沿海高速公路路面全壽命周期評估

喬麗霞

（河北交投沿海高速公路有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 引言

隨著國民經(jīng)濟水平的增長和人民群眾物質(zhì)生活水平的不斷提高，司乘對高速公路的要求已不僅限于提供一條通行的道路，而是希望在旅途中享受到更多的隱性服務，比如，行車舒適性更高、路面行駛穩(wěn)定性更好、路域環(huán)境更加怡人等。因此，作為高速公路的管理者，應該更加科學地研判道路使用性能，重視道路的養(yǎng)護質(zhì)量與養(yǎng)護水平，制訂更加科學的道路養(yǎng)護建議計劃。做到未雨綢繆，才能有備無患。

沿海高速公路于2005 年5 月開工建設，于2007 年12月建成通車，全長174 km，為全封閉、全立交雙向4 車道高速公路；起點與京秦、承秦高速互通相連，終點與天津濱海高速相連。沿海高速連接了秦皇島、唐山、曹妃甸、天津港，對臨海產(chǎn)業(yè)帶的形成具有重要意義。

2 公路技術狀況評價標準

根據(jù)JTG 5210—2018《公路技術狀況評價標準》的規(guī)定，高速公路瀝青路面使用性能評價指標是反映道路的損壞程度、平整度、車轍情況、抗滑性能及結(jié)構(gòu)強度的綜合指標[1]。

高速公路多采用瀝青路面，而瀝青路面的衰變規(guī)律是，隨著使用年限或累計標準軸次的增加，路面的使用性能指數(shù)單調(diào)減小，且前期衰變速率較低，后期衰變速率較高。若不采取養(yǎng)護措施進行干預，使用性能衰變速率將迅速提高；若衰減到可接受的最低水平時進行養(yǎng)護措施干預，則可使道路恢復至較理想的技術狀況水平。

根據(jù)JTG 5210—2018《公路技術狀況評價標準》的規(guī)定，高速公路路面技術狀況指數(shù)（PQI）的計算公式為：

式中，PCI 為路面損壞狀況指數(shù)；RQI 為路面行駛質(zhì)量指數(shù)；RDI 為路面車轍深度指數(shù)；PBI 為路面跳車指數(shù)；SRI 為路面抗滑性能指數(shù)。

通過高速公路PQI 的計算公式可以看出，PCI 和RQI 最能影響PCI 的結(jié)果，所以，及時修復路面破損，保證路面平整度處于較高水平是所有養(yǎng)護工作重點中的重點。

3 路面主要病害及成因分析

3.1 2018 年路面技術狀況

根據(jù)2018 年路面定期檢測報告，沿海高速PQI 全部表現(xiàn)為“優(yōu)、良”。檢測路段內(nèi)各分項路面技術狀況指數(shù)絕大部分表現(xiàn)為“優(yōu)、良”，只是個別路段路面損壞技術狀況指標相對偏低。具體指數(shù)情況如下。

1）PCI：絕大部分為“優(yōu)、良”，個別路段為“中、次”，路面損壞狀況稍差路段病害主要表現(xiàn)為縱、橫向裂縫，裂縫修補以及裂縫修補后開裂，局部龜裂等病害。

2）RQI：評價等級為“優(yōu)、良”。

3）RDI：絕大部分表現(xiàn)為“優(yōu)、良”，個別路段為“中”。

4）SRI：“優(yōu)、良”和“中、次”占比相當，說明部分路段抗滑性能不理想。

5）路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)（PSSI）：雙向共計抽測64 km 路段，均滿足使用要求。

通過2018 年路面檢測數(shù)據(jù)可以看出，沿海高速路面技術狀況并不理想，不能保證全部指數(shù)處于“優(yōu)”的狀態(tài)，甚至個別指數(shù)出現(xiàn)了“中、次”的情況，這對于行車安全來說是極大的隱患。但道路結(jié)構(gòu)強度仍能滿足要求，說明病害僅限于道路表面，未破壞深層結(jié)構(gòu)。

3.2 道路養(yǎng)護歷史情況

截至2016 年，沿海高速公路分3 年期（次）完成了主線全部路面的罩面專項養(yǎng)護，分別為2012 年、2014 年、2015 年，為避免路面病害的持續(xù)發(fā)展，防止路面使用性能的過快衰減，保證高速公路的正常運營，專項養(yǎng)護先對各路段的病害進行處治，再進行罩面施工，并對不同類型的病害，采取針對性的處治方式。3 次專項養(yǎng)護加鋪罩面均采用SBS 改性瀝青防水層+4 cm AC-13 SBS 改性瀝青混凝土。

