高速公路養(yǎng)護(hù)施工中瀝青路面技術(shù)狀況預(yù)測方法研究

陳思艷

摘? 要：為直觀掌握公路瀝青路面的性能變化情況，使高速公路的養(yǎng)護(hù)施工方案具備明確的參考信息，對瀝青路面的技術(shù)狀況做出合理科學(xué)的預(yù)測，該文針對常見的高速公路瀝青路面病害特征進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)以昭通市農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目為例采用馬爾可夫模型進(jìn)行預(yù)測和分析。最終得出，基于灰色馬爾可夫模型對昭通市農(nóng)村公路路面技術(shù)狀況的預(yù)測指標(biāo)與公路實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相符合，經(jīng)過相應(yīng)養(yǎng)護(hù)過后，路面性能指標(biāo)得到顯著優(yōu)化。因此，通過對高速公路路面性能預(yù)測模型進(jìn)行構(gòu)建，能夠較為直觀地針對瀝青路面性能指標(biāo)做出評價(jià)、分析與預(yù)測，同時(shí)結(jié)合實(shí)際給出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方案建議，對提升高速公路運(yùn)行安全性能，延長高速公路運(yùn)行壽命具有關(guān)鍵性意義，值得推廣和運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：高速公路；瀝青路面；養(yǎng)護(hù)技術(shù)；預(yù)測方法；施工工藝

中圖分類號(hào)：U418.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）06-0132-04

Abstract： In order to intuitively grasp the performance changes of highway asphalt pavement， make the expressway maintenance and construction plan have clear reference information， and make a reasonable and scientific prediction of the technical status of asphalt pavement， this paper summarizes the common disease characteristics of expressway asphalt pavement， and uses Markov model to predict and analyze the rural highway maintenance project in Zhaotong City. Finally， it is concluded that the prediction index of the technical status of the rural highway pavement in Zhaotong based on the Markov model is consistent with the actual operation state of the highway. After the corresponding maintenance， the pavement performance index has been significantly optimized. Therefore， through the construction of expressway pavement performance prediction model， the performance index of asphalt pavement can be evaluated， analyzed and predicted intuitively， and the corresponding maintenance scheme suggestions are given in combination with practice. It is of key significance to improve the safety performance of expressway operation and prolong the service life of expressway， which is worth popularizing and applying.

Keywords： highway; asphalt pavement; maintenance technology; prediction method; construction technology

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國高速公路的建設(shè)里程與規(guī)模不斷擴(kuò)大，據(jù)交通運(yùn)輸部相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年年末，我國高速公路總里程數(shù)達(dá)17.7萬公里，而在此背景下，也給高速公路路面養(yǎng)護(hù)工作的開展帶來了一定的壓力和挑戰(zhàn)。相關(guān)管理部門與技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際采取針對性措施對瀝青路面當(dāng)前技術(shù)狀況進(jìn)行預(yù)測與分析，并因地制宜構(gòu)建相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)優(yōu)化方案，使公路路面的安全性與耐用性得到強(qiáng)化與提升。

1? 常見的高速公路瀝青路面破壞模式

1.1? 裂縫類破壞

裂縫類破壞是高速公路運(yùn)行與養(yǎng)護(hù)過程當(dāng)中最為常見的一種破壞類型，主要由路基不均勻沉降、氣候變化、路面老化及施工工藝等相關(guān)因素引起，高速公路路面裂縫不僅會(huì)對路容美觀產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)還會(huì)給公路行車安全以及行車舒適度造成一定的威脅。常見的路面裂縫包括橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀龜裂及不規(guī)則裂縫等幾種不同形態(tài)，其影響范圍各不相同，養(yǎng)護(hù)要求也存在差別。

1.2? 松散類破壞

現(xiàn)階段在高速公路路面的施工建設(shè)過程當(dāng)中，以瀝青混合料為代表的施工材料得到了廣泛運(yùn)用，與此同時(shí)，由于一些公路項(xiàng)目在施工建設(shè)過程當(dāng)中未針對集料配比方案進(jìn)行明確優(yōu)化，受施工時(shí)溫度過低或排水設(shè)計(jì)欠缺等影響，導(dǎo)致公路表層瀝青混合料出現(xiàn)流失現(xiàn)象，進(jìn)而給路面造成松散狀的破壞，按照破壞范圍以及破壞深度一般可將其分為輕度破壞與重度破壞2個(gè)主要等級(jí)。

