孫繼川 陳祖峰

(1.唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北唐山 063305;2.珠海興業(yè)綠色建筑科技股份有限公司，廣東珠海 519000)

自從20世紀(jì)30年代德國(guó)波恩—科隆高速公路——世界上的第一條高速公路建成通車以來(lái)，高速公路的發(fā)展歷史已有70多年。早在20世紀(jì)70年代許多發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)建成了本國(guó)各自的高速公路網(wǎng)，并進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段。因此都具有比較先進(jìn)水平的養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。近年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已擁有十分成熟的高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)，例如:坑槽修補(bǔ)技術(shù)主要是針對(duì)龜裂、坑槽、局部網(wǎng)裂等病害進(jìn)行的修補(bǔ)和加強(qiáng)?？硬坌扪a(bǔ)技術(shù)類型較多，大致可劃分為:壓力噴射修補(bǔ)、再生修補(bǔ)法、常規(guī)的有熱補(bǔ)法和逐步興起的新型材料修補(bǔ)［1-5］;路面再生技術(shù)包括冷銑削重鋪再生技術(shù)、冷再生技術(shù)、就地?zé)嵩偕夹g(shù);裂縫修補(bǔ)技術(shù)是采用改性瀝青等灌縫材料進(jìn)行修補(bǔ)的，在使用過(guò)程中配以熱風(fēng)鎬、清縫機(jī)、擴(kuò)縫機(jī)等小型機(jī)械，具有人力勞動(dòng)強(qiáng)度低和機(jī)械化水平較高的特點(diǎn)。與此同時(shí)，許多國(guó)家在高速公路自動(dòng)化補(bǔ)坑技術(shù)方面取得了重大的成績(jī)［6-8］。

1 路面典型病害成因分析

根據(jù)路面損壞檢測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查，各條高速公路因道路所處的環(huán)境、運(yùn)營(yíng)年限、交通組成、交通量大小、路面結(jié)構(gòu)及材料等差異，各條道路的病害嚴(yán)重程度不同，主導(dǎo)性病害也不盡相同。下面以典型的具有代表性的病害進(jìn)行病害分析。

通過(guò)對(duì)路面病害調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，高速公路瀝青路面的主導(dǎo)損壞形式為修補(bǔ)損壞、網(wǎng)裂(伴隨沉陷、唧漿)、橫縱裂縫、車轍等，其他病害數(shù)量較少，程度也較輕。下文將結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況和詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)所轄高速公路瀝青路面各種主導(dǎo)損壞類型進(jìn)行綜合分析，以此來(lái)判斷路面損壞的成因和層位，為后續(xù)研究養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和養(yǎng)護(hù)對(duì)策提供依據(jù)。