3.3 2012 年罩面路段病害分析

2012 年罩面路段為K5～K25 雙向。路面病害主要表現(xiàn)如下：

1）縱橫裂縫、網(wǎng)裂、縱向施工縫裂縫，封縫后重復修補；

2）K22～K23 處車轍較大，最大車轍深度達16.2 mm；

3）路面狀況指數(shù)PCI 小于90 的路段達到22 km，占罩面總長度的55%；

4）K13～K14、K19～K23 路段抗滑性能較差。

為防止因裂縫造成底層結(jié)構(gòu)的進一步破壞，養(yǎng)護單位每年均需進行重復性的灌縫養(yǎng)護施工，可見日常養(yǎng)護已不能很好地維持道路的技術狀況水平。

對于2012 年罩面路段的養(yǎng)護，除2012 年對雙向路段進行4 cm AC-13 改性瀝青混凝土罩面處治外，為迎接2015 年“國檢”，又對該路段病害較嚴重的8 km 路段的行車道進行了4 cm 厚的挖補養(yǎng)護施工；2019 年對17 km 路段的行車道進行了整段挖補養(yǎng)護施工。截至2019 年7 月，行車道63%的路面均進行了挖補作業(yè)，但超車道未進行過挖補處理。

3.4 2014 年罩面路段病害分析

2014 年主要處治路段K0~K5 雙向、K25~K124 天津方向等共計109 km。路面病害主要表現(xiàn)如下：

1）K47～K78、K98～K122 行車道天津方向存在縱、橫裂縫、網(wǎng)裂及坑槽病害，且病害較為嚴重；

2）K43～K57 天津方向車轍最大達到18.4 mm，K62～K65 秦皇島方向車轍最大達到10.7 mm；

3）K50～K64、K144～K148 天津方向等路段抗滑性能指標評價為“中、差”。

從2018 年定期檢測數(shù)據(jù)看，2014 年罩面路段有46 km 路面破損指數(shù)小于80，占總罩面路段的42.2%；有17 km 路面抗滑性指標小于80，占總罩面路段的15.6%。病害主要為路面裂縫、封縫后再次開裂、坑槽，部分路段出現(xiàn)壓實性車轍，罩面路段抗滑性下降明顯，只有少數(shù)路段評價指標為“優(yōu)”。

對于2014 年罩面路段的養(yǎng)護，除2014 年對原路面病害進行治理后加鋪4 cm SAC-13C 型SBS 改性瀝青混凝土罩面層外，截至2019 年7 月，只進行了日常養(yǎng)護施工，未再進行專項養(yǎng)護。

3.5 2015 年罩面路段病害分析

2015 年主要處治路段K25～K124 秦皇島方向、K124～K160 雙向等共計171 km。路面病害主要表現(xiàn)如下：

1）K98～K102 下行路段行車道存在連續(xù)的車轍，部分路面標線已嚴重變形；

2）K122～K138 下行路段抗滑性能稍差；

3）上行K136～K139、K157～K160+585，下行K34～K39、K71～K79、K145～K156 等路段破損較嚴重，主要表現(xiàn)為縱、橫裂縫，以及裂縫修補后二次開裂。

從2018 年定期檢測數(shù)據(jù)看，2015 年罩面路段平整度較好，抗滑性滿足使用要求，相對2012 年、2014 年罩面路段，病害較少、較輕。

3.6 病害分析

通過對沿海高速病害進行分析可知，橫向裂縫，主要是溫度裂縫和半剛性基層反射裂縫；縱向裂縫，主要是疲勞裂縫，部分路段為軟基變形；坑槽，主要是挖補產(chǎn)生二次病害致使表層脫落，加劇中面層產(chǎn)生裂縫、形成網(wǎng)狀裂縫沉陷，從而形成坑槽；輕微網(wǎng)裂主要是瀝青路面上面層發(fā)生疲勞破壞引起，局部嚴重網(wǎng)裂主要是軟基變形引起。

4 編制養(yǎng)護計劃

從2018 年沿海高速的車輛占比情況分析，特大型車（5型）占比約50.23%，且中型車、重型車與大型車比重相對較大，小型車所占比重僅為10.27%。從車輛占比情況分析，對路面造成損壞的主要是重載貨車，且重載貨車和礦石及集裝箱運輸量比例非常大。加之沿海高速所處環(huán)境炎熱多雨，日照較強，進一步促進了瀝青路面的老化。這將對高速公路路面造成嚴重損壞，從而對養(yǎng)護工作提出了更高的要求，需對路面病害等及時進行養(yǎng)護管理。

4.1 2019 年養(yǎng)護計劃

根據(jù)2018 年路面定期檢測數(shù)據(jù)，K5~K25 路段，PCI 小于90 的路段占到50%；RQI 均在93.9 以上；RDI 小于90 的路段占到95%；SRI 小于80 的路段占到35%，小于90 的路段占到65%；PQI 小于90 的路段占到40%。

