曹明明 喬世哲 岳建洪 陳金蓉 張洲洋 陳 陽(yáng)

(1.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 成都 610041; 2.西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 成都 611730;3.四川成渝高速公路股份有限公司 成都 610021)

目前，瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估著重對(duì)養(yǎng)護(hù)措施的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估，對(duì)其選取的技術(shù)措施適宜性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，是促進(jìn)養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)化的重要手段，但受制于不同路段檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性、維修養(yǎng)護(hù)歷史、交通量，以及施工質(zhì)量等因素，養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)估的應(yīng)用普適性不足，瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估仍處于探索階段。文獻(xiàn)[1]通過(guò)跟蹤觀測(cè)路面宏、微觀指標(biāo)在養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施前、后的改善程度，評(píng)價(jià)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的技術(shù)效果，并對(duì)比不同路段、不同養(yǎng)護(hù)措施、不同實(shí)施時(shí)機(jī)等方面，評(píng)價(jià)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的合理性和時(shí)機(jī)的正確性，缺乏后期跟蹤；文獻(xiàn)[2]評(píng)價(jià)了灌縫處理、路面強(qiáng)化劑、灌漿處理和瀝青再生預(yù)養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施前后的短期技術(shù)效果；文獻(xiàn)[3]基于北京市多條高速公路的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)不同養(yǎng)護(hù)模式下路面技術(shù)狀況指標(biāo)的變化規(guī)律，但并未將其與具體的養(yǎng)護(hù)措施相對(duì)應(yīng)；文獻(xiàn)[4]重點(diǎn)分析了養(yǎng)護(hù)評(píng)估方法的選擇，如性能提升值、措施使用壽命等指標(biāo)的選取。整體而言，已有研究多僅關(guān)注于養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施前后路用技術(shù)指標(biāo)的變化[5-6]，而維修養(yǎng)護(hù)后瀝青路面性能衰變多受制于原路面的技術(shù)狀況、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)措施的合理性和實(shí)施時(shí)機(jī)的正確性、交通狀況等因素，其衰變特征與新建道路存在較大差異，雖國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)瀝青路面技術(shù)狀況衰變特征進(jìn)行了研究[7]，但鮮有學(xué)者將其與瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

基于目前公路養(yǎng)護(hù)決策的隨意性和時(shí)機(jī)選擇的亂象，《“十三五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》提出：推行養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)化，加快建立公路養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策機(jī)制和技術(shù)要求，探索建立以公路病害為導(dǎo)向的回溯機(jī)制，分析性能衰減規(guī)律和病害成因，合理選用養(yǎng)護(hù)技術(shù)方案，開展養(yǎng)護(hù)成效分析。因此，本文依托成雅高速典型路段在加鋪4 cm改性瀝青AC-13C后，10年內(nèi)瀝青路面技術(shù)狀況檢測(cè)數(shù)據(jù)和養(yǎng)護(hù)歷程，分析其演變特征，并將其應(yīng)用于瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評(píng)估分析中。

1 工程概況

成雅高速公路沿線屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，主線路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為：4 cm抗滑表層AK-13A+5 cm中粒式瀝青混凝土AC-20I+6 cm粗粒式瀝青混凝土AC-25II+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+30～36 cm水泥穩(wěn)定碎石(或砂礫)底基層。成雅高速公路在2010-2012年間全線采用4 cm改性瀝青AC-13C罩面，其余年份均以局部養(yǎng)護(hù)為主。

根據(jù)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)資料和養(yǎng)護(hù)歷史情況，本文選取成雅高速下行K1932+000-K1942+000進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后評(píng)估，該路段于2016年左右再次采用4 cm改性瀝青AC-13C罩面，并在2019年對(duì)該路段K1939+700-K1939+478主車道進(jìn)行了銑刨換鋪。

2 瀝青路面衰變預(yù)測(cè)模型構(gòu)建及養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)

2.1 瀝青路面技術(shù)狀況衰變預(yù)測(cè)模型構(gòu)建及養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)