1.1 修補(bǔ)損壞

路面連續(xù)修補(bǔ)或修補(bǔ)不良是調(diào)查路段最嚴(yán)重的病害類型之一，在石太高速表現(xiàn)尤為突出。其主要表現(xiàn)為修補(bǔ)塊數(shù)量眾多，而且有很多地方是連續(xù)修補(bǔ)(即俗稱的“補(bǔ)中補(bǔ)”，是指修補(bǔ)后的路面在補(bǔ)塊內(nèi)部或補(bǔ)塊銜接處又產(chǎn)生病害的一種修補(bǔ)損壞類型)。經(jīng)調(diào)查，修補(bǔ)不良病害主要分為以下幾類:補(bǔ)塊龜裂、補(bǔ)塊唧漿、補(bǔ)塊坑槽、補(bǔ)塊沉陷等。通過(guò)鉆芯取樣發(fā)現(xiàn):補(bǔ)塊龜裂主要是由于層間粘結(jié)不好，面層與基層脫開，導(dǎo)致面層承受較大行車荷載而破碎;補(bǔ)塊唧漿是由于修補(bǔ)材料空隙率過(guò)大且新舊瀝青混合料銜接處密封不良，水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)后不容易排除，在重載車輛作用下產(chǎn)生較大的動(dòng)水壓力不斷沖刷基層，形成灰漿，導(dǎo)致補(bǔ)塊唧漿;補(bǔ)塊坑槽的產(chǎn)生主要是由于混合料級(jí)配的原因，下層瀝青混合料致密而上層透水性好，水在上層向下滲透比較困難，在行車荷載的作用下，動(dòng)水壓力逐漸使上面層瀝青從集料表面剝離，碎石被甩出，導(dǎo)致補(bǔ)塊坑槽;補(bǔ)塊沉陷主要是由于基層與瀝青面層脫開，面層修補(bǔ)材料強(qiáng)度不足，下面層材料破碎導(dǎo)致。修補(bǔ)不良損壞的類型多種多樣，綜合分析其產(chǎn)生的原因，主要是修補(bǔ)材料的空隙率過(guò)大、新舊材料銜接不良以及層間粘結(jié)不良。路面局部修補(bǔ)因面積較小，且補(bǔ)塊與原路面存在材料、結(jié)構(gòu)等差異，壓實(shí)及修補(bǔ)后的整體性能都受一定限制，極易因壓實(shí)不足，在行車荷載的反復(fù)作用下形成網(wǎng)裂、沉陷等病害。此外，路面修補(bǔ)處較大空隙率給水分的進(jìn)入提供了便利條件。水進(jìn)入路面后，滯留在修補(bǔ)塊與下層的交界面上，在高速行車的泵吸作用下，產(chǎn)生較大的動(dòng)壓力使基層產(chǎn)生沖刷進(jìn)一步形成唧漿。在動(dòng)水壓力和孔隙水壓力的反復(fù)作用下，整個(gè)修補(bǔ)范圍內(nèi)的基層粒料出現(xiàn)松散，并反射到面層。如此惡性循環(huán)加速了網(wǎng)裂、沉陷等病害的發(fā)展，嚴(yán)重影響了行車舒適性和路容美觀。綜合考慮經(jīng)濟(jì)、適用、耐久等原則，可以采用“壞到哪處理到哪，先挖補(bǔ)病害再罩面處理”的養(yǎng)護(hù)方案。

1.2 網(wǎng)裂沉陷

龜裂是指在高速公路路面局部區(qū)域范圍內(nèi)，產(chǎn)生的類似龜紋狀的裂縫;龜裂的產(chǎn)生往往還伴隨著沉陷和唧漿現(xiàn)象。一般情況下，龜裂是高速公路路面結(jié)構(gòu)在重復(fù)荷載的不斷作用下的疲勞破壞，是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的體現(xiàn)。相互交錯(cuò)的裂縫是其在初期階段表現(xiàn)形式，而后發(fā)展成為銳角多邊形裂塊。

1.3 路面車轍

路面車轍是由車輛荷載反復(fù)碾壓而形成，車轍的實(shí)質(zhì)是瀝青路面在與時(shí)間有關(guān)的荷載因素和環(huán)境因素共同作用下產(chǎn)生豎直方向永久變形的積累，其表現(xiàn)形式是在車輛輪跡處產(chǎn)生的縱向帶狀凹槽。根據(jù)形成原因，國(guó)內(nèi)外一般將路面車轍劃分為4種類型:結(jié)構(gòu)型車轍;流動(dòng)型車轍;壓密型車轍;磨耗型車轍。

在車轍較嚴(yán)重部位鉆芯取樣，發(fā)現(xiàn)上、下面層厚度基本不變，車轍變形主要發(fā)生在中面層，屬于比較典型的流動(dòng)型車轍。車轍產(chǎn)生的原因較多，外因包括交通荷載、路面線形、氣候條件等;內(nèi)因包括材料性能、級(jí)配類型、瀝青用量和瀝青性質(zhì)等。對(duì)路面進(jìn)行鉆芯取樣分析和相關(guān)資料調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn):

