劉建鋒

（鄭州市公路事業(yè)發(fā)展中心 鄭州450052）

0 引言

早期水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料形成復(fù)合式路面，是目前常見的舊水泥路面養(yǎng)護方式［1-3］。復(fù)合式路面兼具了水泥混凝土路面和瀝青路面的優(yōu)點，下層水泥混凝土具有較高的強度和承載能力，上層瀝青路面具有表面平整、行車舒適、噪音低等優(yōu)點［4-6］。實際使用過程中，部分復(fù)合式路面出現(xiàn)早期病害。為針對早期病害制定科學(xué)的養(yǎng)護方案，需要對路面病害進行詳細檢測，準確分析病害成因［7-8］。

本文以某市郊干線公路復(fù)合式路面為依托工程，針對路面病害狀況，制定針對性檢測方案，詳細調(diào)查病害類型，根據(jù)檢測結(jié)果及現(xiàn)場調(diào)研，分析病害成因，形成復(fù)合式路面早期病害成因分析典型案例，以期為相關(guān)類似工程提供參考。

1 工程概況及主要病害

本文依托工程為某市郊道路A，于1995年按照水泥混凝土路面設(shè)計建成通車，經(jīng)自然環(huán)境及長期車輛荷載作用，路面性能不再滿足使用要求。之后在水泥混凝土面板上加鋪瀝青混凝土面層（3 cm AC-13上面層+4 cm AC-20 下面層）以改善舊水泥混凝土路面的行車條件。

自2011 年底改造通車至2013 年5 月該路面整體運營狀況良好，因毗鄰省道施工維修，導(dǎo)致大量分流繞行車輛匯入道路A，短時間內(nèi)造成道路全線出現(xiàn)多種路面早期損壞病害。其中，路面橫向反射裂縫間隔較小，局部唧漿，坑槽、麻面頻發(fā)且破損面積較大，屬于典型的復(fù)合式瀝青路面早期破壞。道路南北幅損害情況差異明顯，病害位置多集中于北幅，以橫向反射裂縫為例，南幅橫向裂縫共計39 條，對應(yīng)北幅橫向裂縫數(shù)量為762條，接近南幅數(shù)量的20倍。

2 檢測方案

對道路全線進行詳細勘察檢測，全線路段普查，典型車道重點加密檢測，以掌握全線路面損壞類型、特點、嚴重程度及位置分布等，為后期室內(nèi)試驗提供研究基礎(chǔ)。主要檢測項目包括：①路面破損狀況調(diào)查；②路面彎沉檢測；③取芯檢測；④基層無側(cè)限抗壓強度檢測；⑤鉆探檢測；⑥路面雷達檢測。

3 檢測結(jié)果分析

3.1 路面破損狀況調(diào)查

現(xiàn)場勘察采用人工徒步的方式，統(tǒng)計道路A 全線早期損壞類型、數(shù)量、分布等［9］。全線路面病害調(diào)查結(jié)果如表1 所示。道路A 主要病害以橫向裂縫、縱向裂縫、麻面為主，全線伴隨局部坑槽。對比南、北半幅路面病害可知，北半幅快車道各類早期損壞產(chǎn)生頻率較高，北幅路面橫縫、縱縫、坑槽、麻面病害較南幅病害數(shù)量分別增加約18.5%、3.5%、2.7%、0.5%。

表1 病害調(diào)查統(tǒng)計Tab.1 Disease Survey Statistics

3.2 路面彎沉檢測

道路A 橫向、縱向裂縫頻發(fā)，橫向反射裂縫發(fā)生位置多為水泥混凝土面板間預(yù)留接縫位置，長度約為水泥混凝土面板長度，屬“白加黑”路面結(jié)構(gòu)常見的反射型裂縫。為了解全線面層與基層層間接觸情況、路面板底支撐狀況及板邊接縫傳荷能力，采用落錘式彎沉儀（FWD）對復(fù)合式路面水泥混凝土面板的板中、板角及板邊進行彎沉檢測。

依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程：JTG E60-2008》，針對破損嚴重的北半幅快車道，檢測水泥混凝土混凝土板的板中、板角及板邊接縫的彎沉情況，檢測頻率1 點/100 m。板中彎沉以每1 000 m 作為評定單元，檢測結(jié)果如圖1所示，根據(jù)嚴重程度將板角彎沉值及板邊接縫彎沉差劃分成不同等級，檢測結(jié)果如圖2、圖3所示。

根據(jù)彎沉檢測結(jié)果可得：

⑴板中彎沉值較小，檢測值多介于6.5～10（0.01 mm）范圍內(nèi)，每千米彎沉值、代表彎沉值無明顯差異，全線平均彎沉值8.18（0.01 mm），代表彎沉值10.33（0.01 mm）。

圖1 北半幅快車道板中彎沉檢測結(jié)果Fig.1 Results of Deflection Detection in the North Half Fast Track Plate

圖2 北半幅快車道板角彎沉檢測結(jié)果Fig.2 Detection Results of Plate Angle Deflection in North Half Fast Lane