結(jié)合現(xiàn)場勘測，秦皇島方向行車道車轍較嚴重，天津方向坑槽較多，且裂縫較集中，特別是在撫寧服務區(qū)附近?？紤]到此路段距上次罩面時間為2012 年，已有7 年時間，加之此路段坑槽、裂縫、車轍較多，路面抗滑性指數(shù)均小于90。綜合以上因素，2019 年養(yǎng)護專項計劃對K5~K25 路段16.93 km 的行車道進行路面病害治理，銑刨出現(xiàn)嚴重橫向裂縫、縱向裂縫、車轍等病害嚴重的罩面層，局部挖補至上面層或下面層。罩面層銑刨后，采用AC-13C 改性瀝青混凝土回填，其他各層采用AC-20C 改性瀝青混凝土回填。

4.2 2020 年養(yǎng)護計劃

按交通運輸部對全國干線公路的養(yǎng)護管理情況5 年檢查一次的安排，2020 年為“國檢年”。為更好發(fā)迎接2020 年“國檢”，需統(tǒng)籌安排養(yǎng)護資金，提高沿海高速的路面使用性能。

根據(jù)2018 年路面定期檢測數(shù)據(jù)，有10 km 的道路PQI 低于80，有近84%的路面低于90。根據(jù)2018 年路面定期檢測數(shù)據(jù)的進一步分析可以看出PCI 有19 km 小于70，42 km 在70~80，說明有近61 km 的路段破損較嚴重，亟待進一步的處治；RQI 保持在90 以上有95.63%，說明道路平整度較好；目前絕大部分路段車轍深度小于15 mm，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的破壞；SRI 有27 km 小于80，近27.5%小于90。為更好地迎接2020年的國檢，盡量多地解決路面病害，提高沿海高速的路面使用性能，應在資金充足的情況下，安排2020 年養(yǎng)護計劃，處理K5~K25 未處治路段及病害較嚴重且集中的路段進行路面挖補專項養(yǎng)護。

4.3 2021—2022 年養(yǎng)護計劃

2021—2022 年養(yǎng)護建議計劃應考慮2014 年、2015 年罩面路段的使用年限已達到6~7 年，加之沿海高速中型車、重型車與大型車比重相對較大，路面使用性能衰減速率將會更快，需盡快進行進一步的預防性養(yǎng)護。結(jié)合近年的路面定期檢測數(shù)據(jù)，考慮2014 年、2015 年罩面路段情況，安排相應養(yǎng)護建議計劃，確保道路技術狀況處于較高水平。

5 養(yǎng)護管理現(xiàn)狀

5.1 2022 年路面狀況

2022 年沿海高速檢測結(jié)果為，公路技術狀況指數(shù)MQI 為93.05，其中路基技術狀況指數(shù)整體評價為“優(yōu)”；路面技術狀況指數(shù)整體評價為“優(yōu)”，優(yōu)良路率為100%；路面行駛質(zhì)量指數(shù)整體評價為“優(yōu)”，優(yōu)良路率為100%。從此可以說明，全壽命養(yǎng)護的方法達到了預期效果。

5.2 下一步養(yǎng)護計劃

在道路養(yǎng)護過程中，要不斷地尋求適用于管轄道路的養(yǎng)護管理策略，尋求最佳的路面結(jié)構(gòu)形式，這都離不開路面全壽命周期的評估，離不開歷年養(yǎng)護數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。通過科學的、先進的管理分析方法，結(jié)合力學分析、性能分析，以及經(jīng)驗判斷，可以制訂出更加經(jīng)濟、高效的養(yǎng)護管理方案。

根據(jù)現(xiàn)階段沿海高速的交通狀況、養(yǎng)護資金投入、路面質(zhì)量情況等，結(jié)合路面全壽命周期分析，2023 年應對秦皇島方向K6~K52、K97~K105、K135~K156 部分路段共計24 km 進行路面病害治理，防止病害進一步發(fā)展。

6 結(jié)語

沿海高速自2007 年12 月份通車以來，第一輪的全線“罩面”工作已于2015 年完成，2019 年是第二輪“罩面”工作的開始。2021 年集團投資1.2 億元對共計168 km 路段銑刨重鋪橡膠改性瀝青混凝土，處理了裂縫、塊裂、龜裂、唧漿等病害。此次養(yǎng)護工作的開展，是在結(jié)合往年罩面經(jīng)驗的基礎上，進一步分析路面定期檢測數(shù)據(jù)，不斷完善的結(jié)果。全壽命周期的路面使用性能評估，不但可以更好地安排路面養(yǎng)護計劃，而且可以有效地引導和指導生產(chǎn)任務，提高道路的服務水平。