道路“黑化”工程早期病害浅析

颜 超

（自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，四川 自贡 643000）

1 概述

自2008年5月至2012年5月，为提高城区道路行车的安全性、舒适性，改造城市人居环境、提升城市形象，自贡市对主城区大部分主次干路进行了路面“黑化”施工，即在原混凝土路面上进行沥青混凝土的加铺改造施工。笔者以一名工程设计人员的角色全程参与其中。工程范围包括檀木林大街、仁和路、解放立交桥、盐都大道、贡兴路等，加铺沥青混凝土面积约20万m2。经1～2 a的使用，部分改造路段加铺的沥青混凝土面层出现大量的早期病害，给市民车辆通行带来了不便，给国家造成经济损失，值得分析总结。本文以自贡市城区道路“黑化”工程为例，针对“黑化”实施过程中的各个环节进行分析，初步总结了一些可能导致早期病害产生的因素，供各个城市的工程设计、施工人员及相关管理部门参考。

2 设计过程

2.1 现状混凝土路面病害处理方案

本次自贡市实施城区道路“黑化”工程的道路大部分修建于20世纪90年代，路面结构组合形式多为水泥混凝土面层20～24 cm+二灰稳定碎石基层20 cm+手摆片石底基层30 cm。经过近20 a的使用，混凝土路面已大面积出现不同程度的病害，骨料外露板块数量超过80%，断板板块数量达到20%～40%，另外还有大量的板缝损坏、路基沉陷、路面排水不畅等问题。根据《沥青路面设计规范》（JTG D50—2004），要求视路况对混凝土块板在横向接缝板边距板角30～50 cm处测定弯沉，用以全面了解水泥混凝土路面的承载能力情况，再根据每个路段板块代表弯沉值分析修补方法。但业主受工期和资金的限制，部分路段没有委托单位进行弯沉检测，而设计单位只能将旧路面的病害分析侧重为根据外观检查统计破碎板块、开裂板块、板边角的破损状况，确定现状混凝土面层的修补方法。虽然根据工程实践经验，采用外观检查后统计分析，再确定修补方法的方案是可以达到对大部分病害的处理效果的，但是受现场工程人员工程经验及业务水平的限制，不同人员调查后的处理方案或偏保守、或偏经济，无法精确地确定最合理的修补方案，无法对表观质量好而基层已出现问题的板块进行有效处理，有可能由于旧混凝土路面基层或地基出现问题没有处理，导致“黑化”早期病害的发生。这在仁和路修补工作时进行弯沉检测复核中得到了印证。证明对现状混凝土路面进行弯沉测定，从而全面了解水泥混凝土路面的承载能力情况是非常必要的。

美国沥青协会（AI）认为旧面层接缝（或裂缝）处的弯沉量和弯沉差是引起沥青加铺层开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度变化产生的面层板伸缩位移的速率，因而，AI以控制接缝或裂缝处的板块平均弯沉量和弯沉差为设计要求。

我国《沥青路面设计规范》（JTG D50—2004）说明，考虑到美国与我国标准轴载差异，结合目前国内实际应用情形，根据关于交通荷载作用下沥青加铺层反射裂缝的疲劳断裂力学分析，我国标准如下：

（1）接缝（或裂缝）两侧的板块弯沉差（W l-Wu）≤0.06 mm；

（2）接缝（或裂缝）两侧的板边平均弯沉值（Wl+Wu）/2≤0.45 mm；

（3）我国规范还对不同代表弯沉值的路面说明了明确的处理方法，详见表1。

其中，W l和Wu相应为荷载板和非荷载板的板边弯沉值，由100 kN轴载和贝克曼梁测定。

表1 不同损坏路面的修补方法

2.2 加铺结构层的拟定

根据《沥青路面设计规范》（JTG D50—2004）规定，C级以上交通的公路加铺沥青层的结构厚度，一般宜为100～180 mm，其他公路宜为70～100 mm。根据《城镇道路养护技术规范》（CJJ 36—2006）规定，在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土的厚度不得小于80 mm。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2002）规定，高速公路和一级公路的最小厚度为100 mm，其他等级的公路最小厚度宜为70 mm。考虑到业主对工程投资控制等因素，综合国家现行规范的要求、自贡的气候特点及交通现状，自贡市城区“黑化”采用的加铺结构组合为：SBS I-C型改性沥青混凝土AC-13C 3.5 cm+SBS I-C型改性沥青混凝土AC-16C 4.5 cm，总厚度为8 cm，采用值为规范低限值。