2011-2015年路面分項(xiàng)指標(biāo)(PQI、PCI、RQI、RDI、SRI)檢測(cè)數(shù)據(jù)的衰變曲線和擬合方程見(jiàn)圖1和表1。方程模型擬合參數(shù)獲取精度受制于檢測(cè)數(shù)據(jù)不完整、檢測(cè)設(shè)備或條件的波動(dòng)、樁號(hào)換算后的誤差，還包括養(yǎng)護(hù)維修歷程不齊全，尤其是日常養(yǎng)護(hù)過(guò)程對(duì)局部嚴(yán)重病害處治資料往往無(wú)法得到統(tǒng)計(jì)等因素，其均可能導(dǎo)致擬合后精度相對(duì)較差，但養(yǎng)護(hù)維修衰變特征是一個(gè)長(zhǎng)期演變趨勢(shì)的分析，更多關(guān)注于其變化趨勢(shì)，對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)值可根據(jù)逐年數(shù)據(jù)的添加進(jìn)行短期預(yù)測(cè)以提高預(yù)測(cè)精度。

圖1 路面技術(shù)狀況指標(biāo)擬合

表1 路面技術(shù)狀況指標(biāo)擬合方程

由圖1和表1可得：RQI和RDI規(guī)律性并不強(qiáng)，未呈現(xiàn)明顯的加速衰減趨勢(shì)，不適宜作為養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇或后評(píng)估的觸發(fā)指標(biāo)；PQI、PCI和SRI在2011-2015年其測(cè)值前期衰減較為緩慢，隨通車運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，衰減速率顯著增加，而后衰減趨勢(shì)逐年變緩，但整體而言，僅SRI測(cè)值出現(xiàn)了大幅度衰減，其余各指標(biāo)測(cè)值變化并不大。以2016年4 cm改性瀝青AC-13C加鋪前后數(shù)據(jù)對(duì)比，2015年SRI測(cè)值降至78.41，接近下限75，加鋪罩面后瀝青路面抗滑性能得到大幅度改善，SRI測(cè)值提升至86.5，其余指標(biāo)在加鋪罩面前后改善效果并不明顯(PQI、PCI測(cè)值提升值2～3)，主要是PQI、PCI尚處于一個(gè)相對(duì)較高的測(cè)值，加鋪前后變化幅度較小，而原路面抗滑性能較差，加鋪罩面后抗滑性能測(cè)值提升了10.3%，即該批次罩面主要需改善抗滑性能，養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的把握尚可。另將2016年與2018年各指標(biāo)測(cè)值對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)2年后各指標(biāo)，衰減幅度較小，仍維持在相對(duì)較高的水準(zhǔn)，原病害處治和加鋪罩面施工質(zhì)量尚可，可認(rèn)為該批次養(yǎng)護(hù)維修基本達(dá)到預(yù)期效果。

2.2 瀝青路面裂縫發(fā)展?fàn)顩r分析及養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)

成雅高速公路典型路段病害以裂縫和修補(bǔ)為主，修補(bǔ)多反映養(yǎng)護(hù)歷史，裂縫更能體現(xiàn)路面的病害變化特征，因此選取裂縫率CR予以分析。據(jù)成雅高速下行K1932+000-K1942+000在2010-2018年路面檢測(cè)病害數(shù)據(jù)擬合曲線(見(jiàn)圖2)和擬合方程(CR=1.64×10-9×t6.37，t為自衰減擬合起點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間,年)可得：2010-2013年瀝青病害數(shù)據(jù)更體現(xiàn)了這一特征。

2010-2013年該路段裂縫率呈減小趨勢(shì)，2013年幾乎無(wú)裂縫類病害，間接反映了成雅高速公路針對(duì)病害的日常養(yǎng)護(hù)較為及時(shí)，對(duì)路面病害維修極為及時(shí)，病害發(fā)展抑制較為明顯。但2013-2015年修補(bǔ)類病害大幅度攀升，2016年修補(bǔ)病害為0，可見(jiàn)在2016年該路段進(jìn)行過(guò)加鋪罩面，與養(yǎng)護(hù)資料一致(養(yǎng)護(hù)資料顯示該路段2016年加鋪過(guò)4 cm改性瀝青AC-13C罩面)。經(jīng)上述分析，結(jié)合裂縫類和修補(bǔ)等病害的演變規(guī)律，瀝青路面病害的逐年演變趨勢(shì)可作為無(wú)可靠養(yǎng)護(hù)資料時(shí)，反演瀝青路面養(yǎng)護(hù)歷史的一種近似途徑。裂縫率可作為最為直觀的瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo)，并結(jié)合裂縫率的各類病害構(gòu)成，選取合適的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)和養(yǎng)護(hù)措施。

圖2 裂縫率演變規(guī)律擬合

3 養(yǎng)護(hù)措施觸發(fā)指標(biāo)后評(píng)價(jià)

