高等级公路沥青路面性能检测与评价

段晓倩，杜西西

(1.河南省交通科学技术研究院有限公司 郑州市 450006；2.长沙理工大学交通运输工程学院 长沙市 410004)

高等级公路沥青路面性能检测与评价

段晓倩1，杜西西2

(1.河南省交通科学技术研究院有限公司 郑州市 450006；2.长沙理工大学交通运输工程学院 长沙市 410004)

高速公路经过多年车辆荷载及受不良地质影响会产生不同程度损坏，对路面损害情况进行检测与评价是有必要的。以河南省郑卢高速公路为例，对路面状况和沥青面层性能进行分析评价，并进一步对引起沥青路面结构改变的病害形成机理进行了分析，为后期路面处治提供客观、科学的依据。

道路工程；沥青路面；路面性能；检测评估

道路通车后，随着路面使用年限的延长、交通量的逐年增加，在行车荷载的反复作用下，沥青路面疲劳损伤度累积，大量路段出现路面破损率、平整度超标、车辙严重等状况，导致公路使用性能指数越来越差[1-3]。这些都直接影响到行车安全性、舒适性和运营成本，并造成不良的社会影响[4]。为改善公路技术状况、提高路面使用性能、延长路面使用寿命，需对相应路段进行专项处治。而为了较准确地评判病害原因，前期路面检测与评价工作显得尤为重要[5-6]。郑卢高速公路郑少段是东起郑州、经少林寺景区、西至洛阳的一段高速公路，位于连霍高速公路南侧，途径新密市、登封市、伊川县。连接了嵩山少林寺、龙门石窟等景区，是一条河南省黄金旅游线路，2016年郑卢高速公路(郑少段)局部路段出现了横向裂缝、纵向裂缝、龟裂等病害，且部分路段伴有沉陷、坑槽、车辙等现象。

为探究病害成因，提升高速公路的路面使用质量，本文对郑卢高速公路郑少段公路技术状况指数进行综合分析，确定路面服务能力下降趋势，并在此基础上，对病害严重路段进行现场取样，结合室内相关试验，对其病害成因进行分析，为后期路面处治提供客观科学依据。

1 路面状况分析评价

1.1 路面状况调查

沥青路面的病害类型以及严重程度决定了沥青路面的使用性能。为合理确定郑卢高速公路病害成因，为制定合理处治措施奠定基础，对郑卢高速公路进行病害调查，经调查发现该路段主要病害类型为裂缝和车辙，现场调查主要典型病害如图1、图2所示。

1.2 路面服务质量变化趋势

为系统分析路面服务质量随时间的变化规律，根据跟踪检测数据，综合对比近几年郑卢高速郑少段公路路况指数PCI，绘制近几年路况指标变化趋势如图3所示。

由图3可知，公路路况指数PCI大致趋势是随着使用时间的增加而逐年降低，并呈现出前期下降速度较慢，后期下降速度越来越快的趋势。经研究发现，当路况指数下降到某一数值后，下降速度将会急剧增加，路面将会在短时间内损坏严重。分析原因是路面出现损坏现象未得到及时维修养护，会不同程度影响路面使用质量，随时间推移，伴随最初损坏会出现新的病害并不断相互作用导致损坏更加严重，最后导致路面状况迅速恶化。

为保证高速公路的服务能力，确保通行质量，应在适当节点制定有针对性的处治措施，而制定合理处治措施的前提条件是对现有路况、沥青路面力学性能具有充分的了解，因此，对沥青路面进行钻心取样，对其性能进行分析，为制定合理养护措施奠定基础。2 沥青面层性能分析评价

2.1 芯样表观性能分析

全线共选取了38处出现病害路段与路面状况良好路段进行现场取样。一般取样深度为路面面层，个别路段芯样取至路面基层(如纵向裂缝严重的沉陷区域等)，以此深入对沥青路面病害程度进行分析。部分芯样外观描述如表1所示。

由表1可知：上行K9+195处重度横向裂缝贯穿整个沥青面层，层间粘结良好，并且裂缝自上而下宽度逐渐变窄，该芯样外观如图4所示。由以上外观描述可初步判定该裂缝类型为典型的Top-Down裂缝。分析其形成原因，行车荷载较大的剪应力是引起Top-Down裂缝的主因，并且随着路面使用年限增加，老化沥青在低温环境下最大拉应力增加显著，当路面结构产生的最大拉应力大于沥青混合料最大抗拉强度时将导致上面层表面微开裂。受轮载继续作用，在微裂缝处会出现应力集中现象，当应力强度因子达到断裂韧度时，微裂缝向下扩展，直至贯穿整个面层。

表1 芯样外观描述

上行K32+300处上面层厚度为3.5cm，车辙较为严重，车辙处与正常路段芯样对比如图5所示(最右边为正常路段芯样)。由图可知，车辙处芯样粘结良好，中下面层无断裂碎化现象，可初步判定该车辙是受行车荷载作用上面层密实形成。

2.2 芯样力学性能分析

为对比了解发生病害处沥青面层各项性能降低程度，对病害处与未发生病害路面钻取芯样进行室内力学指标对比分析，检测结果如表2所示。

表2 芯样力学指标

由表2分析可知：不同结构层的空隙率、压实度、稳定度指标基本满足规范要求。个别病害路段空隙率超出要求范围，行车道轮迹带部位、裂缝病害严重部位出现极端现象。表中所列病害处芯样上面层压实度平均值为96.31%，完好路面处为94.28%；病害处上面层稳定度平均值为18.92kN，完好路面处为16.80kN。对比分析可知，芯样马歇尔稳定度远大于规范要求值，表明沥青混合料级配较为合理，施工过程中压实较为充分。

