高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

摘要 高速公路通車運(yùn)營后，瀝青路面的性能指標(biāo)在車輛荷載以及外部環(huán)境等因素的作用下會(huì)出現(xiàn)下降，導(dǎo)致裂縫等病害問題的出現(xiàn)。為了提高高速公路瀝青路面的使用性能，該文從坑槽、裂縫和車轍等典型病害對(duì)于瀝青路面的影響入手，探討了稀漿封層、霧封層、薄層罩面、微表處等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，并以某高速公路為研究對(duì)象，根據(jù)其路面存在的實(shí)際病害以及養(yǎng)護(hù)檢測結(jié)果分析了微表處養(yǎng)護(hù)的有效性，研究成果以期為同類項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 高速公路；瀝青路面；養(yǎng)護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0034-03

0 引言

瀝青路面具有行車舒適、低噪聲、施工效率高和養(yǎng)護(hù)簡單等特點(diǎn)，在公路工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。高速公路通車運(yùn)營后，在車輛荷載以及外界環(huán)境等因素的作用下，瀝青路面會(huì)出現(xiàn)裂縫、車轍等病害。相關(guān)研究結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，全國每年5%～10%的高速公路路面需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。瀝青路面的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)進(jìn)行科學(xué)分析進(jìn)而確定，過早的養(yǎng)護(hù)會(huì)浪費(fèi)資源，養(yǎng)護(hù)過晚會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的性能大幅度下降，行車的安全無法保障。針對(duì)這種現(xiàn)象，為了有效解決瀝青路面的病害問題，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)養(yǎng)護(hù)措施，保障瀝青路面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保高速公路通車運(yùn)營的安全性以及延長其使用年限。

1 典型病害對(duì)瀝青路面的影響

1.1 裂縫

瀝青混合料的質(zhì)量、外界溫度以及交通量等因素都會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。高速公路所處區(qū)域晝夜溫差較大，由于面層溫度應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)疲勞裂縫。當(dāng)車輛高速行駛在高速公路上時(shí)，如果道路上存在裂縫，會(huì)嚴(yán)重影響駕駛員的駕駛體驗(yàn)和舒適度[2]。裂縫較大時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)“跳車”的現(xiàn)象，給道路出行者的行車安全帶來極大的不確定性。作為瀝青路面中最為常見的病害問題，裂縫不僅會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還降低了路面的使用年限。高速公路出現(xiàn)裂縫后，雨水會(huì)經(jīng)裂縫下滲至路面底部，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損。同時(shí)路面裂縫周圍的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，當(dāng)不均勻應(yīng)力傳導(dǎo)至基層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基層的結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p壞。

1.2 坑槽

坑槽的出現(xiàn)往往是由于未對(duì)前期網(wǎng)狀裂縫進(jìn)行及時(shí)處治，任由其發(fā)展形成的。路面破壞較為嚴(yán)重的坑槽，在降雨時(shí)會(huì)出現(xiàn)積水的現(xiàn)象，駕駛員在高速行車下采取繞避措施，會(huì)增加發(fā)生交通事故的概率?？硬劢档吐访媸褂媚晗薜脑蛑饕锹访嬗晁畷?huì)經(jīng)由坑槽下滲至面層瀝青混合料中，慢慢將瀝青與集料進(jìn)行分離，降低路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3]。與此同時(shí)，路面在受到車輛荷載時(shí)，車輪周邊的孔隙水壓力會(huì)增大，路面結(jié)構(gòu)會(huì)受到剪切應(yīng)力的作用，坑槽處的積水在車輛的碾壓下，水流會(huì)不斷沖刷坑槽內(nèi)部瀝青混合料，導(dǎo)致破損面積不斷增大。

1.3 車轍

在車輛荷載反復(fù)的作用下，瀝青路面會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形現(xiàn)象，最終在路面上形成帶狀凹槽，稱之為車轍。結(jié)構(gòu)性車轍、流動(dòng)性車轍、壓實(shí)性車轍和磨損性車轍是車轍的主要類型。結(jié)構(gòu)性車轍的表現(xiàn)形式是凹槽橫斷面較大，流程性車轍兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)隆起。在下雨天，車輛高速行駛在車轍處時(shí)，由于積水的存在，路面與車輛輪胎之間存在水膜，降低了車輛與路面間的摩擦力，一旦操作不當(dāng)，車輛易出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

1.4 沉陷

車輛行駛在路面上，當(dāng)?shù)鼗目辜魪?qiáng)度小于車輛動(dòng)荷載與路基靜荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力時(shí)，路面會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降。不均勻沉降的累積會(huì)使得路面出現(xiàn)裂縫和凹陷變形。沉降往往導(dǎo)致多條裂縫同時(shí)存在，且豎向變形量也大于龜裂產(chǎn)生的變形量。當(dāng)沉陷量大于25 mm，駕駛員行駛過程中會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的不適感。

1.5 松散

瀝青與集料間黏附力的下降，會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料從面層逐步向下出現(xiàn)剝離，稱之為松散。出現(xiàn)松散的主要原因是在施工階段集料表面存在灰塵，無法與瀝青進(jìn)行緊密黏附，集料在外部荷載的作用下出現(xiàn)脫落。此外，路面壓實(shí)度不滿足要求，也易造成路面松散。

