高 源

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

1 概況

山西省作為以煤炭資源為主的能源大省，重型和特重型車(chē)的運(yùn)輸比例很高，局部路段在超負(fù)荷行車(chē)荷載的作用下，出現(xiàn)了不同程度的病害。路面病害的發(fā)生給公路的正常運(yùn)行造成了較大的影響，車(chē)輛在公路上不能快速通過(guò)，堵車(chē)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，行車(chē)存在安全隱患，公路的服務(wù)水平也隨之降低。

大（同）新（廣武）高速公路是大（同）運(yùn)（城）高速公路的重要組成部分，全長(zhǎng)97.009 km，其中水泥混凝土路面51.017 km，瀝青路面45.992 km，于2002年12月建成，并正式投入運(yùn)營(yíng)。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，所屬大新高速的水泥混凝土路面出現(xiàn)了破碎板、露骨、錯(cuò)臺(tái)等病害；而瀝青混凝土路面則出現(xiàn)了網(wǎng)裂、橫向裂縫、縱向裂縫、車(chē)轍等病害；局部路段路面的基層也出現(xiàn)了不同程度的損壞。各相關(guān)單位對(duì)大新高速公路路面進(jìn)行了全面調(diào)查、檢測(cè)，并提出了相應(yīng)的維修處治方案。

2 檢測(cè)方案與評(píng)價(jià)方法

2.1 檢測(cè)方案

根據(jù)現(xiàn)行《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007）[1]將公路技術(shù)狀況分為優(yōu)、良、中、次、差5個(gè)等級(jí)，按表1規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)確定。

表1 公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)大新高速公路的實(shí)際情況，為了能較為全面地掌握現(xiàn)有路面的破壞情況，制定了有針對(duì)性、人工調(diào)查與儀器檢測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)現(xiàn)有路面進(jìn)行全面調(diào)查，具體方案詳見(jiàn)表2。

表2 路面檢測(cè)方案一覽表

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 路面狀況指標(biāo)（PCI）評(píng)價(jià)方法[1]

路面（PCI）計(jì)算方法：確定不同損壞類(lèi)型、嚴(yán)重程度的權(quán)重；按公里分列計(jì)算路面破損率（DR），并按公式PCI=100-a0DRa1計(jì)算路面狀況指數(shù)（PCI），再以公里為單位，分車(chē)道評(píng)定路面狀況等級(jí)。

通過(guò)對(duì)路面破損狀況調(diào)查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向PCI總體平均值74.84，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為中；大新高速下行方向PCI總體平均值74.23，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為中。

2.2.2 路面車(chē)轍（RDI）評(píng)價(jià)方法[1]

路面車(chē)轍用路面車(chē)轍深度指數(shù)（RDI）評(píng)價(jià)按式（ 2）：

式中：RD為車(chē)轍深度；RDa為車(chē)轍深度參數(shù)，采用20 mm；RDb為車(chē)轍深度限值，采用35 mm；a0為模型參數(shù)，采用2.0；a1為模型參數(shù)，采用4.0。

通過(guò)對(duì)車(chē)轍數(shù)據(jù)分析，大新高速公路上行路面車(chē)轍深度指數(shù)（RDI）平均值為89.42，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為良；大新高速公路下行路面車(chē)轍深度指數(shù)（RDI）平均值為86.04，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為良。

2.2.3 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（PSSI）評(píng)價(jià)方法[1]

路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）按式（3）計(jì)算：

式中：SSI為路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，為路面設(shè)計(jì)彎沉與實(shí)測(cè)代表彎沉之比；ld為路面設(shè)計(jì)彎沉，mm；l0為實(shí)測(cè)代表彎沉，mm；a0為模型參數(shù)，采用 15.71；a1為模型參數(shù)，采用-5.19。

通過(guò)對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面PSSI總體平均值90.88，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為優(yōu)；大新高速下行方向路面PSSI總體平均值88.70，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為良。

2.2.4 路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）評(píng)價(jià)方法[1]

路面平整度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用路面行駛質(zhì)量指數(shù)（ RQI）按式（ 4）評(píng)價(jià)：

