基于沥青路面半刚性结构的破损研究及评价

李 颖

(新疆北朋土木工程检测咨询有限公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

基于沥青路面半刚性结构的破损研究及评价

李 颖

(新疆北朋土木工程检测咨询有限公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

半刚性基层路面的性能评价是对路面养护、铺装、维护的有力依据。然而依据现行公路技术评价体系对西部高速公路进行评价时，路面状况指数经常超限。针对这一问题，文章基于国内外沥青路面破损及评价研究现状，从计算弯沉值、路面结构强度指数PSSI、路面车辙状况RDI等方面，研究了半刚性基层沥青路面结构破损状况的计算方法，并结合工程实例进行了应用分析，为沥青路面半刚性结构破损评价提供理论依据。

沥青路面；裂缝；半刚性结构；破损评价

0 引言

当前我国高速公路建设迅速发展，高速公路养护问题也逐渐受到公路工作者的重视。高速公路的质量评价是道路养护的重要前提，其决定着管理系统设计、养护经费预算、维护对策等[1]。我国沥青路面设计寿命一般为15年，但是一小部分高速公路在通车1～3年内就开始出现破损，严重影响行车安全[2-3]。半刚性基层路面很容易开裂，裂缝的出现不仅使路面的承载能力下降，而且在车辆的往复作用下，面层还会产生反射裂缝。除了裂缝之外，车辙、泛油、沉陷等道路病害也会严重影响其使用性能。

各种破损情况按照成因可以分为结构性破损和非结构性破损。非结构性破损主要有：间距在100 m以上的横向裂缝、纵向施工接缝、波浪、泛油、轻微车辙、松散、老化、坑槽、修补破坏等。结构性破损主要有：间距<100 m的横向裂缝、非施工接缝的纵向裂缝、不规则的裂缝、龟裂、严重车辙、不均匀沉降、唧浆、龟裂等[3]。目前，依据现行公路技术评价体系对西部高速公路进行评价时，路面状况指数经常超限。然而，沥青路面加铺层设计仅参考旧路面弯沉量，当弯沉量小于设计值时就无法实施加铺。

针对这个问题，本文首先对沥青路面的主要性能指标进行分析，重点研究了半刚性基层沥青路面结构性破坏评价的计算方法。从计算弯沉值、路面结构强度指数PSSI、路面车辙状况RDI等方面对其进行全面评价，并按照此方法对工程实例进行分析，指出其存在的问题并给出修复方法。希望为今后沥青路面半刚性结构破损评价提供理论依据。

1 路面结构性破坏评价的计算方法

为了便于分析，本文将沥青路面损害分为四种：裂缝、表面损坏、变形、其它。鉴于每个路段都可能出现不同的损害类型，其严重程度也不尽相同，因此采用综合评价法。沥青路面综合破损率[4]：

(1)

式中：D——调查路面内的破损折合面积，m2；

A——调查路段的总面积，m2；

Dij——第i类、第j种破坏的面积，m2；

Kij——第i类、第j种破坏的折算系数，%。

为了简化分析，根据沥青路面综合破损率DR得出路面破损评价指数[5]：

PCI=100-15DR0.412

(2)

评价体系中认为PCI>90的路面状况指数是优，<60的路面状况是差[6-7]。由式(2)可以看出，DR越大其对PCI的影响越小。但是在试验中发现，道路上车辙数量的多少决定了PCI指数的变化，其余损害对PCI指数并未有较大影响。因此仅仅依靠PCI去评价路面破损情况并不科学，本文将从试验路段的计算弯沉值、路面结构强度指数PSSI、路面车辙状况RDI三方面进行综合评价。路面破损评价标准见表1。

表1 路面破损评价标准表

试验路段的计算弯沉值：

(3)

路面结构强度指数：

(4)

路面车辙状况：

(5)

其中：RD——车辙深度，mm；RDa——车辙深度参数，取20mm；RDb——车辙深度限制参数，取35mm。

2 工程实例评价分析

随着当地经济的飞速发展，该路段交通量明显增加，经过3年的运营，该道路路面已经出现破损。公路部门先后对该路段进行维修并养护，可是重点病害仍反复出现，表现为车辙、裂缝、松散等。为了消除安全隐患，对该高速公路K1194～K1240合计46km路段进行路面综合破损情况评价。根据评价的需要，计算出各个损害类型的折算面积，并据此得出各种病害所占的比例，见图1。

图1 试验路段破损组成情况饼状图

由图1可以看出，对该路段影响最大的病害是麻面，占到了86.52%，其次是车辙占5.07%，其余病害所占比例均<4%。对该路段上下行线的超车道、行车道进行PCI指数评价，评价结果见图2。