但是，自贡市区道路加铺后发现，考虑到业主为节约工程投资等因素而没有根据不同道路在城市路网中所起的不同作用、不同道路的交通量大小拟定最合理的加铺厚度是得不偿失的。例如盐都大道在外南环竣工之前仍承担着省道305线大量自贡市区与荣县之间的交通运输功能，交通量远远大于贡兴路，而加铺路面结构层采用相同的标准是不恰当的。近期节约了工程一次性投资，而接踵而来的早期病害翻修整治、后期养护的费用均会大大增加。

同时暴露出的还有另外一个问题，路面结构的拟定和设计道路的年平均日交通量、交通增长率两个指标是息息相关的，但是设计道路的年平均日交通量和交通增长率在现有的管理体制下，没有主管部门对城市内部道路进行系统的统计分析。设计单位仅能参考相关公路标准进行假定，这样计算拟定出的结构组合难以符合实际。

2.3 沥青混合料矿料级配设计

自贡城区“黑化”工程均采用国家现行规范所规定的沥青混合料矿料级配，但仍无法确定是否是最科学、最合适自贡气候、自贡本地原产矿料的级配设计。只有设计出最合理的级配才能减少早期病害的发生。

虽然国家在“八五”国家科技攻关专题通过全国600多个气象站30 a气象数据统计分析，颁布了沥青和沥青混合料使用性能的气候分区以指导沥青材料的选用，但是由于我国幅员辽阔，仅有优良的沥青材料，而没有合理的混合料级配，仍无法加工出合适自贡气候条件、矿料性能的沥青混凝土混合料。

在《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中，我国借鉴了美国的Superpave的设计理念，引进了“级配选择”的概念，即在特定的级配范围内，根据各级配曲线的性能，从中选择一条符合工程需要的级配。级配曲线的确定，并不完全取决于规范中的级配范围，而是取决于混合料的性能检验。但是《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）所给出的沥青混合料矿料级配各筛孔范围较大（如表2中规范列出的密级配沥青混合料矿料级配范围表），在试验设计级配曲线的选择标准上不明确，使我国现行设计理论中的级配选择的重要性没有得到充分的体现，这也是我国沥青设计规范的重要缺陷。

因此，建议在对试验设计级配曲线进行选择时，可分别对不同级配曲线进行马歇尔试验，确定其最佳沥青用量，然后分别在各自最佳沥青用量下，通过高温、水稳综合判断适用于自贡城区的设计目标级配曲线。但同时，此法也将大幅度增加试验工作量和设计周期。因此注意积累实践经验和收集工程成功经验和失败教训，避免每个工程都在重复地拿自己作为级配设计的试验品，就成为简化配合比设计的最有效、最经济的办法。但是，单纯由设计单位进行对资料的整理分析是有很大难度的，应有必要的管理部门联合设计单位、实验室对各个城市的工程进行系统分析，才能总结出与各个城市实践特点相适应的混合料级配，最大限度地减少由于混合料级配选择不合理的工程实施后导致大量的翻修、养护费用。

表2 规范列出的密级配沥青混合料级配范围

3 沥青混合料试验及生产过程

3.1 沥青混合料的试验

自贡市正在积极准备向大城市发展，但是，由于试验设备受限，国家规范要求的检测沥青混合料指标在自贡市所有试验室和沥青拌合料场均无法全面进行检测。这种情况在我国很多城市，特别是中、小城市较为常见。主管部门应积极监督城市工程检测单位、实验室等单位，建立有效奖惩机制，减少弄虚作假现象，加强硬件设施的配置、加强技术力量，以适应我国城市建设的发展需要。