2.3 芯样级配分析与评价

芯样经过切割烘干处理，对上面层沥青混合料进行抽提试验，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E42-2005)中干筛法对矿料进行筛分试验。筛分结果如图6所示。

由图6筛分结果可知：无论病害路段还是正常路段4.75mm以上筛孔矿料通过率均位于级配中值附近；病害路段与正常路段2.36mm以下筛孔矿料通过率均高于级配中值，且0.3mm以下粉料超出规范级配范围。表明沥青混合料矿料分布较为均匀，施工质量较好，同时由于轮载冲击导致骨料碎化以及芯样外围周圈骨料受切割机切割影响骨料细化，导致了细集料超出规范级配范围。

3 沥青面层病害成因分析

通过对路面芯样进行室内分析，混合料压实度、稳定度、级配均满足规范要求，结合郑卢高速公路实际运营状况及气候特征，综合分析各病害成因如下：

(1)横缝、纵缝病害

郑卢高速公路郑少段车流量较大，2015年冬季较为寒冷，并且降雪较多，部分行车加护防滑链，导致路面沥青混合料抗剪强度降低，当路面结构产生的最大拉应力大于沥青混合料最大抗拉强度时将导致上面层表面微开裂。冬季不能及时对微裂缝进行处治，在轮载作用下微裂缝处出现应力集中现象，并且水进入裂缝内冻结，温度升高形成毛细水，增加水损作用，最终形成Top-Down裂缝。

由于不及时维护，局部排水不畅，在行车轮胎挤压力的作用下，自由水由裂缝进入基层，导致路面局部失稳，造成轻度龟裂，龟裂的形成加剧了水分的渗入速度，进一步导致了重度龟裂的产生。

(2)车辙病害

郑卢高速公路郑少段车辙病害较为严重，主要有以下两种原因。一是未采用改性沥青，动稳定度相对较差或由于基层及面层施工时压实度不够，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载的反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起。二是在高温条件下，经车轮反复碾压作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定极限，使变形不断积累形成车辙。

(3)沉陷病害

本路段上行K8+800、K11+200、K43+000等处产生不同程度的沉陷现象。沉陷是路面在荷载作用下，其表面产生的较大的凹陷变形，凹陷变形与正常路段之间一般都伴随着重度裂缝。沉陷的成因主要是道路在使用阶段由于路基不能承受通过路面传递给路基的轮载应力，就会产生较大的竖直变形，最终导致路面沉陷。

4 结语

(1)公路路况指数PCI随着道路使用年限的增加而逐年降低，并呈现出前期下降速度较慢，后期下降速度越来越快的趋势。

(2)出现病害处芯样上面层压实度平均值为96.31%，完好路面处为94.28%；病害处上面层稳定度平均值为18.92kN，完好路面处为16.80kN。病害处芯样上面层压实度及稳定度高于完好路面处压实度，分析原因可能是由于桥头跳车处经车辆颠簸冲击及车辙处较密实致使压实度较高引起的。

(3)通过对试样进行筛分得出：无论病害路段还是正常路段4.75mm以上筛孔矿料通过率均位于级配中值附近；病害路段与正常路段2.36mm以下筛孔矿料通过率均高于级配中值，且0.3mm以下粉料超出规范级配范围。

(4)通过对调查路段病害成因分析，初步明确病害对发生路段路面结构的影响程度，为后续路面专项整治方案的提出提供依据。

[1] 粱斌.高速公路路面检测分析及养护维修设计[J].公路与汽运,2015(11):131-133.

[2] 刘相濡,董彪,李德彬,等.重载干线公路沥青路面材料性能检测与评价[J].养护施工与机械,2014,79(4):79-81.

[3] 张德津,李清泉.公路路面快速检测技术发展综述[J].测绘地理信息,2015,40(1):1-7.

[4] 程珊珊.高速公路沥青路面养护与维修方案的选择与设计[J].公路交通科技(应用技术版),2005,22(5):24-28.

[5] 王茵,胡昌斌,才华,等.高速公路沥青路面使用性能综合评价指标的研究[J].沈阳建筑工程学院学报,2000,16(4):264-265.

[6] 汤晴,吴大鸿.沥青路面使用性能及其预测研究[J].公路工程,2015,40(5):217-219.

Performance Detection and Evaluation of High-Grade Highway Asphalt Pavement

DUANXiao-qian1,DUXi-xi2

(1.Henan Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450006,China; 2.School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science & Technology, Changsha 410004, China)

Expresswaysare with different degrees of damage due to many years' vehicle load and unfavorable geological influence. The detection and evaluation are performed for pavement damage condition. Taking Zhenglu expressway of Henan province as an example, it is necessary to perform analysis evaluation on pavement condition and asphalt surface course performance and further analyze the disease formation mechanism that causes asphalt pavement structure change, so as to provide objective and scientific basis for pavement treatment at later period.

Road engineering; Asphalt pavement; Pavement performance; Detection and evaluation

1673-6052(2016)11-0046-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.013

U416.217

B