材料性能:部分面層結(jié)構(gòu)的粗集料的壓碎值達(dá)不到規(guī)定的要求;有些粗集料可以看到明顯的裂痕，且含有較多針片狀集料;小于0.075 mm的細(xì)集料含量偏多;瀝青用量:通過(guò)車轍部位芯樣抽提試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，部分面層油石比顯著偏大;瀝青性質(zhì):河北省高速公路建設(shè)普遍采用AH-90道路石油瀝青，該類瀝青針入度偏大，瀝青粘度較低，在高溫條件下容易產(chǎn)生車轍變形;交通荷載:據(jù)調(diào)查，河北省高速公路上超載車輛較為普遍，對(duì)路面的影響較大;氣候條件:近兩年的夏天河北省持續(xù)高溫，夏季中午路表溫度最高超過(guò)60℃，有時(shí)路表大于60℃的時(shí)間持續(xù)3 h～4 h，高溫下產(chǎn)生車轍也是必然的。通過(guò)分析認(rèn)為，高速公路發(fā)生車轍變形的外因是重載、超載車重復(fù)作用和渠化交通，內(nèi)因是瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗塑性變形能力差，在車輛荷載的碾壓下產(chǎn)生橫向剪切流動(dòng)變形。通過(guò)在車轍位置鉆芯取樣證明，中、上面層抗剪強(qiáng)度不足是引發(fā)重度車轍變形的主要原因，但在重度車轍路段下面層也會(huì)發(fā)生不同程度的變形，而且單一發(fā)生車轍病害的路段，基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度往往并不存在問(wèn)題。因此，對(duì)瀝青面層的治理是解決車轍問(wèn)題的重點(diǎn)。具體而言，對(duì)于輕度或中度的路面車轍病害(車轍深度不大于15 mm)，挖補(bǔ)兩層是至關(guān)重要的，通過(guò)多條高速公路的車轍鉆芯表明，變形主要來(lái)自于中面層，而僅對(duì)表面層進(jìn)行處理是不徹底的;對(duì)于深度大于15 mm的重度車轍病害，鉆芯統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，車轍變形主要來(lái)自于中下面層，此時(shí)應(yīng)挖除全部瀝青層，重新鋪筑，如此才能徹底解決問(wèn)題。上述處理方法在河北省京秦、石安、保津、京滬等高速公路的車轍病害處治中都曾采用過(guò)，達(dá)到了良好的效果。

1.4 路面抗滑

路面表面的抗滑能力是由良好的微觀構(gòu)造、宏觀構(gòu)造和防止滑溜性污染3個(gè)要素構(gòu)成的。目前隨著交通量的增加，高速公路大量行車荷載反復(fù)作用，加劇了輪胎對(duì)路面的磨耗，露出表面碎石的瀝青膜被車輪磨去，外露的碎石逐漸被磨光，摩擦系數(shù)逐漸降低，致使路表光滑路面抗滑能力不足。同時(shí)，瀝青表面層被進(jìn)一步壓實(shí)，其表面的外露碎石相互間被壓得更為致密，宏觀構(gòu)造深度顯著減小。由前期路面技術(shù)狀況檢測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，多數(shù)路段橫向力系數(shù)偏低，這些路段中大都是路面破損狀況指數(shù)及路面行駛質(zhì)量指數(shù)較好。在方案設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用微表處理來(lái)改善路面抗滑性能;而對(duì)于石太高速抗滑性能不足路段因路面技術(shù)狀況指數(shù)較差可以通過(guò)其他方案一并處治。

2 養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

2.1 各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)路面使用性能的影響

交通運(yùn)輸部現(xiàn)行的JTJ 073.2-2001公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范與JTJ 073.1-2001公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中對(duì)路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了建議值，如表1，表2所示。

表1 JTJ 073.2-2001瀝青路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

上述養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果和我國(guó)各省市當(dāng)時(shí)的路面技術(shù)狀況分布情況、道路等級(jí)和養(yǎng)護(hù)資金確定的。

