林 堯

(1.福建省交通科研院有限公司，福州 350004； 2.福建省公路、水路工程重點實驗室，福州 350004)

1 工程概況

某高速公路自2003 年6 月份通車以來， 進行多次銑刨重鋪和微表處路面養(yǎng)護， 原路面結(jié)構(gòu)為4 cmAC-13+5 cmAC-20+7 cmAC-25+20 cm+5%水泥穩(wěn)定碎石基層+36 cm 3%水泥穩(wěn)定碎石底基層。 改造設計要求不改變原路線縱斷面，路基段路面高程，在原路基礎上提高4～4.5 cm，橋梁隧道路面不改變現(xiàn)有高程，銑刨原路面上面層、中面層合計9 cm(10 cm)，病害處治后，回鋪9 cm(10 cm) 廠拌熱再生普通瀝清AC-20C 和4 cm 改性瀝青SMA-13。 一般路段的上、下面層間噴灑改性乳化瀝青粘層，瀝青路面上、下面層采用SBS 改性瀝青，面層集料使用當?shù)啬規(guī)r。

該高速公路年平均日交通量達到13081 輛，客車中主要為小轎車，91.7%為一類車，貨車占比最高的車型為大于40 t 的車輛，占到貨車比例的22%。使道路所承受的累計標準軸載作用次數(shù)大大增加，嚴重影響路面使用壽命。

2 主要病害

該高速公路某路段在路面銑刨重鋪，通車6 個月后，在新SMA-13 路面出現(xiàn)幾處病害，經(jīng)現(xiàn)場實地探勘，發(fā)現(xiàn)病害主要集中在某些橋及互通跨線橋橋頭搭板周圍，如龜裂、唧泥、坑槽、擁包等。 部分龜裂、唧泥的部位可見連續(xù)的點狀泛白，泛白處多為網(wǎng)裂(圖1)。

圖1 現(xiàn)場病害照片

3 路面試驗分析

對現(xiàn)場實地勘探發(fā)現(xiàn)的典型病害， 選取6 處病害周邊或前后附近表面完好路面進行取芯及滲水試驗[1]，6 處SMA-13 罩面層均能取出設計要求的全厚芯樣。 現(xiàn)場試驗結(jié)果見表1。

表1 芯樣與滲水試驗結(jié)果

試驗表明壓實度與滲水符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 中SMA 混合料壓實度不小于98%、滲水不大于80 mL/min 的要求[2]，結(jié)合實地情況分析，除橋頭搭板過渡段發(fā)生龜裂、唧泥、坑槽、擁包等病害外，其他路面面層完整性保持較好。根據(jù)病害的選點位置，在每病害位置邊緣完好路面處分別鉆取全厚芯樣， 取芯發(fā)現(xiàn)瀝青混合料層間粘結(jié)良好，未發(fā)現(xiàn)層間脫落的問題，并對現(xiàn)場取得的芯樣進行水穩(wěn)定性試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 芯樣抗水損害試驗結(jié)果

芯樣穩(wěn)定度試驗符合不小于6 kN 的規(guī)范要求[2]。 現(xiàn)場多數(shù)病害屬于自下而上的深層結(jié)構(gòu)性損壞， 而非自上而下的淺表功能性損壞， 基本排除混合料質(zhì)量及現(xiàn)場施工工藝的原因。初步判斷由于底層病害處理不當?shù)纫稹?/p>

4 室內(nèi)試驗分析

4.1 回收瀝青試驗

針對高速公路路面橋頭搭板周圍病害顯著處抽取3處A(BK1862+095)、B(AK1857+395)、C(AK1862+100)進行探坑開挖并回收改造攤鋪SMA-13 瀝青混合料， 探坑開挖如圖2。

圖2 現(xiàn)場探坑開挖

采用阿布森瀝青回收裝置， 使用三氯乙烯抽提分離得到瀝青和集料，然后進行瀝青與集料的部分性能試驗?；厥諡r青試驗結(jié)果見表3。

表3 回收瀝青試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知，回收的瀝青軟化點、針入度、延度有所變化，瀝青原材本身的老化并不十分明顯，回收所得的瀝青檢測的各項指標均符合規(guī)范及設計要求[3]。

4.2 回收集料試驗

針對探坑回收的混合料中分離出的集料進行壓碎值、針片狀及集料與瀝青的粘附性試驗，結(jié)果見表4。

表4 回收集料試驗結(jié)果

三處集料壓碎值、針片狀顆粒含量[4]，瀝青的粘附性試驗即回收集料與回收瀝青粘附性、 回收集料與新瀝青粘附性進行橫向?qū)Ρ萚3]，均符合規(guī)范及設計要求[2]。

