段衛(wèi)黨，張嘉林

(江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 南昌市 330000)

1 概述

高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)與維修方案的制定與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1-2]，涉及很多因素，其整個(gè)過程包括檢測數(shù)據(jù)的采集、使用性能的評(píng)價(jià)、病害原因分析、養(yǎng)護(hù)措施評(píng)估與確定等環(huán)節(jié)[3-4]。從宏觀檢測、細(xì)觀檢測、病害原因診斷、靜態(tài)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，闡述高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)方案制定的關(guān)鍵要點(diǎn)，可為類似工程提供參考與借鑒。

2 總體設(shè)計(jì)思路

綜合考慮項(xiàng)目自身特點(diǎn)、養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)等多項(xiàng)因素，制定如下設(shè)計(jì)思路[5]：先對(duì)路面破損狀況、路面平整度、路面車轍、路面抗滑性能和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度五大指標(biāo)進(jìn)行宏觀檢測與分析；同時(shí)，針對(duì)不同路面病害類型分別進(jìn)行鉆芯取樣，分析其病害產(chǎn)生原因與破損層位。在此基礎(chǔ)上，制定了針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案，最后在施工階段，根據(jù)病害的發(fā)展情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，具體養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 瀝青路面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)流程圖

3 檢測分析

3.1 項(xiàng)目概況

以南方某雙向四車道高速公路瀝青路面中修為案例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限15年，設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬26m，項(xiàng)目運(yùn)營時(shí)間已有10年，具體路面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 路面結(jié)構(gòu)圖

3.2 宏觀檢測

(1)路面破損狀況分析

主要病害類型見圖3。主要包括龜裂、縱縫與坑槽三種，其次有少量的橫縫與翻漿。路面病害主要分布在上行與下行的行車道，分別占病害總面積的69.18%與20.96%，超車道病害相對(duì)較少。其次，絕大部分路段的PCI值都大于90，為優(yōu)等級(jí)[6]，只有極少數(shù)路段的PCI值位于86～90之間，但是從現(xiàn)場調(diào)查情況來看，零星病害較多，急需進(jìn)行維修處理。

圖3 病害類型分布圖

(2)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果見圖4、圖5，上行與下行行車道評(píng)定等級(jí)為優(yōu)、良的路段分別占總長度的92.4%與93.9%，說明本項(xiàng)目路面強(qiáng)度整體較好。經(jīng)過彎沉檢測數(shù)據(jù)與路面病害對(duì)比分析可知，強(qiáng)度評(píng)定等級(jí)為中及以下的路段大部分路況比較差，說明路面強(qiáng)度不足主要是由于路面破損所致。

圖4 上行行車道彎沉等級(jí)統(tǒng)計(jì)圖

圖5 下行行車道彎沉等級(jí)統(tǒng)計(jì)圖

(3)路面車轍分析

本項(xiàng)目上行與下行車轍深度主要分布在10～15mm之間，少部分路段車轍深度低于10mm，局部零星路段的車轍達(dá)到了18mm，需要進(jìn)行針對(duì)性處治，否則影響行車安全。

(4)路面平整度分析

路面平整度IRI值均低于2.3m/km，為優(yōu)等級(jí)，說明全線路面平整度較好，行車較平穩(wěn)，局部零星路段平整度較差的原因主要是由于路面破損導(dǎo)致，在維修過程中，可考慮與路面病害一并處治。

(5)路面抗滑性能分析

本項(xiàng)目上、下行行車道SFC優(yōu)、良等級(jí)的路段分別為89.3%、92.9%，少部分路段SFC為中級(jí)以下，需要處治以提高行車安全性能。

3.3 細(xì)觀檢測

本項(xiàng)目路面細(xì)觀檢測主要是對(duì)路面鉆心取樣進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。鉆心取樣主要解決兩個(gè)問題，一是通過取芯為室內(nèi)試驗(yàn)提供試驗(yàn)樣本，通過室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果了解路面病害發(fā)生的原因，二是根據(jù)芯樣的破碎狀況判斷典型病害發(fā)生的破損層位，為制定合理的處治方案提供依據(jù)。分別針對(duì)龜裂、縱縫、橫縫等6種典型病害，選擇代表性路段進(jìn)行了鉆芯取樣，合計(jì)取芯75處，各典型病害取芯數(shù)量見表1。

表1 取芯匯總表

4 病害原因診斷

4.1 龜裂病因分析

龜裂病害取芯結(jié)果見表2。輕度龜裂主要表現(xiàn)為上面層松散或開裂，其他結(jié)構(gòu)層芯樣完整，破損層位主要發(fā)生在上面層；重度龜裂整個(gè)瀝青面層均已破碎，其他結(jié)構(gòu)層完整，破損層位貫穿整個(gè)瀝青面層；重度龜裂伴隨沉陷病害，瀝青面層與上基層均出現(xiàn)了不同呈現(xiàn)的松散特征，破損層位主要發(fā)生在瀝青面層與上基層。

表2 龜裂病害取芯結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.2 縱向裂縫病因分析

縱向裂縫取芯結(jié)果見表3，第一種縱向疲勞裂縫、芯樣上面層處于開裂狀態(tài)，下部結(jié)構(gòu)層完好，破損層位主要發(fā)生在上面層；第二種是縱向沉降縫，整個(gè)瀝青面層處于松散狀態(tài)，上基層已開裂；第三種病害是縱向裂縫與橫向裂縫處于交叉狀態(tài)，瀝青面層與上基層均處于開裂或松散狀態(tài)，說明破損層位已貫穿瀝青面層與上基層。

