S237线K0+000~K14+000段公路大中修工程方案研究

2014-03-20蒋兴明刘小勇

交通运输研究 2014年11期

蒋兴明，刘小勇

（新疆农业大学，新疆乌鲁木齐 830052）

0 引言

S237线伊犁河大桥引道—察布查尔县岔口是连接察布查尔县—伊宁市的重要路段，也是伊犁地区周边路网的重要组成部分，部分路段已经城镇化。近年来，随着伊宁市旅游等资源的进一步开发，这条公路的作用也越来越突出。本路段运营的6年时间里，在车辆荷载重复作用、沥青老化及温度应力的综合作用下，路面出现了横向裂缝、纵向裂缝、松散、坑槽等病害，其中，纵、横向裂缝较多。养护单位也曾对裂缝进行过修补，对部分坑槽、拥包等病害进行了局部挖补处理；部分修补过的裂缝又重新开裂，因此，急需对现有路面的病害进行处理。本项目的实施，对行车舒适性、预防公路病害的进一步发展、延长道路使用寿命、降低道路养护费用、提高伊宁市及周边县市的整体形象、促进周边地区经济发展，都具有十分重要的意义。

1 现有公路状况

S237线K0+000～K14+000段起点位于伊犁河大桥引道，终点接察布查尔县岔口，路线全长14km，其中，K0+000～K5+313路段公路等级为一级公路，路面结构为：3cm细粒式沥青混凝土（AC—13I型）上面层+5cm中粒式沥青混凝土（AC—20Ⅰ型）下面层+30cm5%水泥稳定砂砾基层+18（22）cm天然砂砾底基层，主要承担城市道路的功能；K5+313～K13+700路段公路等级为二级公路，路面结构为：4cm中粒式沥青混凝土（AC—16Ⅰ型）面层+20cm5%水泥稳定砂砾基层+26cm天然砂砾底基层；K13+700～K14+000路段公路等级为三级公路，路面结构为：3cm沥青表处+1cm沥青砂+18cm5%水泥稳定砂砾基层+26cm天然砂砾底基层。

2 现有公路路面检测及技术状况评定

沥青路面使用性能评价包含路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度5项内容。按照《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）规定的检测方法及项目，外业调查对S237线K0～K14段（上下行）进行了规范要求项目的检测，现场检测如图1所示，并通过以下4个方面的检测数值计算得出路面使用性能指数（PQI）：

（1）路面损坏指数（PCI）；

（2）路面行驶质量指数（RQI）；

（3）路面车辙指数（RDI）；

（4）路面抗滑性能指数（SRI）。

图1 现场调查图

根据《公路技术状况评定标准》（JTGH20—2007）中规定的路面使用性能（PQI），计算公式（1）为：

PQI=0.35×PCI+0.4×RQI+0.15×RDI+0.1×SRI （1）式中：PCI为路面损坏指数；RQI为路面行驶质量指数；RDI为路面车辙指数；SRI为路面抗滑性能指数。

通过路面病害调查，计算出路面的破损率（DR），最终得路面状况指数（PCI）。同时根据实测弯沉值，考虑修正系数，计算出每公里代表弯沉值和路面结构强度指数（PSSI）。根据相关要求对现有公路路面损坏状况和路面强度状况进行了评定，评定结果如表1、表2所示。

表1 公路技术状况评定标准

表2 路面使用性能调查数据汇总表

通过表2可以看出，路面综合评价指标（PQI）均在80分以上，公路状况评定等级为“优”和“良”，优良率100%，说明路面整体状况尚好。

3 沥青路面主要病害成因分析

3.1 纵向裂缝

纵向裂缝基本平行于道路中心线，一般发生在距离路边缘3～5m的车道内，形状有两种，一种是直线形，另一种是纵向弧形且两端向路堤边缘延伸。车辆荷载过大、地基的不均匀沉降以及不良的施工纵向搭接，是路面出现纵向裂缝的主要原因。