2 常見預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

2.1 灌縫

灌縫是利用密封劑等材料對(duì)裂縫進(jìn)行封堵。在施工過程中，可通過熱壓空氣將裂縫清理干凈，無須進(jìn)行開槽，施工較為簡單，可有效防止水分對(duì)路面結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞。但是采用灌縫養(yǎng)護(hù)后，路面整體的美觀性以及平整度會(huì)受到一定的影響。

2.2 稀漿封層

對(duì)瀝青路面采用稀漿封層養(yǎng)護(hù)后，僅需封閉較短時(shí)間的交通就可以重新運(yùn)營，對(duì)高速公路的交通干擾較小。針對(duì)存在少量裂縫以及瀝青缺失路段，稀漿封層的處治效果較好。經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后，瀝青路面的密實(shí)性以及強(qiáng)度都會(huì)大大提高，同時(shí)還增強(qiáng)了瀝青路面的抗滑性和防水性能[4]。但是這種養(yǎng)護(hù)措施對(duì)施工環(huán)境要求較高，外部環(huán)境溫度不能過低且晝夜溫差應(yīng)相對(duì)較小。

2.3 霧封層

對(duì)瀝青路面采用霧封層處治時(shí)，需要利用噴灑機(jī)械將稀釋后的乳化瀝青材料或者路面保護(hù)劑噴灑到現(xiàn)有道路面層。霧封層處治的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)影響高速公路正常的通車運(yùn)行，施工完成后2～3 h就可以開放交通。對(duì)瀝青路面進(jìn)行霧封層養(yǎng)護(hù)處治后，可以大大提高路面的防水性能，避免病害對(duì)路面的影響進(jìn)一步加大。此外，還可以利用含再生劑乳化瀝青材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處治。與普通乳化瀝青材料不同，含再生劑乳化瀝青材料可以通過恢復(fù)瀝青路面中老化瀝青的性能，從而更好地實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)效果。進(jìn)行霧封層施工時(shí)，應(yīng)噴灑均勻，保證乳化瀝青進(jìn)入裂縫中，以充分發(fā)揮霧封層的防水效果。乳化瀝青應(yīng)提前制備，在施工前24 h內(nèi)裝入儲(chǔ)存罐中。進(jìn)行乳化瀝青灑布時(shí)，灑布量應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，一般為0.23～0.45 L/m2。

2.4 薄層罩面

作為常見的養(yǎng)護(hù)措施，薄層罩面養(yǎng)護(hù)將瀝青混合料攤鋪至原有道路路面上，以此提高高速公路瀝青路面的抗滑性和防水性。冷薄層、熱薄層和溫薄層是薄層罩面養(yǎng)護(hù)的主要工藝[5]。進(jìn)行冷薄層罩面施工時(shí)，瀝青混合料在常溫下拌和碾壓即可，不需要進(jìn)行加熱，施工效率高，降低了能源消耗，更為節(jié)能環(huán)保。采用熱薄層罩面施工時(shí)，需要將罩面材料加熱至較高溫度，產(chǎn)生的煙氣、粉塵等物質(zhì)對(duì)環(huán)境具有一定的影響，但使用性能相對(duì)較好，可以承受重載交通。熱薄層罩面施工時(shí)，由于瀝青混合料溫度快速降低，導(dǎo)致壓實(shí)度難以滿足要求。因此在熱薄層罩面施工時(shí)應(yīng)選用高頻率壓路機(jī)，并將改性瀝青作為黏結(jié)劑。穩(wěn)薄層罩面可以在溫度較低或潮濕的環(huán)境下進(jìn)行施工，可以較好地平衡工期和環(huán)保要求。

2.5 微表處

微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)采用水、聚合物改性乳化瀝青以及添加劑等材料，對(duì)于車轍等病害的處治十分有效。為了達(dá)到路面修復(fù)的效果，在施工準(zhǔn)備期間，應(yīng)將改性乳化瀝青、聚合物、石屑等材料進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆?，良好流?dòng)性的混合料才能充分發(fā)揮作用。瀝青路面經(jīng)過微表處養(yǎng)護(hù)后，瀝青路面更為平整且耐磨，可以提高路面的密實(shí)性和連續(xù)性，從而降低裂縫對(duì)路面的影響。當(dāng)駕駛員行駛在微表處養(yǎng)護(hù)后的路面上時(shí)，可以感受到行駛的舒適性有著明顯提高，行車噪聲也大大減小。微表處對(duì)施工環(huán)境要求較低，一般地表溫度超過10℃就可以進(jìn)行施工。與傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法相比，微表處可以降低對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)降低了由于高溫加熱導(dǎo)致的能源消耗，具有綠色環(huán)保建設(shè)的特點(diǎn)。微表處的施工成本較低且施工工藝較為簡單，對(duì)交通干擾較小，因此在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中，微表處得到廣泛的應(yīng)用。

