王小芹

（廈門(mén)中平公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司）

0 引言

瀝青混凝土路面以其行車(chē)舒適、噪音小、維修養(yǎng)護(hù)方便、揚(yáng)塵小等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)城市道路路面結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位。隨著道路運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，以及重載車(chē)輛的增多，加劇了路面的損壞，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，服務(wù)水平下降，無(wú)法適應(yīng)多種交通需求。為恢復(fù)路面服務(wù)功能，延長(zhǎng)路面的使用壽命，需對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)。目前我國(guó)已有學(xué)者對(duì)此展開(kāi)研究，如程珊珊[1]指出瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修方案的選擇與設(shè)計(jì)涉及很多因素，針對(duì)高速公路瀝青路面維修工程的選擇和設(shè)計(jì)，提出了一套較為系統(tǒng)的過(guò)程和方法：數(shù)據(jù)采集→路況評(píng)價(jià)→維修措施選擇→可行性方案→備選方案的評(píng)估以及最優(yōu)方案的選擇。鄭義[2]依托江西省昌-泰高速公路技術(shù)改造工程，分析瀝青路面唧漿病害成因，并基于此提出了針對(duì)性的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、中分帶排水改造及路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水系統(tǒng)等處治措施。在瀝青路面結(jié)構(gòu)組成中，基層類(lèi)型是影響道路使用性能的重要因素。

在路面結(jié)構(gòu)組成中，基層類(lèi)型是影響道路使用性能的重要因素。基層類(lèi)型主要有2種：柔性基層與半剛性基層。相關(guān)研究結(jié)果表明，半剛性基層常用的水泥、石灰、粉煤灰等水硬性材料對(duì)溫濕度較為敏感，容易導(dǎo)致反射裂縫，路面壽命大大折減。申結(jié)結(jié)等[3]針對(duì)這一現(xiàn)象，借助HPDS2011軟件，對(duì)比分析了半剛性和柔性基層的力學(xué)響應(yīng)，結(jié)果表明柔性基層瀝青路面可以有效抑制反射裂縫的產(chǎn)生。柔性基層可減小基層和底基層的層底拉應(yīng)力，避免拉應(yīng)力在底基層集中存在。

基于此，依托于廈門(mén)市濱海西大道提升改造工程，根據(jù)現(xiàn)狀路面的病害及檢測(cè)結(jié)果，對(duì)病害原因展開(kāi)分析，考慮柔性基層的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)探討了路面補(bǔ)強(qiáng)方案，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，以期對(duì)類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。

1 工程概況

1.1 道路建設(shè)概況

廈門(mén)市濱海西大道（集美大橋-海翔大道段）于2008年通車(chē)，2010年進(jìn)行路面病害維修并罩面。該路段現(xiàn)狀典型路面結(jié)構(gòu)為4㎝厚SMA-13改性瀝青（原罩面）+4cm厚SMA-13改性瀝青+5cm厚AC-16中粒式瀝青+7cm厚AC-25粗粒式瀝青+20cm厚5%水穩(wěn)碎石基層+20cm厚3%水穩(wěn)碎石底基層+20cm厚級(jí)配碎石墊層。現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)圖

1.2 路面狀況分析

為準(zhǔn)確判斷路面狀況，通過(guò)采取表觀調(diào)查、彎沉檢測(cè)及鉆芯取樣等多種方法對(duì)路面狀況進(jìn)行綜合分析。

1.2.1 表觀病害調(diào)查分析

濱海西大道主要病害類(lèi)型為橫向裂縫、縱向裂縫、局部沉陷、龜裂、坑槽及車(chē)轍等。部分路段橫向裂縫已采用灌縫處理，但其病害仍在持續(xù)發(fā)展，同時(shí)其它路段也在產(chǎn)生一些新的橫向裂縫。某些路段龜裂病害嚴(yán)重，甚至發(fā)展為坑槽（見(jiàn)圖2），已經(jīng)嚴(yán)重危害到行車(chē)安全。

圖2 龜裂、坑槽

1.2.2 現(xiàn)狀路面彎沉分析

采用貝克曼梁彎沉儀進(jìn)行彎沉檢測(cè)，測(cè)得濱海西大道主車(chē)道彎沉代表值為60.1（0.01mm），彎沉代表值大，表示路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度嚴(yán)重不足；小車(chē)道及BRT車(chē)道彎沉代表值55.2（0.01mm），彎沉代表值較大，表示路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足[1]。

