楊東海，王和林，杜榮耀，閆 強(qiáng)

（1.廣西南崇鐵路有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000；2.廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

復(fù)合式路面是由水泥混凝土板提供主要結(jié)構(gòu)承載力，其結(jié)構(gòu)中的瀝青層能起到緩沖擊能、減少水泥混凝土板破壞、提高行車舒適性的作用。剛?cè)釓?fù)合式路面瀝青面層的主要破壞模式為反射裂縫、溫縮開(kāi)裂及裂縫處的龜裂造成路面疲勞開(kāi)裂，在行車荷載和環(huán)境因素作用下，裂縫迅速向四周擴(kuò)展，當(dāng)水分通過(guò)裂縫滲入基層后，可能產(chǎn)生沉陷、翻漿、唧泥等病害，造成路面更深層次的破壞，而且維修難度較大［1-3］。本研究依托已經(jīng)通車6～10年的12種復(fù)合式路面試驗(yàn)路，通過(guò)全面現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)段目前技術(shù)狀況，鉆芯進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)試驗(yàn)路使用性能，以指導(dǎo)今后廣西地區(qū)水泥混凝土路面加鋪瀝青層設(shè)計(jì)與施工［4］。

1 工程概況

廣西某高速公路于1999年10月1日建成通車時(shí)為水泥混凝土路面，行車道及硬路肩均采用同一種路面結(jié)構(gòu)，即24 cm水泥混凝土面層+1 cm瀝青石屑下封層（施工中取消）+20 cm二灰穩(wěn)定碎石基層+16 cm級(jí)配碎石底基層，其中中濕路段底基層為20 cm級(jí)配碎石。水泥混凝土面板尺寸從內(nèi)車道至路肩一般為（4.5+3.75+3.75）m×5.0 m、（4.5+3.75+2.75）m×5.0 m。由于原水泥砼路面病害快速發(fā)展，行車舒適性較差。為了減緩路面病害發(fā)展、提高行車舒適性及為以后大規(guī)模加鋪瀝青層提供技術(shù)儲(chǔ)備，進(jìn)行了12種復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)路。

2 路面調(diào)查檢測(cè)方案

本研究主要選取不同路面加鋪層典型路面結(jié)構(gòu)，以及選取路面完好、車轍、反射裂縫和修補(bǔ)較多等11種典型路段進(jìn)行調(diào)查檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備為鉆芯機(jī)、落錘式彎沉儀、構(gòu)造深度儀。

檢測(cè)內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：①鉆取路面芯樣，檢測(cè)路面厚度，觀測(cè)芯樣外觀、層間黏結(jié)情況，分析反射裂縫發(fā)展層位、車轍發(fā)生層位。②檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)車轍深度。③落錘式彎沉儀（FWD）檢測(cè)路面彎沉和彎沉盆?，F(xiàn)場(chǎng)鉆取瀝青層圓柱體芯樣，在室內(nèi)進(jìn)行了油石比、空隙率檢測(cè)。FWD彎沉用于分析路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和路面反射裂縫等病害的相關(guān)性。

3 室內(nèi)外調(diào)查及檢測(cè)

3.1 路面病害調(diào)查

為了便于分析彎沉、路面結(jié)構(gòu)、土工布等因素對(duì)路面性能的影響，提出瀝青路面綜合維修率的概念。瀝青路面綜合維修率是指將瀝青路面病害按照銑飽重鋪的方式進(jìn)行維修，并計(jì)算總面積，其和調(diào)查路面面積的比值即為瀝青路面綜合維修率。本文主要分析造成路面發(fā)生大規(guī)模損害的原因，以及哪種路面結(jié)構(gòu)防止反射裂縫和綜合性能較好，所以未考慮車轍的修補(bǔ)。由于病害主要發(fā)生在行車道，本次僅統(tǒng)計(jì)行車道病害。

瀝青路面綜合維修率=100×維修瀝青路面面積/瀝青路面面積

裂縫維修面積=裂縫條數(shù)×裂縫長(zhǎng)度×影響寬度，裂縫按5 m的影響寬度計(jì)算維修面積（一般認(rèn)為裂縫連續(xù)5 m一條，最好采用銑飽重鋪的維修方法）

瀝青路面修補(bǔ)=修補(bǔ)面積，考慮到本試驗(yàn)段路面修補(bǔ)一般是路面發(fā)生龜裂和裂縫造成的，考慮到實(shí)際的維修方法，按修補(bǔ)實(shí)際面積計(jì)算

龜裂=2×龜裂實(shí)際面積，由于試驗(yàn)段的龜裂一般發(fā)生在行車道輪跡帶，最常用的處理方法是銑飽重鋪，那么中間未發(fā)生龜裂的地方也進(jìn)行了銑飽，所以破碎面積按2倍的系數(shù)繼續(xù)放大處理。