式中：IRI為國(guó)際平整度指數(shù)；a0為標(biāo)定系數(shù)，采用0.026；a1為標(biāo)定系數(shù)，采用 0.65。

通過(guò)對(duì)平整度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面RQI總平均值為92.41，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為優(yōu)；大新高速下行方向路面RQI總平均值為92.85，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為優(yōu)。

2.2.5 路面抗滑性能(SRI)評(píng)價(jià)方法[1]

路面抗滑性能用路面抗滑性能指數(shù)（SRI）評(píng)價(jià)，按式（ 5）計(jì)算：

式中：BPN為擺值；SFC為橫向力系數(shù)；SRImin為標(biāo)定參數(shù)，采用35.0；a0為模型參數(shù)，采用28.6；a1為模型參數(shù)，采用-0.105。

通過(guò)對(duì)路面抗滑性能調(diào)查數(shù)據(jù)分析，大新高速上行方向路面SRI總體平均值88.20，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為良；大新高速下行方向路面SRI總體平均值85.91，按現(xiàn)行規(guī)范評(píng)價(jià)為良。

2.2.6 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)（Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)GPR）利用主頻為106～109Hz波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)地下目的體或地層的界面反射后返回地面，被雷達(dá)天線接收器所接收并傳輸?shù)街鳈C(jī)，對(duì)所接收的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到探測(cè)目的。

根據(jù)測(cè)線雷達(dá)成像剖面圖，運(yùn)用解譯方法對(duì)所有剖面進(jìn)行了分析解釋。選擇局部段的典型剖面解釋如圖1、圖2。

圖1 慢車(chē)道中央測(cè)線K517+370—K517+394段探測(cè)典型雷達(dá)剖面圖

該典型剖面為慢車(chē)道中央測(cè)線K517+370—K517+394段探測(cè)典型雷達(dá)剖面圖，從圖中可以清楚地 看 出 ：K517+377—K517+379、K517+385—K517+387兩處基層位置有較大空洞異常，整個(gè)剖面基層存在連續(xù)脫空異常。

圖2 行車(chē)道中央測(cè)線K495+400—K495+424段探測(cè)典型雷達(dá)剖面圖

該典型剖面為行車(chē)道中央測(cè)線K495+400—K495+424段探測(cè)典型雷達(dá)剖面圖，從圖中可以清楚地看出：K495+400—K495+421段面層下存在不連續(xù)間距約5 m的板縫下異常區(qū)，K495+412—K495+424段落基層存在連續(xù)脫空異常。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)和數(shù)據(jù)分析解譯工作，對(duì)各條剖面異常信息的解釋結(jié)果進(jìn)行匯總，得出以下結(jié)論，并進(jìn)一步對(duì)基層內(nèi)及基層下存在的雷達(dá)異常區(qū)布設(shè)必要的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

a）路面面層脫空主要集中在水泥面板板縫處，水泥面板下局部存在脫空現(xiàn)象。

b）路面下基層存在大量脫空及破碎帶，甚至空洞。

c）面層脫空異常已進(jìn)行鉆芯取樣，驗(yàn)證結(jié)果與異常特性一致。

2.2.7 鉆芯取樣

經(jīng)取芯試驗(yàn)得出基本結(jié)論：在普通裂縫處大新高速公路超車(chē)道基層較好，面層破壞嚴(yán)重；在普通裂縫處行車(chē)道及慢車(chē)道基層和面層破壞嚴(yán)重。

3 維修處治方案

3.1 路面維修處治設(shè)計(jì)原則[2]

對(duì)現(xiàn)有路面的維修處治與新建公路的設(shè)計(jì)思路有較大的區(qū)別，因此路面維修處治方案應(yīng)遵循以下原則：

a）減小社會(huì)影響，不中斷交通，快速施工，快速開(kāi)放交通。

b）不影響正常運(yùn)營(yíng)、并確保行車(chē)安全。

c）經(jīng)濟(jì)合理，綜合經(jīng)濟(jì)效益好。

d）恢復(fù)路面使用功能及服務(wù)水平。

e）注重節(jié)約資源，堅(jiān)持廢物利用，對(duì)于瀝青廢料擬用廠拌熱再生技術(shù)用于路面的中（下）面層，對(duì)基層采用現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)。

f）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不變，原路線平面不作變動(dòng)。

3.2 瀝青路面維修處治方案[3]