4.3 瀝青混合料試驗

針對發(fā)生病害路段當日試驗室抽檢SMA-13 混合料及現(xiàn)場探坑取樣進行級配和瀝青含量試驗對比分析，結(jié)果見表5。

施工當日SMA-13 混合料與現(xiàn)場探坑取樣SMA-13混合料級配試驗結(jié)果都基本良好， 與生產(chǎn)配合比設計級配相比，各檔通過率主要以正偏差為主，表現(xiàn)為混合料級配有些偏細，但未發(fā)現(xiàn)嚴重的級配偏差，均在規(guī)范及設計要求范圍內(nèi)。 施工當日4 組混合料油量試驗結(jié)果以負偏差為主，3 個探坑混合料油量以負偏差為主，均符合規(guī)范及設計要求[2]。

表5 混合料級配和油量試驗結(jié)果

5 病害原因分析

結(jié)合路面實地勘探和氣候、水文、交通環(huán)境等資料，針對銑刨重鋪通車6 個月后， 在橋頭搭板周圍出現(xiàn)6 處病害及相應的各項試驗分析，主要原因有以下3 點：

(1)病害與SMA-13 混合料配合比、設計原材料及攤鋪碾壓工藝方面無直接聯(lián)系。 通過現(xiàn)場勘察及取芯滲水試驗，選擇探坑取樣，在室內(nèi)進行相應的各項試驗，結(jié)果表明現(xiàn)場的龜裂、唧泥、擁包等病害，隨著通車后，由重車車輪對路面的持續(xù)碾壓，勢必使龜裂、唧泥、擁包等處繼續(xù)發(fā)展成坑槽。 主要病害呈由下至上反射擴散。

(2)病害與橋頭搭板周圍路面長期運營疲勞損害有關。 疲勞損壞過程一般包括3 個階段：一是裂縫的形成，也叫疲勞成核階段；二是裂縫的擴展，也叫穩(wěn)定的裂縫增長；三是斷裂損壞，即不穩(wěn)定的裂縫擴展。 疲勞壽命與應力大小成反比關系，應力越大，疲勞壽命越短裂縫越容易形成。 疲勞壽命還與荷載間歇時間成正比， 間歇時間越短，路面的疲勞壽命越小。 該高速公路交通量大，交通組成中貨車多，交通荷載作用于路面的時間間隔小，裂縫開裂得不到恢復或延緩， 路面橋頭搭板與基層內(nèi)部脫空等使路面壽命縮短。

(3)設計病害處置深度不夠，積水導致病害形成。未銑刨前路面經(jīng)過長期運營，路面各層早已密實不透水，但路面基層橋頭搭板與路基已形成早期疲勞損害； 加上該省雨日多，且雨量大，常爆發(fā)暴雨洪澇等災害，改造設計銑刨面層未觸及橋頭搭板與基層結(jié)合部，舊路面層被銑刨，極易在遇到雨水或其他積水時侵蝕到受疲勞損害的部位，積水下滲，積聚在病害處，類似泡水的棉花，此時立即攤鋪碾壓SMA-13 瀝青混凝土， 新面層在重頻繁交通動載作用下， 空隙水對瀝青膜的不斷沖刷使得瀝青膜越來越薄，綜合影響了瀝青混凝土內(nèi)部的粘聚，在高溫和空隙水的作用下導致發(fā)生水損害。 該現(xiàn)象在流美大橋的主車道表現(xiàn)得最為突出，因為該處接受大車的碾壓最多，動水壓力和頻率最大，路面損毀嚴重。

6 病害處治建議

(1)在設計階段加深橋頭搭板周圍病害處理。 改造設計時需充分考慮原高速公路長期的車輛荷載作用及大氣水文情況對舊路的綜合影響， 建議在路面橋頭搭板周圍易出現(xiàn)疲勞損害段或者脫空段增設底層排水設施， 具體位置現(xiàn)場確定，切縫后鑿除瀝青混凝土及結(jié)構(gòu)層，然后按2%排水橫坡澆筑C40 混凝土墊層，安設UPVC 管，調(diào)整局部縱橫坡等排水，加強中分帶排水；也可以加深病害設計處置深度到搭板與基層結(jié)合部等，再進行面層重鋪。

(2)針對路面橋頭搭板周圍疲勞損害或者脫空處先進行注漿加固補強后，再銑刨重鋪新面層。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)類型，選擇合適的注漿工藝，建議采用高聚物注漿等。 高聚物具有耐久、安全、微損、抗?jié)B性好、施工速度快，無需養(yǎng)護、經(jīng)濟效益高、對環(huán)境無污染等優(yōu)勢[5]。高聚物注漿可以不斷地填充橋頭搭板周圍與路面周圍的脫空及孔隙，起到了填充和擠密作用， 并將其中的積水沿裂縫或尚未注漿的管道擠出。修復路面內(nèi)的病害后，再對舊路進行常規(guī)的銑刨重鋪改造，這種方式對于病害修復較為實用。

7 結(jié)語

隨著高速公路改造工程日漸增多， 通車后最早在橋頭搭板周圍反射出現(xiàn)的路面病害嚴重影響通行質(zhì)量和行車安全。本文運用科學的試驗及檢測技術(shù)，分析了病害產(chǎn)生的機理及原因， 提出在病害集中的橋頭搭板周圍加深設計病害處治或者進行高聚物注漿后銑刨重鋪等建議，能有效保障高速公路改造后的整體使用壽命。