結(jié)合文獻(xiàn)[8]和JTG 5421-2018《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]確定相應(yīng)養(yǎng)護(hù)措施的觸發(fā)指標(biāo)為：預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施觸發(fā)區(qū)間為PQI和PCI均為85～92，RQI為85～90，RDI為80～85，SRI為75，CR為1%～2%；4～5 cm加鋪罩面實(shí)施觸發(fā)區(qū)間為PQI和PCI均為80～85，RQI為85，RDI為80，SRI為75，CR為2%。

前文衰變規(guī)律擬合發(fā)現(xiàn)，RQI和RDI衰變規(guī)律性較差，觸發(fā)指標(biāo)控制時(shí)不再考慮RQI和RDI的影響。根據(jù)成雅高速下行K1932+000-K1942+000段瀝青路面技術(shù)狀況演變特征擬合所得衰變方程，計(jì)算各觸發(fā)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的典型路段養(yǎng)護(hù)實(shí)施時(shí)機(jī)見(jiàn)圖3，發(fā)現(xiàn)最先觸發(fā)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)年限為4.4年)，最后觸發(fā)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為裂縫率CR(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)年限為8.4年)；最先觸發(fā)4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)年限為7.6年)，但PCI觸發(fā)的養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)年限為7.9年，與PQI控制指標(biāo)所得無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別，最后觸發(fā)4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的控制指標(biāo)為裂縫率CR(養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)年限為8.8年)。由此可得，剔除RQI和RDI的影響，該路段養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的控制指標(biāo)為PQI，實(shí)質(zhì)上而言，PCI是構(gòu)成PQI的主體指標(biāo)之一，其觸發(fā)狀況不容忽視，尤其是在確定修復(fù)養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施時(shí)機(jī)時(shí)。

結(jié)合PQI和PCI指標(biāo)的綜合影響，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的最佳年限在通車運(yùn)營(yíng)后的4～6年內(nèi)，4～5 cm加鋪罩面實(shí)施的最佳年限在通車運(yùn)營(yíng)后的7.5～8年內(nèi)。在成雅高速下行K1932+000-K1942+000段養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施時(shí)機(jī)選取中，瀝青路面抗滑性能指標(biāo)SRI不容忽視，瀝青路面抗滑性能是行車安全的前提，為強(qiáng)制進(jìn)行養(yǎng)護(hù)實(shí)施的最后時(shí)機(jī)，因此，在養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營(yíng)6.2年時(shí)必須進(jìn)行針對(duì)抗滑性能的維修養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施，可采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，也可采用4～5 cm加鋪罩面，即在2016年左右應(yīng)進(jìn)行抗滑性能專項(xiàng)處治，養(yǎng)護(hù)資料顯示2016年進(jìn)行過(guò)4 cm改性瀝青AC-13C罩面，顯然這一措施實(shí)施時(shí)機(jī)較為合適。

圖3 成雅高速下行K1932+000-K1942+000段

4 不同養(yǎng)護(hù)措施經(jīng)濟(jì)性后評(píng)價(jià)

據(jù)上文分析，4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面觸發(fā)養(yǎng)護(hù)年限為7.6年，從養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的年度計(jì)劃安排角度考慮，此文采用7年。微表處的使用壽命往往較短，此處根據(jù)文獻(xiàn)[9]以2～3年計(jì)算，超薄磨耗層預(yù)期使用壽命在3～4年計(jì)算。銑刨恢復(fù)措施未對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，病害處治往往不徹底，壽命期較短，使用壽命依交通量不同常為3～5年，此處以4年計(jì)算。復(fù)拌就地?zé)嵩偕幹伟次墨I(xiàn)[9]服役壽命應(yīng)不少于5年，但復(fù)拌就地?zé)嵩偕幹稳舨贿M(jìn)行罩面，極易出現(xiàn)裂縫和水損壞，且抗疲勞性能較差，其服役壽命受施工單位施工水平影響較大，預(yù)期壽命為3～4年，但采用4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面后，使用壽命大大延長(zhǎng)至8～10年[10-11]。常用養(yǎng)護(hù)措施經(jīng)濟(jì)性比較匯總見(jiàn)表2。

