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省道大中修工程的面層改造探析

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長期運營使用的瀝青路面會出現多種路面病害問題，需要及時進行養(yǎng)護與維修。本文在對原有路面技術狀況進行檢測，分析路面病害原因，制定面層結構方案，并進行對比分析，最終得出省道大中修工程的整體改造方案，最大限度地延緩路面的施工壽命。

道路工程；道路養(yǎng)護；路面改造；方案對比

一、工程概況

239 省道常州段全長約58公里，新北羅溪至奔牛段和儒林段在改造通車以來，經常出現路面病害問題，需對路面病害情況進行調查，分析病害原因，結合路面結構情況，提出面層改造方案。通過調查記錄路面病害類型、病害嚴重程度及病害工程量，主要對路面損壞（PCI）、路面車轍（RDI）、路面車轍（RDI）、路面行使質量（RQI）、路面結構強度（PSSI）等方面進行評定，面層改造方案主要參考PCI指標[1]。

通過對全線的路況調查發(fā)現，一般路段的路面病害主要是車轍、縱橫向裂縫、龜裂。其中輕微裂縫已于日常的小修保養(yǎng)時進行臨時處理，主要采取的養(yǎng)護方式是灌縫和局部挖補處理。路面病害調查表明，本工程主要病害有：松散、修補、縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂、沉陷、車轍以及坑槽等，其中以裂縫、車轍以及修補為主，具體路面破損情況見表1。儒林段路面狀況較差，出現大量松散、車轍、波浪以及麻面等病害。新北羅溪至奔牛段病害以裂縫、車轍及修補為主，大部分裂縫已進行了灌縫處理，但部分出現裂縫延伸；橫向裂縫多為基層反射裂縫。

表1 本工程路面損壞評價

二、病害原因分析

（一）裂縫類

本工程裂縫類病害主要表現為縱、橫向裂縫、塊狀裂縫、龜裂和網狀裂縫。根據現場調查結果，裂縫類病害以橫向裂縫為主，比例達83%，其余依次為縱向裂縫、塊狀裂縫、龜網裂。

1.橫向裂縫病害原因分析。

橫向裂縫一般可分為荷載性裂縫和非和荷載性裂縫兩大類[2]。荷載性裂縫是由于路面設計不當或施工質量較差，或由于車輛嚴重超載，重型交通比例大，致使瀝青面層或基層產生拉應力超過其疲勞強度而產生的裂縫。非荷載性裂縫是橫向裂縫表現的主要形式，主要包括：瀝青面層的溫縮裂縫和基礎層反射裂縫。一般認為，半剛性基層在施工、養(yǎng)護及使用過程中易產生收縮裂縫，因此在半剛性基層上鋪設瀝青面層產生橫向裂縫是極為普遍的，而且是不可避免的。

從取芯結果來看，橫向裂縫主要為基層反射裂縫，裂縫從下往上發(fā)展，呈上窄下寬型，基層開裂、松散不成型，同時結合路面實測彎沉結果及交通量統計，本路段區(qū)域內重型交通比例較大，占整體交通量的12%，不能排除部分路段路面整體結構強度不足的原因。

2.縱向裂縫病害分析。

縱向裂縫的成因比較復雜，初步分析認為主要存在以下兩種原因：①瀝青路面分幅施工時，接縫連接部處理不當，接縫處壓實未達到要求，在長期行車荷載作用下形成的縱向裂縫；②由于路基壓實不均勻，路表、邊坡處滲水，局部路基受水浸泡后承載力降低，產生不均勻沉降。

3.塊裂及龜網裂。

沿線塊裂及龜網裂較少，現場調查發(fā)現部分塊裂及龜裂已進行修補，產生裂縫的主要原因有以下幾個方面：①路面整體強度不足，在重型荷載作用下發(fā)生整體破壞；②縱、橫向裂縫未及時修補，致使水分下滲，裂縫交錯發(fā)展導致；③瀝青路面在長期使用過程中發(fā)生老化。

（二）松散類

根據現場調查結果，本路段K7+000～K16+600段松散類病害很少，比例為0.09%。病害處治時可結合其他病害一并處理。K56+000～K57+000左幅松散類病害最為嚴重，現場調查發(fā)現路面瀝青層嚴重剝離，進而導致路面發(fā)生車轍、波浪、擁包、麻面等病害。經調查了解，該段路面已進行翻挖補強處理，面層采用4cmSMA-13，中、下面層均采用6cmSUP-20，基層補強20cm水泥穩(wěn)定碎石。部分路段開挖后發(fā)現路床底存在淤泥，清淤后路床及基底進行重新填筑，但至今效果仍不理想。結合彎沉及鉆芯試驗結果，檢測彎沉代表值21.1（0.01mm）路面結構層強度滿足設計要求，鉆芯取樣表明路面面層及基層結構完整性好，面層與基層間粘結性差。