1.3? 變形類破壞

變形類破壞指的是在外力因素與路面施工工藝雙重作用下導(dǎo)致的路面變形現(xiàn)象，一般包括車轍、沉陷、擁包、搓板和波浪等幾種形態(tài)。

車轍主要由重型車輛運(yùn)行過程中輪胎向路面施加的荷載作用影響形成，一些高速公路項(xiàng)目建設(shè)過程當(dāng)中，其基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度存在一定欠缺，路面面層壓實(shí)度較差，同樣也成為了路面車轍形成的關(guān)鍵性影響要素[1]。通過對高速公路瀝青路面車轍的深度與形態(tài)進(jìn)行綜合分析，能夠較為直觀地反映出當(dāng)前高速公路路面的運(yùn)行狀況及其壽命情況，從而為路面養(yǎng)護(hù)方案的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供參考。

一些公路項(xiàng)目在建設(shè)施工過程當(dāng)中，對于基層處理的關(guān)注與重視程度不足，導(dǎo)致在該環(huán)節(jié)當(dāng)中的土質(zhì)選用不合理，部分施工團(tuán)隊(duì)對路基壓實(shí)不夠充分，其內(nèi)部填料強(qiáng)度與承載能力較差，受積水現(xiàn)象影響較為顯著，可能會(huì)引發(fā)公路路面的豎向變形，導(dǎo)致沉陷情況的發(fā)生。

在高速公路的運(yùn)行過程當(dāng)中，車輛往往需要按照規(guī)劃要求向某一特定方向行駛，而一些公路項(xiàng)目在進(jìn)行路面建設(shè)的同時(shí)，對面層部位瀝青混合料的配比掌控不夠嚴(yán)格，在面層結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中未能針對其強(qiáng)度與承載能力進(jìn)行驗(yàn)證，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)對車輛行駛過程的適應(yīng)性較差，進(jìn)而在公路路面部位出現(xiàn)順應(yīng)車輛行駛方向的局部隆起，形成瀝青路面擁包。

搓板與波浪同樣也是高速公路瀝青路面在運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生的不同形態(tài)的變形狀態(tài)，其主要與路面瀝青混合料含油量、公路車輛載荷情況以及公路運(yùn)行環(huán)境溫度等要素相關(guān)，一些公路項(xiàng)目在運(yùn)行管理的過程當(dāng)中，對于周邊環(huán)境的監(jiān)測存在滯后，對路面管理和協(xié)調(diào)存在欠缺，導(dǎo)致路面變形現(xiàn)象愈演愈烈，給行車安全以及路面養(yǎng)護(hù)工作的開展造成了嚴(yán)重?fù)p害。

1.4? 其他類破壞

除了裂縫、松散、變形等高速公路路面病害之外，路面泛油、瀝青外溢等同樣也是高速公路管護(hù)建設(shè)過程當(dāng)中常見的病害形式，一些公路項(xiàng)目在進(jìn)行排水設(shè)計(jì)與路面建設(shè)的過程當(dāng)中，忽視了路面與基層之間的空間設(shè)計(jì)，在車輛長時(shí)間載荷作用以及積水作用下，導(dǎo)致面層內(nèi)部的瀝青發(fā)生膨脹，面層下方材料不斷向上遷移，使公路路面出現(xiàn)泛油與瀝青外溢等病害，對公路的使用和運(yùn)行壽命也產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

2? 高速公路養(yǎng)護(hù)施工中瀝青路面技術(shù)狀況的影響因素及預(yù)測模型

2.1? 影響因素

第一是路面特征產(chǎn)生的影響。各地區(qū)地質(zhì)環(huán)境狀況、公路建設(shè)需求以及施工規(guī)劃目標(biāo)等要素存在一定的差異，因此在建設(shè)方案當(dāng)中的路面特征表現(xiàn)同樣也各具特色，只有明確目標(biāo)項(xiàng)目公路路面的基本特征，才能為路面技術(shù)狀況的預(yù)測模型構(gòu)建提供相應(yīng)的參考[2]。