縱裂的處理方法一般是封縫處理且本試驗(yàn)段一般是輕度縱裂，對(duì)路面整體使用性能影響較少，所以縱裂不計(jì)算綜合維修面積。

10、11段為車轍對(duì)比分析段，所以未統(tǒng)計(jì)10、11段路面狀況，統(tǒng)計(jì)的路面綜合維修率見(jiàn)表1。

表1 路面綜合維修率匯總表

（1）試驗(yàn)段1、2、3的路面綜合維修率較高，其病害主要是龜裂、裂縫，路面結(jié)構(gòu)為SBS改性AC-13上面層、基質(zhì)瀝青或改性瀝青AC-25中面層、應(yīng)力吸收層，厚度為11 cm左右。

（2）試驗(yàn)段4、5、6、7、9路面綜合維修率較低，路面除少量反射裂縫外，基本上無(wú)其他病害，主要路面結(jié)構(gòu)為SMA上面層、改性瀝青AC-25中面層或湖瀝青改性瀝青AC-25中面層、土工布、應(yīng)力吸收層，路面厚度為9.5～13.1 cm。

（3）SMA瀝青混合料上面層路面狀況要好于AC瀝青混合料上面層路面狀況。

3.2 鉆芯取樣

現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣的直徑為150 mm，鉆至水泥混凝土板頂。鉆取芯樣后觀測(cè)結(jié)構(gòu)層完整性、層間黏結(jié)情況，測(cè)量各層厚度。對(duì)于完好路段，在慢車道右輪跡或硬路肩處鉆芯；對(duì)于車轍路段，在同一斷面分別在凹處和路肩鉆芯，旨在對(duì)比瀝青層厚度變化；對(duì)于反射裂縫較多及修補(bǔ)較多段，在輕度橫縫和重度橫縫處鉆芯，旨在揭示這些裂縫是否貫穿瀝青層和應(yīng)力吸收層，即是否為自上而下（Top-Down）裂縫。鉆芯機(jī)鉆頭到達(dá)要求深度后，如果無(wú)須撬動(dòng)，結(jié)構(gòu)層已脫落則記錄為層間分離，反之則記錄為層間黏結(jié)良好。試驗(yàn)段裂縫擴(kuò)展情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)段裂縫擴(kuò)展情況統(tǒng)計(jì)

3.3 FWD彎沉檢測(cè)

使用FWD分別在路面完好段、沒(méi)有反射裂縫、反射裂縫較少、反射裂縫較多、銑飽重鋪路段較多、車轍段等9種典型路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，分析FWD彎沉檢測(cè)結(jié)果和反射裂縫多少及路面狀況的關(guān)系。為了確定發(fā)生發(fā)射裂縫的原因，彎沉測(cè)量位置包括以下幾處：①板縫（無(wú)反射裂縫）位置彎沉及彎沉差；②板縫/裂縫位置彎沉及彎沉差；③行車道右輪跡隨機(jī)檢測(cè)彎沉（由于現(xiàn)場(chǎng)未找到板縫，所以進(jìn)行隨機(jī)彎沉檢測(cè)）。

本次彎沉檢測(cè)主要目的是分析路面結(jié)構(gòu)承載力和路面反射裂縫及路面破損的關(guān)系，本次的彎沉代表值計(jì)算采用單側(cè)檢驗(yàn)指標(biāo)，按下式進(jìn)行計(jì)算，彎沉檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 典型路段代表彎沉統(tǒng)計(jì)

上式中：X′為一個(gè)評(píng)價(jià)路段內(nèi)測(cè)定值的代表值；ta為t分部表中隨自由度（N-1）和置信水平a（保證率）而變化的系數(shù)。

3.4 瀝青路面空隙率、油石比試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)車轍深度檢測(cè)

為了更好地反映原瀝青路面的抗車轍性能，在典型試驗(yàn)段調(diào)查段落內(nèi)，每隔100 m采用3 m直尺現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量行車道左、右輪跡的車轍，并取左、右輪跡中的最大車轍作為最終車轍。并路肩靠近標(biāo)線位置和行車道輪跡位置鉆芯取樣，分析車轍發(fā)生層位，對(duì)路肩的芯樣分層切割，進(jìn)行上、中面層毛體積相對(duì)密度試驗(yàn)，并將試樣分散，采用真空法進(jìn)行上、中面層最大理論相對(duì)密度試驗(yàn)，并根據(jù)最大理論相對(duì)密度計(jì)算芯樣空隙率。采用抽提法進(jìn)行上、中面層及應(yīng)力吸收層油石比的檢測(cè)。