表2 常用養(yǎng)護(hù)措施經(jīng)濟(jì)性比較

由表2可得，路面性能或服役年限由長(zhǎng)到短依次為：就地?zé)嵩偕?4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面>4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面>4 cm SBS改性瀝青AC-13C銑刨換鋪>就地?zé)嵩偕?不罩面)>微表處。壽命期年度投入總費(fèi)用平均值從大到小依次為就地?zé)嵩偕?不罩面)>4 cm SBS改性瀝青AC-13C銑刨換鋪>就地?zé)嵩偕?4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面>4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面>微表處。

表3 各措施適用的路況條件

整體而言，不進(jìn)行罩面的就地?zé)嵩偕幹喂に囉捎谛铝咸砑恿枯^低，施工難度較大，往往壓實(shí)后空隙率較大，舊瀝青老化嚴(yán)重，路用性能較差，且小面積施工費(fèi)用較高，從性價(jià)比上不作為推薦方案選用，若采用復(fù)拌就地?zé)嵩偕幹危ㄗh對(duì)其采用4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面。同時(shí)，加鋪4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面后，對(duì)附屬設(shè)施影響較大，往往需要對(duì)防護(hù)欄進(jìn)行提升、對(duì)天橋進(jìn)行頂升，且交通組織費(fèi)用較大，占道施工給高速公路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不良的社會(huì)影響，但路用性能可得到大幅度提升，服役壽命長(zhǎng)，同時(shí)，路用性能衰減速度較慢，后期服役性能仍優(yōu)于微表處等簡(jiǎn)易型的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。相對(duì)而言，4 cm SBS改性瀝青AC-13C銑刨換鋪并未對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所提升，且受原路面深層次病害的制約較大，原路面病害嚴(yán)重，其服役年限更短，性能衰減更快，好處在于附屬設(shè)施影響較小，可占道施工，對(duì)交通影響也小。超薄磨耗層和微表處均僅適用于抗滑性能不足或路面病害較少，尤其是深層次病害的情況，以起到防水、耐磨和抗滑的作用，其中，超薄磨耗層應(yīng)用案例相對(duì)較少，其耐久性未知，但其施工速度較快，性能優(yōu)于微表處，對(duì)附屬設(shè)施影響較小，更適用于凈高受限、恒重受限的特殊工況下提升路面性能的維修處治。所以，從路用性能改善、維修養(yǎng)護(hù)措施的性價(jià)比、行車舒適性、服役年限和交通組織等方面綜合考慮，大面積加鋪4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面是一種相對(duì)穩(wěn)妥的提升路面路用性能的處治方案。

5 結(jié)論

1) 4 cm改性瀝青AC-13C加鋪罩面后，PCI、 PQI和SRI呈現(xiàn)顯著的衰變趨勢(shì)，RQI指標(biāo)和RDI指標(biāo)在典型路段中衰變規(guī)律性并不強(qiáng)。裂縫率的增長(zhǎng)更多服從冪函數(shù)，加鋪4 cm改性瀝青AC-13C罩面對(duì)裂縫增長(zhǎng)速率的抑制效果顯著，裂縫率的增長(zhǎng)規(guī)律擬合應(yīng)結(jié)合典型路段的養(yǎng)護(hù)歷程，充分考慮不同養(yǎng)護(hù)措施對(duì)裂縫率增長(zhǎng)的干涉效應(yīng)。

2) 典型路段SRI測(cè)值在分析期出現(xiàn)顯著衰減特征，且呈現(xiàn)4 cm改性瀝青AC-13C加鋪罩面在前2年SRI基本保持不變，隨后出現(xiàn)大幅度衰退的現(xiàn)象。

3) 養(yǎng)護(hù)措施觸發(fā)指標(biāo)的后評(píng)價(jià)分析，控制瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)觸發(fā)指標(biāo)多為PQI和PCI，但當(dāng)抗滑指標(biāo)衰減至接近臨界值時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采取相應(yīng)的維修養(yǎng)護(hù)措施。

4) 通過(guò)壽命期年度投入總費(fèi)用和路用性能的對(duì)比，小規(guī)模就地?zé)嵩偕?不罩面)處治并不是一種高性價(jià)比的養(yǎng)護(hù)方案，4 cm SBS改性瀝青AC-13C銑刨換鋪性價(jià)比并不如4 cm SBS改性瀝青AC-13C罩面，而短期臨時(shí)的維修養(yǎng)護(hù)措施可考慮微表處和超薄磨耗層，在資金允許的條件下，各類工況均建議優(yōu)先選用4～5 cm SBS改性瀝青混合料加鋪罩面。