2.2 養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)建議值

根據(jù)新的JTG H20-2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，路面各項(xiàng)指標(biāo)處于優(yōu)良狀態(tài)時(shí)其數(shù)值應(yīng)在80分以上，因此路面性能指標(biāo)中對(duì)服務(wù)水平影響較大的指標(biāo)如PCI，RQI等的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置為80左右，同時(shí)考慮到高等級(jí)公路交通量較大，對(duì)服務(wù)水平要求也較高，宜采用更高的標(biāo)準(zhǔn)。路面各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)公路技術(shù)狀況和路網(wǎng)服務(wù)水平的影響程度是不同的，因此對(duì)不同的指標(biāo)應(yīng)考慮采用不同的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以解決主要矛盾為首要原則。在路面的5項(xiàng)性能指標(biāo)中，PCI和RQI是對(duì)路網(wǎng)服務(wù)水平影響較大的指標(biāo)，應(yīng)采用較高的標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)如PSSI，RDI和SRI則可以采用稍低的標(biāo)準(zhǔn)。在確定河北省高速公路路面養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要考慮了以下一些因素:1)現(xiàn)有公路技術(shù)狀況水平。從全國(guó)來(lái)看河北省是高速公路較為發(fā)達(dá)的省份，在歷次的公路大檢查中都名列前茅，目前的路網(wǎng)技術(shù)狀況也處在較高的水平(PQI平均值為92.8)，因此需要采用較高的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)保持較好的路網(wǎng)技術(shù)水平;2)交通量水平。由于河北省地處交通要道，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，高速公路交通流量較全國(guó)平均水平大，因此應(yīng)采用較高的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以維持路網(wǎng)較高的服務(wù)水平;3)養(yǎng)護(hù)目標(biāo)和水平。為迎接即將到來(lái)的全國(guó)公路大檢查，養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置應(yīng)能保證路面大中修養(yǎng)護(hù)后技術(shù)狀況達(dá)到預(yù)定的目標(biāo);4)路網(wǎng)發(fā)達(dá)省市的平均路況水平和采用的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。山東省高速公路采用的PCI和RQI養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為90～92;浙江、北京等地區(qū)高等級(jí)公路采用的PCI和RQI養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為85;天津高速公路采用的PCI和RQI養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為85。河北省高速公路在研究標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該有所借鑒;5)路面各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于公路技術(shù)狀況和服務(wù)水平的影響程度;6)對(duì)于結(jié)構(gòu)性養(yǎng)護(hù)需求，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)PSSI和車轍指數(shù)RDI;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度PSSI養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)70分以下要進(jìn)行路段的結(jié)構(gòu)性養(yǎng)護(hù)，即大修補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì);7)一般認(rèn)為當(dāng)車轍深度達(dá)到20 mm，即車轍指數(shù)RDI＜60分，路面整體結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)采取改建設(shè)計(jì)，以恢復(fù)或提高其結(jié)構(gòu)完好程度;8)現(xiàn)行規(guī)范PCI在70分以下或RQI在80以下進(jìn)行路段的功能性養(yǎng)護(hù)，即中修罩面;而河北省的標(biāo)準(zhǔn)顯然更高(主要集中在80分～90分);9)車轍專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)治理中，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較為離散，這與規(guī)范中未能明確界定車轍的嚴(yán)重程度有關(guān)，直接影響了車轍專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)對(duì)策措施的研究，另外與相關(guān)的研究和其他國(guó)家對(duì)車轍的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)相比，河北省高速公路對(duì)車轍的養(yǎng)護(hù)情況更偏于行車安全(主要集中在80分～90分);10)抗滑性專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)治理中，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)同樣較為離散，與規(guī)范對(duì)抗滑性的要求相比，河北省高速公路對(duì)抗滑性的養(yǎng)護(hù)情況更偏于行車安全(主要集中在80分～90分)。

綜合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，初步確定各指標(biāo)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的建議范圍，如表3所示。

表2 JTJ 073.1-2001水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表3 各養(yǎng)護(hù)措施的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)建議范圍

綜上所述，在進(jìn)行河北省高速公路路面養(yǎng)護(hù)分析時(shí)，擬設(shè)定兩個(gè)層級(jí)的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，即:1)低標(biāo)準(zhǔn);2)高標(biāo)準(zhǔn)。將養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)劃分層級(jí)的目的，旨在分析不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的養(yǎng)護(hù)需求(養(yǎng)護(hù)里程、投資規(guī)模)差別，為進(jìn)一步研究合理的養(yǎng)護(hù)對(duì)策和中長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)規(guī)劃提供決策依據(jù)。

［1］張 雁.西北地區(qū)高速公路養(yǎng)護(hù)對(duì)策的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

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