李乾正

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)交通與物流工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052）

我國高速公路里程已躋身世界第二位,而伴隨新建公路與總里程不斷增加,公路建設(shè)逐漸向養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型,據(jù)統(tǒng)計(jì),每年約有1 萬多公里的高速公路需進(jìn)行大中修養(yǎng)護(hù)[1]。而對(duì)于高速公路而言,超載重載現(xiàn)象嚴(yán)重,交通重載化趨勢(shì)日益明顯,重載交通對(duì)路面損壞帶來的影響使路面使用壽命較預(yù)計(jì)減短,以致需制定相應(yīng)養(yǎng)護(hù)方案,延長服役年限。本文依托實(shí)際工程,根據(jù)目標(biāo)路段的氣候條件、交通量情況、檢測(cè)結(jié)果綜合比選各養(yǎng)護(hù)方案。通過實(shí)例說明,為條件相似的養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

項(xiàng)目路段位于哈密地區(qū)伊州區(qū)境內(nèi),屬G30 線連霍高速的一部分,設(shè)計(jì)速度120km/h,起點(diǎn)樁號(hào)為K2898+000,終點(diǎn)樁號(hào)為K2909+000,路線橫貫于山前傾斜平原中部,由東北向西南緩傾,路線位于低山丘陵區(qū),山丘多而散亂,相對(duì)高差不大。自然區(qū)劃為Ⅵ2區(qū),屬荒漠-綠洲區(qū),氣候特征顯著,夏季炎熱、冬季寒冷。原有路面結(jié)構(gòu)為4cm 中粒式瀝青混凝土+6cm 粗粒式瀝青混凝土+30cm 5%水泥穩(wěn)定砂礫+15cm 天然砂礫。鑒于交通量與具體建養(yǎng)狀況對(duì)瀝青路面的影響,通過勘察調(diào)研獲取相應(yīng)的交通組成特點(diǎn)與道路狀況現(xiàn)狀情況。

1.1 交通量概況

項(xiàng)目區(qū)域?yàn)楦删€公路,近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,中小客車交通量增長較快,所占機(jī)動(dòng)車比例逐年增長,大客車交通量雖然有所增長,但是隨著時(shí)間的推移,增長速度逐漸平緩,所占比例近似保持不變。同時(shí),貨車交通量同樣有增長,但是由于增長速度低于客車,所占比例有所降低,隨著重載化趨勢(shì)日益明顯,大貨車、特大貨車交通量上升。結(jié)合近年來歷史交通量及構(gòu)成,采用彈性系數(shù)法對(duì)本項(xiàng)目交通量及交通組進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 交通組成預(yù)測(cè)表 輛/日

1.2 道路現(xiàn)狀及養(yǎng)護(hù)歷史

截至目前,本項(xiàng)目路段已運(yùn)行9 年,建成通車后,僅進(jìn)行小范圍處理與日常養(yǎng)護(hù)。在自然因素和交通荷載的共同影響下,路面出現(xiàn)了塊狀裂縫、縱橫向裂縫、龜裂、唧漿等病害,嚴(yán)重影響行車舒適性和安全性,為防止路面病害進(jìn)一步發(fā)展、惡化,導(dǎo)致路面狀況下降,需要對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行路面修復(fù)養(yǎng)護(hù)處治。

2 路面技術(shù)狀況檢測(cè)與分析

通過對(duì)全線瀝青路面進(jìn)行了人工徒步實(shí)地調(diào)查,仔細(xì)調(diào)查并記錄路面病害類型、損壞程度、病害位置,并將瀝青路面上的病害類型、數(shù)量、特征等一一記錄。為進(jìn)一步直觀地了解工程路段的路面使用現(xiàn)狀、病害成因分析及養(yǎng)護(hù)方案的制定提供參考依據(jù)。

2.1 路面病害統(tǒng)計(jì)

路面材料性能與結(jié)構(gòu)性能的衰變最終表現(xiàn)為各種形式的病害,因此了解病害的構(gòu)成分布也是養(yǎng)護(hù)大中修設(shè)計(jì)中路面方案選定的核心之一。該路段由于重載交通方向性明顯,現(xiàn)針對(duì)下行路段進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì),路段下行范圍內(nèi)各類型病害統(tǒng)計(jì)表如表2 所示,病害主要表現(xiàn)形式為橫縱裂縫,塊狀裂縫、局部龜裂以及修補(bǔ),其中裂縫類為主要病害類型,且縱向裂縫比例最重,對(duì)比下行行車道,超車道縱向裂縫所占比例高出30.1%,路面破損總體較為嚴(yán)重。

表2 下行車道病害統(tǒng)計(jì)表

2.2 病害成因分析

2.2.1 橫向裂縫

通過鉆芯取樣發(fā)現(xiàn),大部分芯樣其裂縫貫穿瀝青面層及基層,少數(shù)芯樣基層底部則出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。由于項(xiàng)目路段路面基層為水泥穩(wěn)定砂礫半剛性基層,其病害產(chǎn)生結(jié)果為半剛性基層溫縮性裂縫及自下而上的反射裂縫,兩者共同造成路面的橫向裂縫[2]。