4 復(fù)合式路面病害原因分析

4.1 復(fù)合式路面龜裂原因

本調(diào)查路段瀝青層表面龜裂主要出現(xiàn)在AC-13上面層段，即路段1、2、3，出現(xiàn)在行車道輪跡帶和反射橫縫兩側(cè)，上面層為SMA-13路段，路面無(wú)龜裂、反射橫縫為輕度裂縫、無(wú)龜裂帶。路面龜裂主要原因是AC-13上面層空隙率普遍偏大、油石比小，SMA-13空隙率較小、油石比大，因而前者的抗彎拉疲勞性能遠(yuǎn)差于后者。在行車荷載作用下，AC-13上面層產(chǎn)生了受拉疲勞破壞。

4.2 復(fù)合式路面反射裂縫原因分析

本次調(diào)查復(fù)合式路面反射裂縫類型主要是荷載型反射裂縫，反射裂縫產(chǎn)生的原因主要是部分試驗(yàn)段板縫處彎沉及彎沉差較大，在荷載的作用下瀝青面層產(chǎn)生開(kāi)裂。由彎沉檢測(cè)結(jié)果可知，試驗(yàn)段5裂縫/板縫處的彎沉超過(guò)18（0.01 mm），說(shuō)明水泥混凝土板底存在一定程度的脫空，在荷載的反復(fù)作用下，瀝青層產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，最終導(dǎo)致荷載超過(guò)瀝青層的極限承載力，瀝青層產(chǎn)生拉裂，符合荷載型反射裂縫的情況。

反射裂縫上寬下窄頂面開(kāi)裂的原因：瀝青層在荷載作用下，板間彎沉較大，傳荷系數(shù)較差，當(dāng)車輪經(jīng)過(guò)板縫時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不一致，裂縫兩端產(chǎn)生不同程度的豎向變形，一側(cè)變形較大，一側(cè)變形較小，瀝青層表面受到很大剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的作用，芯樣破壞形式呈掰開(kāi)狀，（板縫處土工布及應(yīng)力吸收層上移，表面層受剪力及拉力，應(yīng)力吸層底部受壓，芯樣呈掰開(kāi)狀），經(jīng)過(guò)車輪的反復(fù)作用，路面產(chǎn)生剪切型反射裂縫。本試驗(yàn)路混凝土板橫縫反射裂縫是剪切型反射裂縫。

4.3 復(fù)合式路面車轍原因分析

為了分析瀝青路面空隙率和車轍深度的相關(guān)性，將上面層和中面層的空隙率綜合考慮，分析瀝青路面綜合空隙率和瀝青路面車轍的相關(guān)性。

路面綜合空隙率=（K×上、中面層較小空隙率值+上、中面層較大空隙率值）/2

瀝青路面上面層空隙率大于中面層空隙率，K=上面層空隙率/中面層空隙率

瀝青路面上面層空隙率大于中面層空隙率，K=中面層空隙率/上面層空隙率

瀝青路面綜合空隙率和瀝青路面車轍的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.767，說(shuō)明瀝青路面發(fā)生車轍的主要原因是瀝青路面殘留空隙率小于3%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次調(diào)查的不同復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)反射裂縫原因主要是板縫處彎沉較大，在荷載的反復(fù)作用下，瀝青層頂面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，最終導(dǎo)致荷載超過(guò)瀝青層的極限承載力，瀝青層產(chǎn)生拉裂，反射裂縫呈上寬下窄的狀態(tài)，符合荷載型反射裂縫的情況。復(fù)合式路面龜裂主要出現(xiàn)在AC-13上面層段，龜裂位置主要出現(xiàn)在行車道輪跡帶和反射橫縫兩側(cè)，上面層SMA-13路段路面無(wú)龜裂，復(fù)合式路面龜裂主要原因是AC-13上面層空隙率普遍偏大、油石比小，SMA-13空隙率較小、油石比大，因而前者的抗彎拉疲勞性能遠(yuǎn)差于后者，在行車荷載作用下，AC-13上面層產(chǎn)生了受拉疲勞破壞。復(fù)合式路面車轍在上、中面層均有發(fā)生，瀝青路面車轍變形和瀝青路面空隙率相關(guān)性較大，瀝青路面綜合空隙率和瀝青路面車轍的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.734，瀝青路面發(fā)生車轍的主要原因是瀝青路面殘留空隙率小于3%。

綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)和力學(xué)模型分析，推薦的舊水泥路面“白改黑”結(jié)構(gòu)如下：SBS改性瀝青SMA-13上面層，SBS改性瀝青AC-25、SBS改性瀝青KH-25中面層，土工布和瀝青砂應(yīng)力吸收層，總厚度不小于120 mm。水泥路面加鋪瀝青層應(yīng)嚴(yán)格控制板縫彎沉小于0.15 mm。嚴(yán)格控制瀝青路面殘留空隙率在4%～6%，以提高瀝青路面抗車轍和抗疲勞性能。