⑵從板角單點彎沉值、嚴重程度占比情況可以看出，板角彎沉值小于20（0.01 mm）的點位占比全線的64%，板底無明顯脫空，路基承載能力及傳遞荷載能力滿足路面使用性能要求。部分點位的彎沉情況較為嚴重，K1+500～K1+900 路段數(shù)個單點彎沉值高達60（0.01 mm）左右，數(shù)據(jù)離散程度較大。病害嚴重路段約25%板角彎沉值介于20～30（0.01 mm）范圍內(nèi)，此時板底支撐狀況相對較差，存在輕度板底脫空現(xiàn)象，脫空量約為3～5mm；當板角彎沉值大于30（0.01 mm）時，板底脫空嚴重，對應(yīng)路段脫空量大于5 mm，屬于重度脫空范圍，約占道路全線的11%，需進行板底脫空治理。

⑶從圖3板邊接縫彎沉檢測結(jié)果可得，板邊接縫彎沉差同板角彎沉離散規(guī)律相似，板角彎沉值變異性大的位置，板邊接縫彎沉差同樣擁有較大的變異性，如K1+500～K1+900、K3+200～K4+000 路段；全線彎沉差值小于6（0.01 mm）的單點占較為密集，但數(shù)據(jù)變異性過大，當板邊彎沉差大于6（0.01 mm）時，混凝土板間傳荷能力較差，板接縫處縱向變形量差異較大，易引起接縫處瀝青層產(chǎn)生剪切型反射裂縫。根據(jù)彎沉差值檢測結(jié)果，劃分為不同程度損壞，符合技術(shù)要求的路段約占全線的53%，超于20（0.01 mm）、30（0.01 mm）的路段分別占比12%、2.8%，部分差值接近50（0.01 mm），超出規(guī)定上限值約7倍之多，縱向變形量差異巨大，極易形成橫向反射裂縫。彎沉檢測結(jié)果表明，板底脫空多位于板角、板邊處，板中底部無明顯脫空現(xiàn)象，混凝土板間傳遞荷載能力總體相對較差，板塊協(xié)同受力能力不足，部分單點區(qū)域承載能力及傳荷能力嚴重不足。

3.3 路面取芯檢測

3.3.1 典型芯樣各結(jié)構(gòu)層厚度

典型芯樣各結(jié)構(gòu)層厚度檢測結(jié)果如圖4所示。根據(jù)圖4可得，面層厚度多介于7～8.5 cm之間，部分芯樣厚度較薄，最小厚度5 cm，厚度最大差值達3.5 mm。由于瀝青路面長期遭受自然環(huán)境及車輛荷載作用，瀝青-礦料間的黏附力逐漸降低，短時間內(nèi)經(jīng)重載、重壓車輛碾壓，面層瀝青混合料易產(chǎn)生集料脫落、缺失，出現(xiàn)大面積的坑槽、麻面，芯樣瀝青面層厚度逐漸減?。?0］。基層厚度多介于23～26 cm，大部分基層狀況完整、良好，但存在少量破損、斷裂情況，面層與基層黏結(jié)能力較弱，大部分芯樣面層與基層之間已分離。

圖3 北半幅快車道板邊接縫彎沉差測結(jié)果Fig.3 Results of Deflection Difference of Plate Edge Seam in North Half Fast Lane

圖4 典型芯樣結(jié)構(gòu)層厚度Fig.4 Thickness of Typical Core-like Structure

3.3.2 瀝青面層芯樣性能

選取部分典型瀝青混凝土芯樣，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20-2011》，檢測芯樣毛體積密度、穩(wěn)定度，如圖5和表2所示。道路瀝青面層芯樣毛體積密度最小值為2.282 g/cm3，最大值為2.448 g/cm3，均值為2.377 g/cm3；芯樣穩(wěn)定度的離散程度較大，穩(wěn)定度最小值4.1 kN，最大值10.1 kN，約70%的芯樣穩(wěn)定度滿足5.0 kN的設(shè)計要求。

圖5 瀝青面層芯樣性能參數(shù)Fig.5 Performance Parameters of Core-sample Surface

表2 瀝青混凝土面層毛體積密度及穩(wěn)定度統(tǒng)計Tab.2 Statistics of Gross Volume Density and Stability of Asphalt Concrete Surface

3.4 基層無側(cè)限抗壓強度檢測

將已知厚度的水泥混凝土板和貧混凝土C15 基層芯樣切成長徑比為1∶1 的圓柱形試樣，依據(jù)規(guī)范檢測芯樣的無側(cè)限抗壓強度，試驗結(jié)果如圖6、圖7 所示，試驗評定結(jié)果如表3 所示。水泥混凝土板芯樣的無側(cè)限抗壓強度均滿足30 MPa 的設(shè)計要求值，芯樣平均強度達到40.4 MPa；C15 素混凝土無側(cè)限抗壓強度最小值11.1 MPa，最大值17.8 MPa，抗壓強度離散性較大，變異系數(shù)接近20%，40%的芯樣無法滿足設(shè)計要求。