1.2.3 鉆芯調(diào)查分析

通過(guò)對(duì)濱海西大道路面橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂及坑槽等病害嚴(yán)重處進(jìn)行鉆芯取樣（見(jiàn)圖3），發(fā)現(xiàn)大部分裂縫貫穿上、中、下面層，基層頂部出現(xiàn)與面層裂縫相對(duì)應(yīng)的裂縫，且芯樣中5%水穩(wěn)碎石層松散、板結(jié)差、強(qiáng)度低。龜裂及坑槽處的芯樣中發(fā)現(xiàn)瀝青混合料比較潮濕，出現(xiàn)松散現(xiàn)象，中下層裂縫處有泥出現(xiàn)，上面層底部存在明顯水漬，說(shuō)明混合料中有水進(jìn)入，基層與面層粘結(jié)較差，且5%水泥穩(wěn)定碎石層松散、開(kāi)裂，其他區(qū)域板結(jié)也較差，整體強(qiáng)度較低[2]。

圖3 路面取芯現(xiàn)場(chǎng)照片

1.2.4 現(xiàn)狀路面技術(shù)狀況綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[4]及《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[5]，對(duì)濱海西大道路面強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。主車(chē)道路面的彎沉代表值大，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI評(píng)價(jià)等級(jí)差，路面強(qiáng)度不足；現(xiàn)狀中、重度病害多，路面損壞狀況PCI評(píng)價(jià)等級(jí)為中[3]，具體如表1所示。

表1 主車(chē)道路面總體評(píng)價(jià)

小車(chē)道及BRT車(chē)道路面的彎沉代表值較大，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI評(píng)價(jià)等級(jí)為次，路面承載力不足；現(xiàn)狀輕度病害較多，且存在少量重度病害，路面損壞狀況PCI評(píng)價(jià)等級(jí)為良，具體如表2所示。

表2 小車(chē)道及BRT車(chē)道路面總體評(píng)價(jià)

1.3 路面病害原因分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀路面的調(diào)查與分析，總結(jié)出路面病害產(chǎn)生的主要原因有以下4點(diǎn)：

⑴該道路施工期間邊施工邊通車(chē)，特別是周邊地塊樓盤(pán)興建，土方車(chē)大量通行，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度嚴(yán)重下降。

⑵從交通量來(lái)看，濱海西大道通車(chē)后，部分車(chē)輛選擇由本條道路通往同安。特別是同集路提升改造后，周邊道路交通量大部分匯入濱海西大道，造成交通量驟然提升。

⑶重載車(chē)輛明顯增多，特別是經(jīng)天馬路進(jìn)入的重車(chē)、超限車(chē)較多，加速了路面病害的發(fā)展。

⑷路面已運(yùn)營(yíng)10年時(shí)間，強(qiáng)度降低、表觀破壞在所難免。

2 舊瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)方案研究

濱海西大道歷史建設(shè)條件、使用工況差異較小，不同路段整體路面狀況差異甚微，但不同車(chē)道之間路面狀況差異較大。小車(chē)道及BRT車(chē)道路面狀況中等，主車(chē)道路面狀況則較差。同時(shí)考慮日后運(yùn)營(yíng)期間不同車(chē)道交通等級(jí)差異，舊瀝青路面維修對(duì)策主要分為：①小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案；②主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案；③保留層病害處治對(duì)策[4]。

2.1 小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案

根據(jù)鉆芯芯樣分析，小車(chē)道及BRT車(chē)道基層板結(jié)性較好，但實(shí)測(cè)彎沉代表值為55.2（0.01mm）。該工程路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)（15年）小車(chē)道及BRT車(chē)道累計(jì)當(dāng)量軸次為1.0×107次，屬中等交通等級(jí)，設(shè)計(jì)彎沉值為38.2（0.01mm）（路面結(jié)構(gòu)系數(shù)取值為 1.6）[5]。

在擬定小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案時(shí)，主要考慮以下4個(gè)因素：①小車(chē)道及BRT車(chē)道交通量相對(duì)較小，屬中等交通等級(jí)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求相對(duì)較低；②現(xiàn)狀小車(chē)道及BRT車(chē)道路面基層剩余強(qiáng)度較高，應(yīng)盡量保留利用；③現(xiàn)狀小車(chē)道及BRT車(chē)道病害類(lèi)型以基層反射裂縫為主；④濱海西大道交通壓力大，特別是BRT車(chē)輛需保障通行。

經(jīng)綜合分析，擬定小車(chē)道及BRT車(chē)道路面采用柔性基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，主要考慮柔性基層具有以下3個(gè)優(yōu)勢(shì)：①柔性基層補(bǔ)強(qiáng)造價(jià)增加不多，但可以有效消除基層反射裂縫；②柔性基層與現(xiàn)狀瀝青面層的層間結(jié)合性好；③半剛性基層需要養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)（7天），對(duì)交通影響極大，而柔性基層鋪筑完成隔天即可開(kāi)放交通，能夠有效降低對(duì)交通的影響，社會(huì)效益高。

