定系數(shù)僅為0.331 6。值得注意的是，圖3（a）中輕度車轍數(shù)據(jù)為明顯的異值點。因此，僅考慮車轍外其他病害的基-面層破損面積進行擬合發(fā)現(xiàn)，二者之間存在顯著的線性關系，如圖3（b）所示。上述結果表明，對非車轍類病害而言，面層破損程度越大則其半剛性基層病害也越嚴重。

綜合圖3（a）和圖3（b）可知，在裂縫、坑槽和沉陷病害方面，面層破損和基層破損之間存在明顯的正相關關系，即瀝青表面目測此類病害越嚴重，可推知其對應基層也存在較為嚴重的病害損傷。車轍變形的外因是渠化交通、荷載作用次數(shù)的累加和高溫作用，內因是瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性和抗塑性變形能力。因此，瀝青路面輕度車轍條件下，其對應基層并無明顯損傷。

為進一步量化分析基層與面層破損的關聯(lián)性，對比分析瀝青面層各類病害條件下基層破損占面層破損面積的百分比（破損比，%），結果如圖4所示。

由圖4可知，基層各類病害中，破損比最大的為塊裂、龜裂，破損比為91%～100%。同時，重度破損的坑槽和沉陷發(fā)生時，基層破損比均達到100%，說明面層中此類病害外化出現(xiàn)時，其對應基層較大可能已發(fā)生破壞[13]。相比而言，裂縫類和車轍破損比相對較小。此外，由圖4還可以看出，輕、重破損條件下，基層破損比差異明顯。為此，進一步對2種破損條件下的基層破損比進行對比分析，結果如圖5所示。

圖5所示結果表明，相比輕度破損條件，面層重度破損時，基層破損比明顯增大。其中，輕度車轍對應基層無破損，但重度車轍時基層破損比達到54%，說明此時由于面層對應力分散能力顯著下降，且往往伴有開裂、水損害等病害，導致基層發(fā)生結構性破壞。同時，進一步分析還發(fā)現(xiàn)，輕、重2種破損條件下，基層破損比曲線變化趨于一致，說明瀝青路面輕度破損病害對應的基層破損比越大，則其重度破損條件下的破損比也相對越大。

4" 結論

本研究統(tǒng)計分析了瀝青路面中瀝青面層和半剛性基層的病害類型及其分布情況，進而對基-面層病害的內在聯(lián)系進行了量化分析，主要結論如下。

1）整體而言，相比變形、松散和其他類病害，半剛性基層瀝青路面面層中裂縫類病害相對最為嚴重。

2）半剛性基層病害形式主要包括裂縫類、塊裂類和松散類病害，其中塊裂類、松散類病害比例達到約78%，這將嚴重損害半剛性基層的板體性和承載能力，從而促使瀝青路面發(fā)生結構性損傷，導致沉陷、坑槽等病害的發(fā)生。

3）除車轍外，瀝青路面面層與基層病害破損之間存在內在聯(lián)系，面層破損越嚴重則其對應基層損傷越大，其中面層龜裂、塊裂、重度坑槽、重度沉陷出現(xiàn)時，基層發(fā)生破損的概率較大。

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