第二是交通運(yùn)輸量與路面荷載情況所產(chǎn)生的影響。作為現(xiàn)代化交通基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中的重要組成部分，高速公路所需要擔(dān)負(fù)的運(yùn)輸任務(wù)極為艱巨，重點(diǎn)線路年均交通量不斷提升，車輛荷載不斷增加，使得公路瀝青路面容易產(chǎn)生裂縫、松散、變形等病害，對公路運(yùn)行性能及其使用壽命產(chǎn)生了一系列負(fù)面影響。

第三是氣候環(huán)境所產(chǎn)生的影響。受到瀝青混合料物化特性的影響，導(dǎo)致其對于氣候以及溫度的變化情況較為敏感，公路路面承載力發(fā)生相應(yīng)變化。因此在針對高速公路瀝青路面技術(shù)狀況進(jìn)行分析和預(yù)測的過程當(dāng)中，也應(yīng)當(dāng)充分考慮到公路周邊的環(huán)境要素，提升公路路面養(yǎng)護(hù)方案的可行性與針對性。

第四是公路運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生的影響。高速公路建設(shè)過程當(dāng)中所應(yīng)用到的相關(guān)材料包括水泥、瀝青、鋼筋和砂石等，這些材料在長時(shí)間的使用過程當(dāng)中，其物化性能可能會(huì)發(fā)生一定的變化，對路面載荷的承載能力不斷下降，路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損、變形等病害現(xiàn)象的概率不斷提升。相關(guān)管理部門以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)在針對高速公路瀝青路面技術(shù)狀況進(jìn)行預(yù)測的同時(shí)，還應(yīng)考慮到公路在當(dāng)?shù)丨h(huán)境當(dāng)中的運(yùn)行時(shí)間，從而保障路面狀況預(yù)測分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與有效性。

第五是施工工藝以及施工過程所造成的影響。一些公路施工項(xiàng)目現(xiàn)場管理較為嚴(yán)格，工藝流程梳理較為嚴(yán)謹(jǐn)與明確，使高速公路瀝青路面發(fā)生變形、破損等病害的概率得到有效控制，而其他一些高速公路的現(xiàn)場施工管理則存在一定不足，管理部門與技術(shù)團(tuán)隊(duì)對施工技術(shù)以及現(xiàn)場工藝流程要求的關(guān)注存在一定欠缺，導(dǎo)致公路項(xiàng)目瀝青路面出現(xiàn)各類病害。

2.2? 預(yù)測模型

現(xiàn)階段道路養(yǎng)護(hù)施工統(tǒng)計(jì)預(yù)測工作開展過程中常用的預(yù)測模型主要包括確定型預(yù)測模型、概率型模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和灰色預(yù)測模型等幾種，其中灰色馬爾可夫模型的項(xiàng)目適應(yīng)能力較強(qiáng)，計(jì)算過程較為便捷，具有廣泛的應(yīng)用前景[3]。

在基于灰色馬爾可夫模型對高速公路瀝青路面技術(shù)狀況進(jìn)行預(yù)測、分析與研究的過程中，首先需要建立模型。其模型原始序列為

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)累加過后得到新序列

序列變化式為

式中：a為模型發(fā)展灰數(shù)；b為內(nèi)生控制灰數(shù)；t=0，1，2，…，n-1。運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行帶入計(jì)算過后，能夠得到最終模型

模型構(gòu)建完成后，可采用殘差法、關(guān)聯(lián)度法及后驗(yàn)差法等方式針對模型預(yù)測精度以及預(yù)測有效性進(jìn)行驗(yàn)證與分析。

為對高速公路瀝青路面在一定時(shí)期內(nèi)的技術(shù)狀況進(jìn)行更加細(xì)致深入的預(yù)測，使高速公路路面養(yǎng)護(hù)施工得到針對性的參考依據(jù)。本文以昭通市公路某段瀝青路面技術(shù)狀況為例進(jìn)行分析和預(yù)測。其在2012—2015年的路面技術(shù)指標(biāo)（PCI）分別為97.68、88.42、85.01、82.46，將其帶入預(yù)測模型過后，得到2016—2017年路面技術(shù)指標(biāo)（PCI）分別為83.08、80.99，通過與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的比對能夠發(fā)現(xiàn)，二者之間的誤差在統(tǒng)計(jì)學(xué)范圍內(nèi)，因此上述模型在高速公路瀝青路面技術(shù)狀況的預(yù)測與分析過程當(dāng)中具備相應(yīng)的參考與應(yīng)用價(jià)值。