2.2.2 縱向裂縫

該段縱向裂縫大致與道路中線平行,其病害成因?yàn)榻煌ê奢d超載嚴(yán)重,造成較大剪應(yīng)力,而后導(dǎo)致產(chǎn)生縱縫,通過病害統(tǒng)計(jì)表得知,縱縫在超車道存在較多且多數(shù)貫穿基層,根本原因則為超車道范圍位于擴(kuò)建路段的新舊過渡區(qū)域,在交通荷載作用下受力不均勻,更易產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 塊狀裂縫

在下行路段,裂縫類破損占病害主導(dǎo),塊狀裂縫主要是由面層材料的低溫收縮和瀝青老化所引起。當(dāng)瀝青路面上橫向或縱向裂縫出現(xiàn)后,水沿縫隙進(jìn)入并擴(kuò)散,在持續(xù)荷載及溫度的反復(fù)作用下繼續(xù)擴(kuò)展,逐漸縱橫裂縫交叉在一起,從而形成不同的多邊形大塊,屬于進(jìn)一步引發(fā)的路面病害。

2.2.4 龜裂

病害路段路表在紫外線、光、熱、及水影響下老化,使混合料的低溫抗裂性降低,耦合氣候條件使之性能下降,從而瀝青混合料低溫時(shí)的伸縮形變減少,在重載交通作用下形成龜裂。

2.2.5 修補(bǔ)

下行行車段的修補(bǔ)不良均源于對(duì)老路坑槽的修補(bǔ)處理,根據(jù)以往施工記錄發(fā)現(xiàn),由于路面出現(xiàn)貫穿性裂縫,水分的進(jìn)入與車輛荷載的反復(fù)作用使坑槽加劇。

3 路面技術(shù)狀況指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)

對(duì)K2898+000 至K2909+000 下行段行車道及超車道進(jìn)行路況指標(biāo)檢測(cè)及統(tǒng)計(jì),所涉及路面性能指標(biāo)包括路面破損指數(shù)PCI、道路行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、抗滑性能指數(shù)SRI、路面跳車指數(shù)PBI,（由于路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI 不參與路面技術(shù)狀況計(jì)算,后續(xù)單獨(dú)進(jìn)行評(píng)定）通過相關(guān)檢測(cè)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)形成指標(biāo)折線圖,結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 下行行車道路面指標(biāo)分布

圖2 下行超車道路面指標(biāo)分布

由指標(biāo)分布圖可知,路段下行車道指標(biāo)中除PCI 空間波動(dòng)相對(duì)較大外,其他指標(biāo)差值偏小,參考《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210-2018）[3],RQI、PBI 等級(jí)劃分優(yōu)等率近似100%。路段內(nèi)RDI 評(píng)價(jià)等級(jí)指標(biāo)為優(yōu)及良,其中行車道優(yōu)等占比75%,共計(jì)9km,有3km 的下行行車道車轍深度超過10mm,病害較為嚴(yán)重。超車道車轍深度指數(shù)評(píng)級(jí)均為優(yōu)等。路面抗滑性能指數(shù)SRI 顯示在行車道有16.67%的路段評(píng)定等級(jí)為優(yōu),剩余83.33%的路段評(píng)定等級(jí)為良。超車道范圍有5km 定級(jí)為優(yōu),7km 定級(jí)為良,綜合評(píng)價(jià)路面抗滑性能較好。在該養(yǎng)護(hù)路段通過統(tǒng)計(jì)破損狀況檢測(cè)數(shù)據(jù),行車道路面損壞指數(shù)PCI 評(píng)定等級(jí)為中及次,其中評(píng)定等級(jí)為中的共7km,占比58.33%,評(píng)定等級(jí)為次的共5km,占比 41.67%；下行線超車道路面損壞指數(shù)PCI 評(píng)定等級(jí)為良及中,其中評(píng)定等級(jí)為良的共3km,占比25%。評(píng)定等級(jí)為中的共9km,占比75%,路面整體損壞較為嚴(yán)重。目前我國公路性能評(píng)價(jià)使用的體系為PQI 體系,路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI 按式（1）計(jì)算,計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于圖3。該路段隸屬新疆氣候分區(qū)Ⅵ區(qū)[4],氣候特征的強(qiáng)蒸發(fā)與懸殊的晝夜溫差加劇裂縫嚴(yán)重性,加之PCI 指標(biāo)在各項(xiàng)指標(biāo)中所占權(quán)重最高,因此最終通過分析PQI、PCI 等主要技術(shù)狀況指標(biāo)評(píng)定路段質(zhì)量等級(jí)并科學(xué)合理的制定養(yǎng)護(hù)方案。