在自贡城区“黑化”工程中，设计单位总结自贡市域以往的沥青使用经验,结合自贡的气候条件，为提高沥青混凝土路面的抗车辙、水稳等性能，选用了热塑性橡胶类改性沥青苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBSI-C型。该型沥青由于有很优越的抗车辙、抗疲劳、抗老化等性能，目前在世界上是最普遍使用的道路改性沥青[1]。但是，SBS改性沥青混凝土的最主要的车辙板试验和冻融劈裂试验等均在自贡市找不到试验检测单位，而自贡的实验室仅能做沥青的马歇尔试验，确定其最佳沥青用量，这是远远达不到要求的。建议有关主管部门完善各个城市实验室的实验条件，以支撑各个城市在城市建设过程中大量基础设计建设所需要的必不可少的材料检测。

3.2 沥青混合料的生产

自贡市区现有沥青混合料拌合场2个，为减少运输距离,节约费用，市域内的道路“黑化”工程和沥青混凝土路面新建工程均采用这些料场拌合的沥青混合料进行摊铺。但自贡市料场存在不少问题：

（1）料场规模较小，已出现难以供给自贡城市建设需要的问题；

（2）料场所购买的矿料多为砾石采用鄂式破碎机破碎而成，细长扁平颗粒大于15%，矿粉含量较高；

（3）料场场地未硬化处理，排水设施不健全，各级矿料分隔储存、防雨设施不健全；

（4）试验设备欠缺，无法进行所有材料的必要检测。

这些问题看似不大，但是对矿料的含水率、矿料级配等均会产生很大的影响，从而影响沥青混合料的质量，导致早期病害的产生。如果选择内江等外地料场，则会产生运输距离远，导致费用增加、矿料离析、矿料温度下降等问题，仍会影响沥青混合料的质量导致早期病害的产生。

如今各个城市均在大力发展基础设施建设，建设与各个城市建设规模相适应的沥青拌合料场已势在必行。

4 施工过程

4.1 运输

为保证摊铺机能以合适的速度进行均匀、连续地摊铺，必须确保拌和楼的拌和能力和沥青混合料运输车辆的运输能力与摊铺机的摊铺能力相配套；在沥青混合料的拌和、运输及摊铺过程中，加强施工工艺管理，采取有效措施尽量降低混合料材料及温度的离析。运料车均要求采取保温措施，保证能按要求的摊铺温度及压实温度进行施工，见图 1、图 2。

图1 混合料在运输车辆中红外温度检测照片

图2 混合料在摊铺过程中红外温度检测照片

根据美国沥青协会（AI）研究表明，由于混合料运输保温措施不到位、压路机洒水等原因导致沥青混合料在运输车辆中、碾压过程中温度未达到规范要求或出现温差，温差超过14℃，空隙率增加2%，空隙率的增加导致剥落与水损病害提前出现，减少沥青混合料疲劳寿命。试验表明，增加空隙率1%将至少减少10%的寿命[2]。

自贡城区“黑化”过程中由于施工运输组织原因，导致运输到现场的混合料部分离析严重，例如用尾料铺筑的马吃水立交桥段，由于矿料离析导致大面积加铺层坑洞、推移、壅包、波浪等早期病害。这也值得各个城市的施工单位、监理部门、业主、主管部门结合本地的实际情况在工程实践中总结经验教训。

4.2 摊铺

规范规定沥青路面不得在气温低于10℃，以及雨天、基面潮湿的情况下施工[3]。但是在自贡城区道路“黑化”施工期间，为赶工期，部分路段在雨天施工，导致沥青温度下降碾压不密实，路面出现车辙等早期病害。例如汇兴路与丹桂大街交叉处，后期铲除后重新铺筑。