2.6 碎石封層

利用1～2 mm的黏結(jié)材料將集料進(jìn)行黏結(jié)，碾壓形成的碎石層稱之為碎石封層。碎石封層具有柔性的力學(xué)特性，在提高道路抗滑性方面具有明顯的效果。進(jìn)行碎石封層施工前，應(yīng)將高速公路路面的松散材料以及凸起路面清理干凈。粗集料應(yīng)選用適中的粒徑并保證其潔凈。當(dāng)瀝青混合料噴灑完成后，控制好施工間隔進(jìn)行碎石撒布。一般情況下，瀝青混合料溫度控制在70～80℃之間，集料撒布機(jī)具與瀝青混合料灑布機(jī)具之間的距離控制在50 m以內(nèi)。集料撒布完成后應(yīng)在乳化瀝青破乳前進(jìn)行碾壓，最終充分養(yǎng)護(hù)成型。通常來說，采用碎石封層養(yǎng)護(hù)措施后，道路的使用年限可以延長5～10年。不同養(yǎng)護(hù)技術(shù)的適用情形如表1所示。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某雙向四車道高速公路路線全長63.3 km，起終點(diǎn)樁號(hào)為K1 700+000～K1 763+300，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度為70 cm，面層采用4 cm厚AC-13C細(xì)粒式瀝青混凝土+5 cm厚AC-20C中粒式瀝青混凝土+7 cm厚AC-25粗粒式瀝青混凝土；上基層和下基層采用水泥穩(wěn)定碎石，底基層采用石灰穩(wěn)定碎石，厚度均為18 cm。該高速公路沿線地形相對(duì)較為平坦，地層土體主要為黏土，地下水含量豐富。對(duì)高速公路瀝青混凝土路面進(jìn)行病害統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

根據(jù)圖1可以看出，該高速公路路面修補(bǔ)病害占比最大，占據(jù)總體病害的67.25%。其次為裂縫和車轍，占比分別為18.28%和14.00%。對(duì)路面的技術(shù)狀況進(jìn)行檢測，評(píng)價(jià)如表2所示。

根據(jù)計(jì)算，路面性能狀況指數(shù)PQI為91，說明該高速公路可以進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查以及項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)分析，多數(shù)病害處于早期階段，因此采用微表處養(yǎng)護(hù)措施。

3.2 微表處要求

進(jìn)行微表處施工前，需要將高速公路表面的灰塵雜物等清理干凈，并保證路面處于干燥的狀態(tài)。在施工放樣后，為了保障養(yǎng)護(hù)后路面的質(zhì)量，水、聚合物改性乳化瀝青等材料的比例應(yīng)嚴(yán)格控制，混合料應(yīng)具有良好的黏結(jié)性和均勻性。在進(jìn)行攤鋪施工時(shí)，攤鋪機(jī)應(yīng)勻速行駛并確保微表處混合料的攤鋪厚度均勻。如果微表處混合料在攤鋪期間出現(xiàn)離析的情形，應(yīng)終止施工。混合料攤鋪完成后，將路面清理干凈，當(dāng)乳化瀝青出現(xiàn)破乳現(xiàn)象后，再進(jìn)行碾壓施工。如果路面存在不平整的現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行人工找平。當(dāng)施工機(jī)械不能滿鋪路面時(shí)，為了避免縱向接縫處混合料出現(xiàn)過度集中的現(xiàn)象，在施工時(shí)，搭接寬度控制在80 mm。對(duì)于瀝青路面出現(xiàn)松散或局部下沉的路段，挖填上中路層的瀝青混合料之后，鋪設(shè)1 cm厚度的微表處混合料?；鶎拥某休d能力嚴(yán)重不足時(shí)，需利用水泥碎石提高基層穩(wěn)定性后，再進(jìn)行微表處。

3.3 養(yǎng)護(hù)效果

該高速公路微表處養(yǎng)護(hù)完成后，利用三維激光檢測系統(tǒng)對(duì)K1709+400～K1714+500路段路面的車轍深度等參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，如表3所示。

根據(jù)表3可以看出，經(jīng)過微表處養(yǎng)護(hù)后，路面的裂縫、車轍等病害有了明顯的修復(fù)效果，增強(qiáng)了路面的防水性能和抗滑性能。車轍深度、滲水系數(shù)和裂縫數(shù)分別減小了86.79%、49.21%和100%，摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度分別增加了70.79%和69.32%。經(jīng)過6個(gè)月后再次檢測發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的性能指標(biāo)沒有明顯的下降，說明微表處的養(yǎng)護(hù)效果可行且有效。

4 結(jié)語

瀝青路面材料隨著時(shí)間的推移，由于受到多種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)收縮等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)裂縫等病害。對(duì)高速公路采取養(yǎng)護(hù)措施，不僅可以避免病害問題進(jìn)一步擴(kuò)大，還可以起到提高路面性能以及延長道路使用年限的作用。根據(jù)不同的項(xiàng)目特點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行科學(xué)分析，針對(duì)性地選取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)到提高公路穩(wěn)定性和承載力的目的，充分保障道路出行者的安全。

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