3? 基于高速公路的瀝青路面養(yǎng)護(hù)措施

3.1? 微表處治

微表處治技術(shù)是一種針對高速公路瀝青路面局部病害進(jìn)行改善和處置的重要技術(shù)手段，具有施工速度快、封層效果好等特點(diǎn)，在當(dāng)前高速公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)工作當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。

首先，在對高速公路瀝青路面局部病害進(jìn)行微表處治之前，相關(guān)管理部門以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)做好施工養(yǎng)護(hù)的準(zhǔn)備工作，從物質(zhì)層面確保路面病害微表處治工作的開展水平以及開展效果。一般來說，公路路面微表處治中需要應(yīng)用到的設(shè)備包括攤鋪機(jī)或稀漿封層機(jī)等，養(yǎng)護(hù)施工材料主要包括改性瀝青、水泥填料、貼縫帶、灌封膠及外加劑等，通過上述設(shè)備與材料的準(zhǔn)備工作，能夠?yàn)榻酉聛淼氖┕ゐB(yǎng)護(hù)工序奠定較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)養(yǎng)護(hù)效果的不斷提升。另外，養(yǎng)護(hù)與施工團(tuán)隊(duì)還應(yīng)當(dāng)做好施工現(xiàn)場的準(zhǔn)備工作，針對路面當(dāng)中的泥土、雜物等進(jìn)行全面清理，同時(shí)按照微表處治要求在路面部位施劃導(dǎo)線，為處治工作的開展提供參考。

其次，開啟攤鋪設(shè)備，針對處治之前所準(zhǔn)備的混合料進(jìn)行全面攤鋪。攤鋪過程當(dāng)中，施工人員以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場施工要求著力控制攤鋪設(shè)備的行進(jìn)速度以及混合料的攤鋪效率，使攤鋪料厚度更加均勻，避免出現(xiàn)厚度不均等情況，為實(shí)現(xiàn)對瀝青路面的進(jìn)一步保護(hù)提供支持。

最后，需針對攤鋪缺陷進(jìn)行人工處理并進(jìn)行養(yǎng)生工作。在攤鋪過程當(dāng)中，受到路面環(huán)境因素以及混合料性能等因素的影響，可能會(huì)產(chǎn)生一定的缺陷。因此技術(shù)人員在混合料攤鋪工作基本完成后，需要結(jié)合設(shè)計(jì)方案以及養(yǎng)護(hù)目標(biāo)針對面層攤鋪施工情況以及路面技術(shù)狀況進(jìn)行檢驗(yàn)，針對存在缺陷的部位進(jìn)行及時(shí)處理，避免其對后續(xù)施工和運(yùn)行產(chǎn)生影響，確保公路交通的順暢運(yùn)行[4]。

3.2? 碎石封層

在高速公路瀝青路面的建設(shè)、運(yùn)行與養(yǎng)護(hù)工作中，外部積水可能會(huì)對路面技術(shù)狀態(tài)產(chǎn)生一系列影響，進(jìn)而引發(fā)滲水、瀝青外溢或松散病害，因此如何做好路面封層工作、實(shí)現(xiàn)層間黏結(jié)目標(biāo)、延長罩面使用運(yùn)行壽命成為了技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及道路管理部門需要解決的另一項(xiàng)關(guān)鍵性問題。相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)明確碎石封層技術(shù)的適用范圍、施工流程以及相關(guān)注意事項(xiàng)，從而使高速公路瀝青路面的預(yù)防養(yǎng)護(hù)工作開展效果得到進(jìn)一步保障。按照國家有關(guān)要求和規(guī)定，碎石封層技術(shù)適用于PCI指數(shù)大于82的二級(jí)公路或PCI指數(shù)大于80的三、四級(jí)公路養(yǎng)護(hù)施工當(dāng)中，對控制公路路基基層間滑動(dòng)現(xiàn)象，減少路面滲水情況的發(fā)生具有重要作用。