沥青摊铺时必须选用有自动找平装置、有预压实装置的摊铺机。下面层沥青混合料和构造物上沥青面层摊铺时采用基准钢丝绳或浮动基准梁进行找平。但是在盐都大道、仁和路“黑化”施工后，大面积出现车辙、推移、壅包等早期病害，经后期钻芯取样分析，造成病害出现的重要原因之一就是摊铺宽度过大、找平装置设置存在问题，导致道路边缘车道加铺厚度较薄（最薄处仅4 cm），道路中间车道加铺厚度又较厚（最厚处达到16 cm）。规范建议一台摊铺机摊铺宽度为6～7.5 m，而仁和路和盐都大道摊铺宽度达到了10 m以上，难以保证找平及摊铺时矿料不离析，加之后期碾压施工温度较要求偏低，薄的路段容易出现离析，厚的路段容易出现车辙、推移，均无法达到设计预期效果。

4.3 碾压

为了保证沥青混合料能够在有效压实时间内达到规定的压实度，需配备的基本压实设备应为：双钢轮振动压路机（振幅和频率可根据需要调整）不少于3台（静态10～14 t），根据混合料类型、温度和层厚选择频率和振幅；25 t以上的胶轮压路机不少于两台[4]。虽然在城区“黑化”时，碾压设备均能满足施工规范要求，但是仍存在一些不容小视的问题。

（1）碾压过程应遵循少量喷水，保持高温，梯形迭进的原则。要在保证压实度的基础上追求平整度，否则通车后的路面极易发生水破坏以及松散、车辙等早期病害。自贡城区“黑化”施工过程中，就存在钢轮压路机上滴水导致沥青混凝土碾压时路面淌水现象，极容易导致路面温度快速降低、难以保证压实度，导致早期病害。

（2）压路机速度根据初压、复压、终压各阶段不同调整，还有规划碾压线路，不得造成混合料推移，不得在低温状态下重复碾压破碎集料棱角、集料嵌挤。自贡城区“黑化”施工过程中，施工单位对压路机的速度、线路均未做出有效地控制。

5 行政主管部门加强管理

行政主管部门应依照我国相应的审查管理程序对工程可行性研究、设计、施工、养护等各个环节进行相应的监督管理，其中对超载车辆控制不严则更是早期破坏的直接原因。各个城市大量基础设施正在建设，难以避免大量运输车辆为保证自身经济利益严重超载，建议相关管理部门加强超载查处。

路面早期养护措施不及时、不完善等也是城市道路沥青路面产生早期破坏的原因。为使道路改造后满足设计使用寿命，建议市政设施管理部门在根据国家相关养护规范对该道路进行及时养护。城市道路黑化部分路段出现早期裂缝，如果及时进行灌缝处理，也可避免大量雨水下渗后导致混凝土板块翻浆、沥青矿料逐渐剥离等病害的进一步扩大发展。

这就涉及我们城市建设部门、交管部门、道路管养单位等多部门的协作问题，值得在管理体制问题上进行进一步探讨。

6 结语

形成沥青路面的病害原因有很多，不能够单独归结为某个方面，与设计的科学合理性，施工的规范化，以及超载、超限车辆的控制等工程项目管理各个环节都有很密切的关系。虽然目前各个城市的沥青混凝土加铺改造仍存在很多问题，本文也难以完全说明，但是，随着各个城市设计、试验、施工、行政管理部门的管理、技术水平的不断提高，各级建设管理部门都应引起足够的重视，包括多部门的协作，诸多新方法、新工艺的应用，会根本上减少沥青路面的早期破损现象的发生，在大大节约基础设施建设投资的基础上，使各个城市的道路建设质量全面提高。

[1]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]黄晓明，赵永利，高英.高速公路沥青路面设计理论与方法[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]姚祖康.公路设计手册—路面（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4]程兴新，董强，唐娴，等.公路改扩建工程实用技术[M].北京：人民交通出版社，2007.