由沥青路面结构内部应力应变计算发现，在沥青层底出现的拉应变区域，沿道路中心线方向的应变要大于垂直于道路中心线的方向，且这种差异有随着荷载的增大而更加明显的趋势。沥青面层在长期荷载作用下造成的结构层底疲劳损伤超过了材料自身的疲劳极限产生纵向开裂，继而扩展到表面，成为自下而上的纵向裂缝。另一方面，车轮荷载边缘，出现较大的剪应力区域，久而久之，出现的Ⅱ型断裂裂缝即撕裂，成为由剪切疲劳造成的自上而下的纵向裂缝；沥青路面空隙率水平较高而造成通车后的压实型车辙，在辙槽的边缘有时会出现纵向裂缝。

本项目纵向裂缝的特点是，绝大部分出现在行车道分界线附近，且与行车道分界线大致平行，除局部为多缝或呈龟裂状外，多为单条裂缝。

结合路面调查，几乎所有纵向裂缝都已贯穿了沥青混凝土上面层，大部分贯穿了整个沥青混凝土面层，有的面层裂缝处对应了基层的开裂。综上分析，推测该项目纵向裂缝的主要成因为新老路基拼接、施工搭接和温度应力等综合作用的结果。

3.2 横向裂缝

横向裂缝是最常见的裂缝之一，占此次路面病害调查裂缝总影响面积的30%以上，通常将其看作是早期损坏的现象之一。横向裂缝的方向垂直于道路中心线，裂缝间隔不等，且数量逐年增加，主要成因有以下几个方面。

（1）温度开裂属于非荷载裂缝，是横向裂缝的主要形式。横向裂缝的间距通常在数米至100m之间。当路面宽度大于裂缝间距时，还产生纵向的温度裂缝，发展为块状裂缝。

（2）沥青面层直接受气温变化的影响，当温度下降时产生收缩，而沥青面层本身不具备水泥混凝土路面预设的收缩缝，在基层摩阻力的限制以及路面无限板体对收缩变形的约束作用下，沥青面层内部产生拉应力。因此，当温度骤降，沥青混合料的应力松弛性能赶不上温度下降产生的拉应力而超过材料的极限抗拉强度时，就产生了开裂。

（3）产生低温裂缝的沥青混合料面层，在春天气温回暖时有了一定程度的弥合，第2个冬天再次出现裂缝，如果此时基层摩阻力和约束力较小，原有的裂缝宽度加宽；若基层约束较大，出现新的横向开裂，减小裂缝间距。温缩裂缝是寒冷地区特有的，也是目前尚未完全解决的一种道路病害。

（4）反射裂缝也是横向裂缝的重要组成形式。由于半刚性基层的收缩（温缩和干缩）性质，其内部已产生了微裂隙或裂缝；或由于路面承载力不足、结构设计不当等原因，基层底面收缩产生的拉应力过大，引起累计疲劳而造成开裂。在交通荷载的反复作用下，由于下卧层已经开裂，造成裂缝处的沥青混合料出现拉应力集中，当超过本身极限抗拉强度时，便发生开裂，继而向上发展至表面，造成反射裂缝，其是荷载因素和非荷载因素综合作用的结果。

该路线横向裂缝的主要特征为垂直于行车方向且间距大致相同，多数裂缝的长度与宽度大致相同。全线采用水泥稳定砂砾材料作为基层，所经地区属大陆干旱气候，冬季寒冷，气温的年、日温差较大，春秋气温升降剧烈。综上分析，本项目横向裂缝为温缩开裂、半刚性基层反射裂缝以及两种原因综合作用的结果。

4 建设方案

4.1 方案论证

根据试验检测数据并结合现场路面调研分析得出，现有公路的路面结构强度较高，整体稳定性好，并未发生大量的结构性破坏。主要病害为沥青路面面层的损坏，表现为纵向裂缝和横向裂缝，目前现有公路上的裂缝病害已经降低路面的防水性能，为了延缓病害的发展速度，降低未来几年的养护费用，改善现有路面的功能状况，根据《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ 073.2—2001）将本项目定性为预防性养护，养护方案为在完成坑槽、严重裂缝、拥包、车辙等病害的修复工作后，对现有的路面进行罩面处理，详细比选方案如表3所示。