根據路基鉆孔試驗分析，路床下存在軟塑～流塑狀粉質粘土層，但埋深較深(6.2m～9.4m),對路面影響可忽略。綜合以上初步調查分析認為主要存在以下原因：①瀝青面層間粘結層失效，瀝青在行車荷載作用下發(fā)生剝離；②瀝青用量偏少，稠度太低，瀝青與礦料間粘附性較差；該路段松散類病害原因判斷還需進行進一步調查、檢測。

（三）變形類

本工程變形類病害主要包括沉陷、車轍、波浪擁抱。根據病害調查成果，其中占比最大的為車轍，占到此類病害的99%。

1.沉陷病害分析。

沿線沉陷類病害較少，從現場調查的情況來看，產生沉陷的主要原因可能有以下幾點：①老路運營時間較久，部分路基填料在重交通量作用下出現不均勻沉降；②填土高度較低，地下水滲透影響路基穩(wěn)定，道路部分路段出現沉陷。

2.波浪擁抱病害分析。

沿線部分路段出現波浪擁抱以及推移的主要原因是瀝青用量過多，配比不合適，細料過多以及路面各層位之間粘結較差等。

3.車轍病害分析。

根據老路調查的結果，車轍病害是本路段最主要、最嚴重的病害類型，通過分析，造成本項目車轍嚴重的主要原因有以下幾方面：①從交通量分析結果來看，本路段重型交通比例較大；②交叉口處剎車、啟動頻繁，極易結構層內產生的剪切力超過材料的抗剪強度而產生車轍，同時與其他路段相比，輪載的累積作用時間較長，更加加劇了車轍病害的形成。③氣溫升高時，瀝青路面表面強度降低，瀝青粘度變小，抗蠕變能力下降，在重型交通外力作用下很容易產生永久剪切變形導致瀝青材料橫向流動而產生車轍。④瀝青的粘度和集料之間的粘附性影響瀝青的高溫穩(wěn)定性，老路瀝青路面瀝青粘度及集料的配比直接影響路面的抗車轍能力[3]。

（四）其他類

本工程其他類病害主要表現為修補。本路段在運營期間進行多次養(yǎng)護，路面修補現象頻繁，部分路段大面積修補后，病害依然很嚴重，如 K7+000～K9+000、K13+000～K14+000 段。

綜合彎沉、交通量及鉆芯結果，K7+000～K9+000段彎沉試驗較好，但鉆芯結果顯示基層松散不成形，基層強度不足；K13+000～K14+000段基層完整，層間粘結較差，彎沉過大，整體路面強度不足。初步分析認為主要存在以下幾方面原因：①本路段段重型交通比例較大，直接導致路面破壞；②部分路段僅對面層進行處理，而基層病害未得到及時處治，致使病害重復發(fā)生。

三、路面大中修方案設計

（一）瀝青路面材料比選

路面面層是直接承受汽車荷載作用和大氣降水、溫度變化影響的路面結構層，直接暴露于大氣之中。保證足夠的承載力、抵抗變形能力、良好的平整度、較強的抗滑性和耐久性，是瀝青路面的基本要求。

面層可以采用SMA、Superpave、AC等類型的瀝青混合料[4]。綜合比較各類材料的優(yōu)缺點，考慮到項目路面層材料需抵抗路段較多重載車輛，需具備優(yōu)越的抗車轍能力，結合項目區(qū)域類似項目成功經驗，推薦方案：上面層采用SMA-13細粒式瀝青混凝土（改性），下面層采用SUP-20中粒式瀝青混凝土。

（二）原瀝青路面材料再生利用方案設計

考慮本路段在處治過程中會產生大量的瀝青面層銑刨料，為了能夠更好的利用銑刨料，減少棄料引起生態(tài)環(huán)境問題，節(jié)約土地成本，建議在方案處治中充分考慮瀝青混合料再生技術。

目前階段較適合用于我國的再生技術主要是廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生和就地冷再生技術，不同的再生方式都存在自身的優(yōu)缺點及適用性[5]。考慮廠拌熱再生方案技術成熟度較高，施工難度小，應用廣泛，質量控制相對簡單，同時結合以往養(yǎng)護方案，優(yōu)先推薦采用廠拌熱再生技術。熱再生后的瀝青混合料用于瀝青下面層的填筑。

（三）改造方案比選

根據各路段路面技術狀況評定結果，結合路面病害處治方案分析結果進行，各路段改造方案如下：

1.路段一：K9+000～K11+000、K14+000～K15+000 路段（不含下穿滬寧高速路段）

該段路面狀況相對較好，PCI為“優(yōu)”，主要病害為縱、橫向裂縫以及部分車轍。RDI及RQI指標基本為“優(yōu)”、“良”，除K10+000～K11+000路段右幅PSSI指標為“良”、其余均為“優(yōu)”，從取芯結果來看，瀝青面層偏薄。結合病害處治，提出兩個改造方案見表1。