3.5 路面鉆探檢測

圖6 水泥混凝土面層抗壓強度檢測結(jié)果Fig.6 Test Results of Compressive Strength of Cement Concrete Surface

圖7 基層無側(cè)限抗壓強度檢測結(jié)果Fig.7 Test Results of Unconfined CompressiveStrength of Base

表3 芯樣無側(cè)限抗壓強度檢測評價Tab.3 Evaluation of Unconfined Compressive Strength of Core Samples（MPa）

路基的干濕狀況將直接影響路基路面的承載能力。為了解道路路基土質(zhì)及含水量狀況，選取4 個典型位置檢測路基土性能指標。檢測深度為路表下2.0 m，每50 cm 隨機選取1 處路基土樣品，檢測土質(zhì)、含水量，結(jié)果如表4所示。

從路基土土質(zhì)性質(zhì)及含水量可得：針對不同樁號、不同深度，路基土土質(zhì)大多數(shù)為粉土，個別層位土質(zhì)為粉質(zhì)粘土；當路基土深度小于1.5 m 時，含水量約10%左右，處于干燥或中濕狀態(tài)，當深度大于1.5 m，含水量多介于20%～25%，整體約為1.5 m含水率的2倍，土質(zhì)含水率明顯增加。

3.6 水泥混凝土路面雷達檢測

為準確掌握道路A 全線結(jié)構(gòu)層情況，采用地質(zhì)雷達（500 MHz 天線）無損檢測技術(shù)與前述研究結(jié)果相互驗證［11］。根據(jù)病害分布特點，選取北1 測線（北半幅快車道左側(cè)輪跡線）、北2 測線（北半幅行車道左側(cè)輪跡線）和南1 測線（南半幅快車道右側(cè)輪跡線）共計3條測線作為檢測控制位置。結(jié)合芯樣情況分析地質(zhì)雷達剖面圖（幅度、相位等變化），確定瀝青路面內(nèi)部缺陷狀況，如基層松散、基層碎裂及局部脫空等，典型病害雷達圖譜如圖8 所示。從雷達檢測結(jié)果可知，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部缺陷主要病害類型為：老混凝土板塊下基層松散和破碎、新澆筑混凝土板塊板角下基層脫空。

表4 路基土土質(zhì)及含水量檢測Tab.4 Determination of Soil Quality and Water Content of Subgrade Soil

圖8 各病害類型雷達典型剖面Fig.8 Typical Radar Profiles of Various Disease Types

4 成因分析

通過上述檢測分析及實地調(diào)研，分析道路A 病害成因如下：

4.1 路面結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計不盡合理，日常養(yǎng)護不夠及時

根據(jù)路面原始設(shè)計資料可得，道路A 瀝青面層結(jié)構(gòu)為3 cm AC-13 上面層+4 cm AC-20 下面層，依據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范：JTA D50-2017》規(guī)范要求，AC-13、AC-20 型瀝青混合料的最小攤鋪厚度分別為3.5 cm 和5 cm，道路A 瀝青混凝土面層厚度小于規(guī)范要求下限值，鋪筑碾壓時易造成混合料局部離析，路面壓實度、平整度難以把控。查閱施工資料，道路A于年底11 月施工，氣溫環(huán)境較低，熱拌瀝青混合料溫度散失過快，黏度隨溫度降低而顯著提高，對施工和易性造成了較大影響。道路A 通行車輛多為運送砂石的超載車輛，散落砂石料若未及時清掃，經(jīng)重載、重壓車輛碾壓，易對瀝青面層造成侵割、破壞、麻面。

4.2 交通量大、超載情況較為嚴重

結(jié)合交通量調(diào)查結(jié)果及路面病害分布特征，交通量過大、超載嚴重是造成路面破損的主要原因。道路A 病害分布存在明顯特征，道路北幅路面病害數(shù)量明顯多于南幅，北幅快車道病害頻率最為密集，這是由于裝載砂石料的重載車輛從北幅向外省運輸，裝載車輛由南幅空載返回，加快了北幅橫向反射裂縫和坑槽等病害的產(chǎn)生。

依據(jù)24 h 車流量統(tǒng)計結(jié)果，利用路面設(shè)計軟件換算為標準軸載的當量軸次約8 000 輛/d，約為特重交通（特重交通的當量軸次為＞3 000輛/d）的2.7倍，已遠超過原設(shè)計標準，現(xiàn)有路面的結(jié)構(gòu)承載能力無法滿足該交通量水平。

5 結(jié)語

通過上述對復(fù)合式路面病害狀況調(diào)查，以及檢測結(jié)果分析，確定了道路A 目前的病害程度及分布，確定了病害成因，為下一步制定科學(xué)養(yǎng)護方案及病害防治方案提供了依據(jù)。復(fù)合式路面道路A 病害檢測方案及分析方法，可作為一般復(fù)合式路面及類似結(jié)構(gòu)路面病害檢測分析方法的典型實操案例，為道路養(yǎng)護工作中類似工程提供參考和借鑒。