根據(jù)病害現(xiàn)狀，決定從結(jié)構(gòu)修復(fù)、路面封水和改善表面功能3個(gè)方面來(lái)著手解決：對(duì)已損壞基層的路面采用銑刨已經(jīng)破壞的面層，對(duì)基層進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其結(jié)構(gòu)功能；對(duì)損壞面層的路面，僅對(duì)瀝青面層進(jìn)行維修；對(duì)于強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，只是表面功能弱化的路段采用微表處達(dá)到路面封水和恢復(fù)功能的目的。

3.2.1 Ⅰ型方案用于路面需預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段

路面有輕微縱裂、橫裂，平整度較好路段，灌縫后采用1.0 cm厚的MS-3型微表處罩面處理。

3.2.2 Ⅱ型方案用于上面層損壞路段

對(duì)于路面塊裂、龜裂或車(chē)轍深度RD＜20 mm，上、中面層分離的路段，銑刨原路面厚度5 cm后，鋪設(shè)5 cm AC-16中粒式密級(jí)配SBS改性瀝青混凝土，維持原路面設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2.3 Ⅲ型方案用于上、中面層損壞路段

對(duì)于路面龜裂或車(chē)轍深度RD＞20 mm，上、中面層分離破壞的路段，銑刨原路面厚度11 cm后，面層由上至下分別為5 cm AC-16中粒式密級(jí)配SBS改性瀝青混凝土、6 cm AC-20密級(jí)配SBS改性瀝青混凝土（廠拌熱再生），維持原路面設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2.4 Ⅳ型方案用于路面基層損壞的路段

對(duì)于路面龜裂嚴(yán)重或路面沉陷，路面面層分離破壞、基層松散路段，將瀝青面層15 cm銑刨后，對(duì)原設(shè)計(jì)的基層17 cm進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷再生后，重新鋪筑瀝青面層，瀝青上面層為5 cm AC-16C中粒式密級(jí)配SBS改性瀝青混凝土，下面層采用10 cm ATB-25密級(jí)配SBS改性瀝青碎石（廠拌熱再生），維持原路面設(shè)計(jì)標(biāo)高。

對(duì)于瀝青上面層材料的選擇，提出了SBS改性瀝青混凝土上面層與SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層的比較；對(duì)于基層破損的路段，提出了中、下面層兩層合并成一層粗粒式密級(jí)配瀝青碎石（ATB）的方案和恢復(fù)原設(shè)計(jì)3層瀝青面層的方案，并對(duì)兩者進(jìn)行了方案比較。

綜合比較來(lái)看，推薦方案受力均衡、整體穩(wěn)定性好、維修處治費(fèi)用省、社會(huì)效益明顯、當(dāng)天開(kāi)工路段當(dāng)天就能開(kāi)放交通，最能滿(mǎn)足邊通車(chē)邊維修處治的功能及便于施工質(zhì)量控制及節(jié)省造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 水泥混凝土路面維修處治方案[4]

根據(jù)病害現(xiàn)狀，決定對(duì)局部破損水泥混凝土面板先按水泥路面破損類(lèi)型分別進(jìn)行修復(fù)維修處治。處治原水泥路面后，灑布SBS改性乳化瀝青黏層油，并設(shè)應(yīng)力吸收層；后采用“白加黑”方案對(duì)水泥混凝土路段加鋪4 cm+6 cm的瀝青面層，上面層采用細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13），下面層采用半開(kāi)級(jí)配大粒徑瀝青碎石，中間層采用SBS改性乳化瀝青稀漿封層（ ES-3）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用多種技術(shù)手段對(duì)公路路面病害進(jìn)行檢測(cè)，特別是引入地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)無(wú)法直接觀察的路面以下結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行檢測(cè)，都為公路路面病害維修處治提供了較為準(zhǔn)確的依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)人員路面處治方案的確定也提供了較大幫助，明確了病害原因，提出了具有針對(duì)性的處治措施。