表1 路段一的處治方案對比

方案一全路段除了病害處處治到基層頂面，其余一般路段不做特別處理，最后全路段做一層微表處；方案二除病害處處治到基層頂面，其余一般路段銑铇4cm后撒布粘層油并加鋪4cm SMA-13瀝青面層，病害處理段上面層與一般路段面層同時鋪筑。綜合比選，優(yōu)先推薦采用方案二，但考慮K10+000～K11+000右半幅強度較低，可參照路段二及路段三的推薦方案進行處理。

2.路 段 二：K8+000～K9+000、K11+000～K14+000 及K15+000～K15+600路段

該路段PCI指標為“良”，大部分PCI指標均處于70～80，相對較低，出現的病害以車轍、修補以及橫、縱向裂縫為主，RDI評價基本為“良”、RQI評價“優(yōu)”、“良”，從取芯結果來看，老路面層由于長年的運營，磨耗較多，部分基層出現松散不成型，整體情況均比較一般。

3.路段三：K7+000～K8+000及 K16+500～K16+700路段

該路段PCI指標為“中”，主要以縱、橫向裂縫、車轍以及沉陷等病害為主，RDI、RQI等指標評定基本為“良”，部分出現“中”，從取芯結果來看，面層偏薄，部分基層出現松散不成型。由于路段二級路段三現狀路面狀況較為相似，輕重程度略有區(qū)別，提出兩種處治方案，見表2。

表2 路段三和路段二的處治方案

方案一除病害處處治到基層頂面，其余一般路段銑铇4cm后撒布粘層油并加鋪4cm SMA-13瀝青面層。方案二將老路面層全部銑铇，對基層補強處理后加鋪4cmSMA-13+8cm SUP-20面層，車轍及平交口處下面層添加抗車轍劑。綜合考慮，推薦采用方案二，PCI評定為“中”的路段著重注意基層的補強處理。

4.路段四：儒林段（K56+000～K57+000）

該段地勘資料顯示，局部存在軟弱土。PCI指數為34.9，評價為“差”，平均車轍深度已達23.73mm，RDI指數為45.6，病害極為嚴重，RQI評定為“中”。從取芯來看，上面層由于路面松散、麻面而厚度偏薄。從前面病害分析及處置方法來看，情況較為復雜，可能引起病害的原因較多，從現場來看，往年修補的瀝青面層大面積出現松散，近年來小修小補的瀝青面層基本剝落，路面車轍、波浪較為嚴重，路側鉆孔揭示在路基范圍內存在一般軟弱土。強度檢測結果顯示該路段整體強度優(yōu)良，初步分析病害產生的原因為面層間粘結力較差或基層出現不均勻沉降，在重型交通的作用下而產生病害，長年的未達標修補進一步加劇了病害的程度。因此，提出如下三種改造方案：

方案一：病害處治首先銑铇原老路面層，檢測基層的強度及平整度，尤其波浪及車轍病害處，若基層強度較好，且未出現不均勻沉降，則對部分松散基層進行補強處理后加鋪4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

方案二：若基層出現不均勻沉降，則開挖至路床頂面，若路床不成型則繼續(xù)開挖至成型為止，回填20cm級配碎石后填筑6%石灰土并壓實至路床頂面，路床頂面滿鋪土工格柵，其上填筑水泥穩(wěn)定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

方案三：挖除路面結構及路基，進行深攪樁處理，樁長9m，樁間距1.5m，樁徑0.5m。地基處理后，填筑石灰土至路床頂面，其上路面結構鋪筑：水泥穩(wěn)定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面層添加抗車轍劑。

四、結束語

對239省道常州段的路面病害調查，以PCI指標對路面狀況進行分級評價，分析路面病害的成因，并按照病害針對性、銑铇料充分利用、經濟可行、安全可靠、動態(tài)設計、便于交通組織的設計原則制定路面養(yǎng)護方案?？紤]到本工程路面層材料需抵抗路段較多重載車輛，需具備優(yōu)越的抗車轍能力，建議上面層采用SMA-13細粒式瀝青混凝土(改性)，下面層采用SUP-20中粒式瀝青混凝土，而銑刨料可以考慮廠拌熱再生方案，其成熟度較高、施工難度小，質量控制相對簡單。各個路段面層改造的具體方案，結合PCI指標和具體情況進行方案比選后最終確定。

[1]崔巖.遼寧省高速公路瀝青路面養(yǎng)護維修技術綜述[J].北方交通,2014(10):73-75.

[2]李彩霞,瀝青路面養(yǎng)護首選方案確定方法研究[J].黑龍江交通科技,2014(8):74-75.

[3]郭邦學.高速公路瀝青路面養(yǎng)護決策時機研究[J].西部交通科技,2016(3):35-37.

[4]徐生茂,李雨芳.高速公路瀝青路面養(yǎng)護技術應用效果評價[J].江西建材,2016(8):143-144.

[5]陳光營,張晨,李加才.某高速公路瀝青路面養(yǎng)護方案設計[J].山西建筑,2015,41(26):145-146.

路見宇（1990.12—），江蘇南京人，助理工程師，主要從事路橋工程的新技術研發(fā)及檢測工作。