表3 縱向裂縫病害取芯結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.3 橫向裂縫病因分析

橫向裂縫的表現(xiàn)形式有三種，分別是單一橫縫無支縫、無變形，橫縫有支縫、無變形與橫縫有支縫、伴隨啃邊或沉陷三種。取芯結(jié)果見表4，三種類型的芯樣裂縫均已貫穿瀝青面層與上基層，表明橫向裂縫均來源于半剛性基層的發(fā)射裂縫。

表4 橫向裂縫病害取芯結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.4 坑槽病因分析

坑槽主要表現(xiàn)為連續(xù)坑槽現(xiàn)象。取芯結(jié)果見表5。除1個(gè)坑槽的上基層出現(xiàn)了局部破碎，其余7個(gè)坑槽的上、中、下面層均為松散狀態(tài)，說明坑槽病害已經(jīng)貫穿瀝青面層。

表5 坑槽病害取芯結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.5 車轍病因分析

綜合分析發(fā)生車轍的路段，選擇行車道代表性車轍路段，左側(cè)輪跡帶車轍深度為13.6mm，右側(cè)輪跡帶車轍深度為15.5cm，分別對(duì)同一橫斷面的車道中心位置、左右輪跡帶、硬露肩、行超車道分界線五處進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣鉆取深度為16cm，貫穿整個(gè)瀝青面層。車轍斷面左右輪跡帶縱向變形情況見圖6。從圖中可知，左右輪跡帶上面層車轍變形率占比為69%～77%，中面層與下面層車轍變形率占比較小，分別為15%～26%與5%～8%。說明車轍病害主要變形層位發(fā)生在上面層，中下面層車轍變形相對(duì)較小。

圖6 車轍變形分析圖

5 養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案

5.1 靜態(tài)設(shè)計(jì)

綜合本項(xiàng)目路面病害的特征、病害產(chǎn)生原因及破損層位、路面結(jié)構(gòu)類型等情況，并結(jié)合歷年養(yǎng)護(hù)工程經(jīng)驗(yàn)，總體思路為瀝青面層仍采用瀝青混合料進(jìn)行回補(bǔ)?？紤]到實(shí)際施工時(shí)，由于維修路段較分散，維修的點(diǎn)位較多、工程量相對(duì)較少等特點(diǎn)，同時(shí)為了響應(yīng)國家政策對(duì)廢舊材料再生利用要求，面層回補(bǔ)材料從上往下分別采用4cm的改性AC-13上面層、6cm改性廠拌熱再生AC-20中面層與6cm改性廠拌熱再生AC-20下面層。此外，綜合考慮到養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)控制、交通壓力、半剛性材料養(yǎng)護(hù)時(shí)間與病害面積等因素，半剛性基層回補(bǔ)材料分兩種情況進(jìn)行處理：第一種是銑刨處理長度小于50m的路段，回補(bǔ)20cmATB-25分兩層攤鋪；第二種是銑刨處理長度大于50m的路段，回補(bǔ)20cm水泥穩(wěn)定碎石，以降低工程造價(jià)。各種病害具體處治方案匯總情況見表6。

表6 典型病害處治方案匯總表

另外，綜合考慮本項(xiàng)目路表抗滑性能衰減情況、上面層材料特性、歷年養(yǎng)護(hù)工程經(jīng)驗(yàn)與施工水平等，采用2.5cm易密實(shí)薄層罩面ECA-10提高路面抗滑性能。

5.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

(1)瀝青面層動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

路面病害是個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)很難像新建項(xiàng)目那樣做到按圖施工。因此，在施工階段，需要重新調(diào)查路面病害，確定面層病害的位置，對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

(2)半剛性基層動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

結(jié)合高速公路瀝青路面大修工程經(jīng)驗(yàn)及研究成果[7]，半剛性基層裂縫塊度(裂縫間距)位于3m以下時(shí)，基層模量出現(xiàn)明顯下降；而裂縫塊度位于3m以上時(shí)，基層模量與新建基層模量相近，具體見圖7。

圖7 半剛性基層模量與損壞類型關(guān)系圖

根據(jù)研究成果，對(duì)于上基層出現(xiàn)松散病害，銑刨20cm上基層，分別采用ATB-25或水泥穩(wěn)定碎石材料回補(bǔ)結(jié)構(gòu)層，對(duì)于上基層出現(xiàn)塊裂或龜裂病害，若裂縫塊度大于3m，則在上基層表面滿鋪玻纖格柵后回補(bǔ)瀝青面層，若裂縫塊度小于3m，處治方案與基層松散處治方案一致。

6 結(jié)論

(1)提出了高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方法與流程，采用宏觀檢測與細(xì)觀檢測相結(jié)合的方式對(duì)路面技術(shù)狀況進(jìn)行系統(tǒng)分析與評(píng)估，對(duì)路面病害處治采用靜態(tài)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，能較好地適應(yīng)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施特點(diǎn)。

(2)根據(jù)瀝青路面典型病害類型的樣本劃分，采用鉆芯取樣方式分別對(duì)各種病害進(jìn)行取芯分析，結(jié)合病害特征與芯樣外觀狀態(tài)，確定了各種典型病害的破碎層位，為制定合理的路面病害處治方案提供了有效依據(jù)。