在依托碎石封層技術(shù)針對高速公路瀝青路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工的同時(shí)，相關(guān)管理部門以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)嚴(yán)格落實(shí)JTG 5412—2019《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》以及JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)要求，在施工過程當(dāng)中對膠結(jié)料性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，明確膠結(jié)料配比，同時(shí)針對碎石封層當(dāng)中所使用的石料進(jìn)行合理選擇，保障碎石撒布的均勻性，在布撒完成后，需采用碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓處理，使其更符合路面封層養(yǎng)護(hù)要求。

3.3? 灌縫封縫

受到氣候溫度變化、路面老化以及荷載影響，導(dǎo)致高速公路路面出現(xiàn)各種形態(tài)的裂縫，一旦發(fā)生降水，地表水可能會(huì)沿著路面裂縫進(jìn)入到公路面層內(nèi)部，導(dǎo)致公路各層之間黏結(jié)性不斷下降，路面出現(xiàn)變形病害的可能性不斷提升，因此當(dāng)公路路面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象時(shí)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)與管理部門應(yīng)當(dāng)積極采取措施進(jìn)行灌縫與封縫作業(yè)，減少降水浸入公路面層的可能性，使路面病害得到有效控制[5]。通常技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及管理部門可采用改性瀝青或灌縫膠等作為封縫作業(yè)的主要材料，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在針對高速公路路面進(jìn)行灌縫封縫作業(yè)之前，應(yīng)當(dāng)明確公路周邊環(huán)境特性、路面開裂規(guī)模及開裂特點(diǎn)等相關(guān)要素，并立足實(shí)際對公路路面灌縫封縫作業(yè)方案進(jìn)行合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，提升路面開裂修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果，將地表水有效隔絕在面層以外，避免出現(xiàn)額外的路面病害風(fēng)險(xiǎn)。

3.4? 超薄磨耗層技術(shù)

作為一種較為新穎的公路路面病害養(yǎng)護(hù)技術(shù)，超薄磨耗層技術(shù)最早于20世紀(jì)90年代被提出，相較于傳統(tǒng)的碎石攤鋪或?yàn)r青攤鋪技術(shù)，采用改性瀝青、混合料經(jīng)由攤鋪碾壓形成的路面超薄磨耗層具有耐磨效果好、成本低廉、適應(yīng)路面排水要求等優(yōu)勢，同時(shí)還能針對路面老化等引發(fā)的公路病害進(jìn)行有效處置。超薄磨耗層技術(shù)主要適用于公路病害的初級(jí)階段，應(yīng)用磨耗層技術(shù)，能夠使高速公路路面性能得到穩(wěn)步強(qiáng)化和提升，公路路面的運(yùn)行壽命得到進(jìn)一步延長。

3.5? 薄熱拌瀝青混凝土罩面

罩面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的運(yùn)用能夠強(qiáng)化高速公路瀝青路面的整體平整度，減少因車輛荷載或路面材料老化引發(fā)的面層滑動(dòng)問題。該技術(shù)按照罩面施工材料的配比方案可主要分為密級(jí)配型、開級(jí)配型、間斷級(jí)配型等幾種不同形態(tài)，主要應(yīng)用于公路局部病害的處置和養(yǎng)護(hù)工作當(dāng)中[6]。

3.6? 霧狀封層

對于老化程度較為嚴(yán)重，路面病害較為明顯的高速公路路段，管理部門與技術(shù)人員可采用霧狀封層技術(shù)進(jìn)行處置。霧狀封層技術(shù)指將改性瀝青或保護(hù)劑進(jìn)行稀釋，并以霧狀形態(tài)噴灑至公路路面部位，實(shí)現(xiàn)對路面的有效防護(hù)，減少路面病害發(fā)生概率的一種路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段，在預(yù)防性路面養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域同樣發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)針對不同養(yǎng)護(hù)技術(shù)形態(tài)的適用范圍以及應(yīng)用特性進(jìn)行全面梳理，進(jìn)而選取合適的養(yǎng)護(hù)策略與路徑。

4? 結(jié)束語

綜上所述，在高速公路的運(yùn)行過程當(dāng)中，受到環(huán)境因素、荷載因素、施工因素的影響，導(dǎo)致公路瀝青路面產(chǎn)生以開裂、變形等為代表的各類病害，影響路面行車安全。有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)針對性構(gòu)建瀝青路面技術(shù)狀況預(yù)測模型，并給出明確的路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，使路面病害得到控制，提升公路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

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