路面補(bǔ)強(qiáng)方案：先銑刨8厘米的SMA表面層以消除現(xiàn)狀路表輕度病害，保留利用原瀝青路面的中、下面層及基層，對(duì)現(xiàn)狀中度病害和重度病害單獨(dú)處治。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)彎沉進(jìn)行分析，保留層彎沉代表值取值為72（0.01mm），按照《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169-2012），計(jì)算出保留層當(dāng)量回彈模量為228MPa。據(jù)此，擬定小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)層為：4cm厚SMA-13改性瀝青+6cm厚AC-20改性瀝青+12cm厚ATB-25瀝青碎石柔性基層+1cm厚下封層，補(bǔ)強(qiáng)層總厚度為23cm，補(bǔ)強(qiáng)后路面標(biāo)高抬高15cm。

2.2 主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案

鉆芯芯樣結(jié)果表明，現(xiàn)狀主車(chē)道路面瀝青面層及水穩(wěn)基層取芯呈松散狀，基層與面層粘結(jié)性差，路面實(shí)測(cè)彎沉代表值60.1（0.01mm）。路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（15年）內(nèi)主車(chē)道累計(jì)當(dāng)量軸次為1.8×107次，屬重交通等級(jí)，設(shè)計(jì)彎沉值為25.5（0.01mm）（路面結(jié)構(gòu)系數(shù)取值為1.2）。

在擬定主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)方案時(shí)，主要考慮以下3個(gè)因素：①主車(chē)道交通量較大，屬重交通等級(jí)，其對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高；②現(xiàn)狀主車(chē)道路面基層剩余強(qiáng)度低，基層裂縫嚴(yán)重、基層板結(jié)性差；③考慮路面補(bǔ)強(qiáng)需抬高路面，應(yīng)綜合考慮與小車(chē)道、BRT標(biāo)高以及與周邊地塊標(biāo)高的銜接。

基于上述因素，擬定本次改造挖除瀝青面層及5%水穩(wěn)基層，利用原路面3%水穩(wěn)底基層，并采用柔性基層+半剛性基層補(bǔ)強(qiáng)的組合方案。

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)彎沉進(jìn)行分析，保留層彎沉代表值取值為 250（0.01mm），按照《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169-2012）[6]，計(jì)算出保留層當(dāng)量回彈模量為66MPa。據(jù)此，初步擬定主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)層為：4cm厚SMA-13改性瀝青+6cm厚AC-20改性瀝青+12cm厚ATB-25瀝青碎石柔性基層+1cm厚下封層+透層瀝青+33cm厚6%水泥穩(wěn)定碎石底基層。補(bǔ)強(qiáng)層總厚度56cm，該補(bǔ)強(qiáng)方案路面標(biāo)高僅抬高15cm，能與小車(chē)道及BRT車(chē)道銜接平順，且對(duì)周邊地塊影響較小。與此同時(shí)，柔性基層能夠有效緩解基層反射裂縫的發(fā)生，避免路面早期損毀的發(fā)生。

2.3 保留層病害處治對(duì)策

為有效消除路面病害，確保補(bǔ)強(qiáng)后路面強(qiáng)度整體提升，在對(duì)主車(chē)道、小車(chē)道及BRT車(chē)道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)前，根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)保留層局部病害單獨(dú)處治。

病害類(lèi)型主要為中度病害和重度病害路段。

2.3.1 中度病害路段

⑴對(duì)于縫寬大于0.5cm的裂縫，除采用常規(guī)的清縫、灌縫的處理方式外，為有效防止裂縫反射，在灌縫后的裂縫上面鋪設(shè)寬度為50cm寬的防裂土工布。

⑵對(duì)于以網(wǎng)裂、坑槽為主的病害，按照“圓洞方補(bǔ)、斜洞正補(bǔ)、擴(kuò)洞修補(bǔ)”的原則，病害發(fā)展到哪個(gè)層次，即處治到那個(gè)層次。

2.3.2 重度病害路段

對(duì)于水穩(wěn)層整體性已損壞，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的重度病害路段，采用挖除并重建原水泥穩(wěn)定碎石基層的處理方式，以恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3 路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

該工程路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)層驗(yàn)算主要依據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169-2012），以路表彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)，瀝青層剪應(yīng)力為驗(yàn)算指標(biāo)。采用東南大學(xué)交通學(xué)院瀝青路面計(jì)算程序進(jìn)行路面力學(xué)計(jì)算，借助殼牌公司瀝青路面計(jì)算軟件BISAR3.0進(jìn)行瀝青層剪應(yīng)力驗(yàn)算。

3.1 主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用東南大學(xué)交通學(xué)院瀝青路面計(jì)算程序，對(duì)初擬的主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行路表彎沉值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果瀝青頂面施工控制彎沉為19.2（0.01mm）。