圖3 下行行車道、超車道PQI 指標(biāo)圖

式中：WPCI——PCI 在PQI 中所占比重；WRQI——RQI在PQI 中所占比重；WRDI——RDI 在PQI 中所占比重；WPBI——PBI 在PQI 中所占比重；WPWI——PWI 在PQI 中所占比重；WSRI——SRI 在PQI 中所占比重；WPSSI——PSSI 在PQI 中所占比重；其中路面抗滑性能指數(shù)SRI 和路面磨耗指數(shù)PWI 應(yīng)二者取一,各比重取值參照表3。

表3 PQI 各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重表

4 養(yǎng)護(hù)方案制定及比選

在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方案制定時(shí),立足于專項(xiàng)調(diào)查評(píng)價(jià)所收集到的數(shù)據(jù)信息,參照《公路修復(fù)養(yǎng)護(hù)工程勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB65T 4181-2019）[5]的相關(guān)規(guī)定,貫徹經(jīng)濟(jì)與技術(shù)并重、結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念,確定詳細(xì)的養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容[6]。由于老路路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好,PSSI 各樁號(hào)評(píng)級(jí)皆定等為優(yōu)等,而路面表面層破損較為嚴(yán)重,結(jié)合上述指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,按照《公路修復(fù)養(yǎng)護(hù)工程勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB65T 4181-2019）、《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG 5142-2019）[7]中路面養(yǎng)護(hù)類型劃分及養(yǎng)護(hù)對(duì)策選擇原則,制定養(yǎng)護(hù)方案為功能型修復(fù)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)行、超車道指標(biāo)具體情況,考慮如下兩種處治方案,方案及適用條件見表4。

表4 比選方案及適用條件

基于上述規(guī)范,為避免方案設(shè)計(jì)前期判斷不合理的性能優(yōu)劣互補(bǔ)情況[8],調(diào)研表面該路段的主要病害類型為裂縫類,下行行車道平均PCI 指數(shù)為71.2,超車道平均PCI 為76.5。對(duì)比直接加鋪罩面方案,銑刨加鋪罩面的做法可以利用原有路面標(biāo)高,施工簡(jiǎn)捷,工期較短,且在經(jīng)濟(jì)效益的長遠(yuǎn)角度比較,其工程造價(jià)相對(duì)較低。針對(duì)以上分析,工程適用表面層銑刨加鋪罩面的養(yǎng)護(hù)方案。

而對(duì)于路面結(jié)構(gòu)類型選擇,制定出以下兩種可行方案,方案一為5cm 中粒式SBS 改性瀝青混凝土搭配原路面剩余完整結(jié)構(gòu)層,另一方案則為4cm 細(xì)粒式SBS 改性瀝青混凝土上面層+原有剩余完整結(jié)構(gòu)層,此方案雖然相較于前者造價(jià)較低,但考慮到交通量組成中重載化趨勢(shì)日益嚴(yán)峻,在選擇路面結(jié)構(gòu)類型時(shí)需要求面層具備較強(qiáng)的抗變形能力,因此表面層采取5cm 中粒式SBS改性瀝青混凝土的罩面方案,后續(xù)工作只需進(jìn)行過渡段處理來消除1cm 的高差。這樣選擇的結(jié)果可以有效地修復(fù)和預(yù)防路面面層由于變形產(chǎn)生的病害。根據(jù)圖1、圖2、圖3 分析知下行車道行超車道的路面破損狀況有所不同,在經(jīng)濟(jì)及施工質(zhì)量有所保證的前提下可以實(shí)施對(duì)超車道進(jìn)行精銑刨重鋪復(fù)合封層的施工方案,但由于施工工藝較為復(fù)雜且使用年限較短,不建議對(duì)行、超車道分別處置。推薦統(tǒng)一對(duì)行、超車道進(jìn)行銑刨重鋪罩面的施工操作。

5 總結(jié)與展望

該養(yǎng)護(hù)路段總體破損較為嚴(yán)重,考慮養(yǎng)護(hù)資金及施工規(guī)模,對(duì)路面病害進(jìn)行針對(duì)局部處治已不再適用?；凇豆沸迯?fù)養(yǎng)護(hù)工程勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB65T 4181-2019）中方案決策的措施及適用條件,最終對(duì)目標(biāo)路段行超車道進(jìn)行表面層銑刨加鋪罩面的修復(fù)養(yǎng)護(hù)方案,該方案在施工質(zhì)量、時(shí)間及匹配重載交通化方面存在優(yōu)勢(shì),但在方案制定考察廢料棄渣問題的前提下,該養(yǎng)護(hù)工程因沿線配置等客觀原因同樣存有廢料堆堵、不能有效利用、降低交通效率的缺陷,相信隨著養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展,更具潛在價(jià)值且能合理制衡環(huán)境與效益問題的綠色養(yǎng)護(hù)技術(shù)必將產(chǎn)生。