图2 路面破损综合评价情况饼状图

由图2可知，试验路段优、良两个等级的路面占整体的53%，差的路段占到了整体的42%，可见试验路段路面破损处于两个极端。全路段的综合评价水平较低，麻面是试验路段的主要病害。对试验路段进行PCI分析，发现K1194～K1210段的PCI值大于K1210～K1240的值，即病害主要发生在后一段。对实验路段进行弯沉检测分析，得到的弯沉值分布曲线见图3。

图3 试验路段弯沉值分布曲线图

图3中的虚线是等级“良”下的弯沉值下线，因此由图3可以看出，K1210～K1240段的弯沉值整体高于“良”等级。查阅公路的设计资料得知，弯沉值较大的路段是在原有路基础上加铺而成。进一步研究得出，旧路加铺改造后的路段强度明显不足，43.45%的路段PSSI为“次”和“差”等级。

K1210+900～K1213+600、K1238+100～K1240+000等部分路段出现早期病害后进行了加固处理。改造过程为：先在旧路面上铺10～20cm的天然砂砾，随后铺设20cm厚的5%水稳砂砾。由图3可以看出，这些改造后的路段弯沉值在允许范围之内，说明改造效果明显。设计时的K1217+300～K1219+460、K1233+500～K1238+120路段旧路路面平整，路况较好，仅进行了罩面，并未加固，但是评价结果显示此路段弯沉十分严重。

对实验路段进行RDI评价分析见图4，下边的虚线为“良”等级的车辙深度，上边的虚线为“中”等级的车辙深度。由图4可知，试验道路全程均有不同深度的车辙，92%的路段车辙深度都能达到“良”水平，只有K1195+240～K1195+830路段存在较深的车辙，因为该路段是上坡路，在交通载荷和重力分量的共同作用下，车辙较重，最大车辙深度可达40mm。

图4 试验路段车辙分布曲线图

针对该路段的破损评价情况，给出如下维修方案：

(1)对于PCI指标是“优”和“良”的路段应以日常养护为主，当PCI指标低于“中”时应当进行罩面处理；

(2)对于K1210～K1240段弯沉值低于“中”水平的路段，建议挖除其基层和面层，对路基进行铣刨处理，并重新铺设面层和基层。

(3)对于K1195+240～K1195+830上坡路段，设计时应该使用强度更大的面层和基层材料。

3 结语

高速公路的质量评价是道路养护的重要前提，决定着管理系统设计、养护经费预算、维护对策等。

然而，依据现行公路技术评价体系对西部高速公路进行评价时，路面状况指数经常超限。本文从计算弯沉值、路面结构强度指数PSSI、路面车辙状况RDI等方面对其进行全面评价，并按照此方法对工程实例进行分析，得出：(1)对于旧路升级改造，不能只进行罩面而不加固，将会导致严重的弯沉；(2)上坡路段存在严重的车辙损害，设计时应该使用强度更大的面层和基层材料。

[1]魏道新.半刚性基层沥青路面损坏模式与结构优化研究[D].西安：长安大学，2010.

[2]武建民.半刚性基层沥青路面使用性能衰变规律研究[D].西安：长安大学，2005.

[3]曾江洪，许 佳.高速公路沥青路面破损状况评价指标体系研究[J].公路工程，2009(3)：120-122.

[4]李红英，李风增，范慧鹤，等.基于模糊层次分析法的沥青路面破损状况评价[J].交通标准化，2012(6)：40-44.

[5]钟云健.西南山区公路沥青路面性能评价指标研究[J].北方交通，2014(7)：53-56.

[6]廖文来，张君禄，叶尧辉.某道路路面破损分析及处治对策[J].工业建筑，2014(S1)：1071-1073.

[7]吴 博.沥青路面裂纹的形成机理及扩展行为[J].交通标准化，2014(11)：62-65.

Damage Research and Evaluation on Semi-rigid Structure Based on Asphalt Pavement

LI Ying

(Xinjiang Beipeng Civil Engineering Testing and Counseling Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

The performance evaluation of semi-rigid base-layer pavement is the strong basis for pave-ment maintenance，paving and maintenance.However，when evaluating the expressway in western region based on current highway technology evaluation system，the pavement condition index often goes over the limit.Regarding this problem，based on domestic and foreign asphalt pavement damage and evaluation situation，and from the aspects of calculating the deflection value，pavement structural strength index PSSI，and pavement rutting condition RDI，this article studied the calculation method of semi-rigid base-layer asphalt pavement structure damage condition，and conducted the application analysis combined with engineering practices，thereby providing the theoretical basis for the semi-rigid structure damage evaluation of asphalt pavement.

Asphalt pavement；Cracks；Semi-rigid structure；Damage evaluation

李 颖(1986—)，助理工程师，研究方向：公路工程试验检测。

U416.223

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.005

1673-4874(2015)07-0020-03

2015-06-05