3.1.1 以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)

該路面補(bǔ)強(qiáng)為柔性基層，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]式（5.4.3）計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉，道路等級(jí)系數(shù)Ac取1.0，面層類(lèi)型系數(shù)As取1.0，基層類(lèi)型系數(shù)Ab確定為1.2。設(shè)計(jì)彎沉值為：

Ld=600Ne-0.2AcAsAb

=600×（1.8×107）-0.2×1.0×1.0×1.2

=25.5（0.01mm）

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]表（3.2.7）和表（5.4.1），確定該路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足目標(biāo)可靠度90%的可靠系數(shù)γa按1.04考慮。根據(jù)初擬路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，路表計(jì)算彎沉為19.2（0.01mm），路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果為：

γaLs=1.04×19.2=20.0＜Ld=25.5（0.01mm）

可見(jiàn)，初擬路面結(jié)構(gòu)組合滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.1.2 以瀝青剪應(yīng)力為驗(yàn)算指標(biāo)

采用《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]式（5.4.6）計(jì)算瀝青混合料結(jié)構(gòu)層容許抗剪強(qiáng)度?？紤]最不利情況，交叉口容易發(fā)生剪切疲勞破壞，瀝青混合料抗剪強(qiáng)度在0.795MPa以上才能滿(mǎn)足抗剪強(qiáng)度要求，對(duì)于一般行駛路段，瀝青表面層混合料的抗剪強(qiáng)度也應(yīng)該在0.471MPa以上才能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。該工程主車(chē)道采用的SMA-13改性瀝青抗剪強(qiáng)度在0.8MPa以上，可以滿(mǎn)足該項(xiàng)目一般路段的抗剪性能要求。

3.2 小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

小車(chē)道及BRT車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用東南大學(xué)交通學(xué)院瀝青路面計(jì)算程序，對(duì)初擬的主車(chē)道路面補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行路表彎沉值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果瀝青頂面施工控制彎沉為29.9（0.01mm）。

3.2.1 以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)

該路面補(bǔ)強(qiáng)為柔性基層，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》式（5.4.3）計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉，道路等級(jí)系數(shù)Ac取1.0，面層類(lèi)型系數(shù)As取1.0，基層類(lèi)型系數(shù)Ab確定為1.6。設(shè)計(jì)彎沉值為：

Ld=600Ne-0.2AcAsAb

=600×（1.0×107）-0.2×1.0×1.0×1.6

=38.2（0.01mm）

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》表（3.2.7）和表（5.4.1），確定該路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足目標(biāo)可靠度90%的可靠系數(shù)γa按1.04考慮。根據(jù)初擬路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，路表計(jì)算彎沉為29.9（0.01mm），路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果為：

γaLs=1.04×29.9=31.1＜Ld=38.2（0.01mm）

可見(jiàn)，初擬路面結(jié)構(gòu)組合滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 以瀝青剪應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)

該工程小車(chē)道及BRT車(chē)道采用的SMA-13改性瀝青抗剪強(qiáng)度在0.8MPa以上，可以滿(mǎn)足該項(xiàng)目一般路段的抗剪性能要求。

4 舊瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用成果

在工程施工期間，濱海西大道日常交通量仍較大，但通過(guò)采用柔性基層補(bǔ)強(qiáng)能及時(shí)開(kāi)放交通，做到施工期間保暢通，保障BRT車(chē)輛不中斷，有效降低路面改造對(duì)現(xiàn)狀交通的影響。

目前該工程已建成通車(chē)，通過(guò)對(duì)路表進(jìn)行彎沉檢測(cè)，改造后小車(chē)道及BRT車(chē)道彎沉代表值為28.8（0.01mm），改造后主車(chē)道彎沉代表值為 18.5（0.01mm），均能夠滿(mǎn)足施工控制彎沉的要求。同時(shí)對(duì)路面平整度等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，路面技術(shù)狀況PQI值達(dá)到優(yōu)，行車(chē)舒適度高。

5 結(jié)論

隨著運(yùn)營(yíng)道路的通車(chē)?yán)锍毯吐俘g逐漸增長(zhǎng)，瀝青路面的病害問(wèn)題已日益突出。為減小對(duì)交通的影響，延長(zhǎng)路面使用壽命，應(yīng)采取有效措施并及時(shí)維修補(bǔ)強(qiáng)。出現(xiàn)病害的情況有多種，因此維修前應(yīng)充分調(diào)查，查明病害成因，針對(duì)性制定補(bǔ)強(qiáng)方案。研究結(jié)果表明，在對(duì)舊瀝青路面的補(bǔ)強(qiáng)工作中，采用柔性基層可以充分利用舊路強(qiáng)度，有效降低對(duì)現(xiàn)狀交通的影響，縮短工期，降低投資。