长益高速公路K72～K76段病害成因及处治措施分析

2017-05-24翟殿钢

湖南交通科技 2017年1期

关键词：行车道芯样车辙

朱欢，翟殿钢

(长沙理工大学，湖南长沙 410114)

长益高速公路K72～K76段病害成因及处治措施分析

朱欢，翟殿钢

(长沙理工大学，湖南长沙 410114)

通过结合长益高速公路K72～K76段结构形式特点、典型病害分布特征及芯样实验数据，对该路段的裂缝、车辙、坑槽成因进行了分析，其结果表明在素混凝土板上直接加铺薄层沥青是不合理的，反射裂缝能很快发展到面层，混合料级配组成对车辙的形成较大的影响。同时，结合路面结构特点，分段设计了铣刨加铺和雾封层的处治方案。最后，现场检测结果显示处治效果良好，可为长益及其他同类型高速公路养护维修提供参考。

长益高速；复合路面；病害成因；处治措施

1 工程概况

长益高速公路是“白+黑”复合路面结构的高速公路。其特点是交通流量大，超载、重载频繁。其中K72～K76段是为了主线大修工程的设计、施工提供经验，先行在2009年修筑，全长约3km，路面结构类型如表1(上面层均为橡胶和Domix双改性沥青面层)。

表1 K72～K76现有路面结构表K72+030～K75+368K75+368～K76+000左幅(靠中央分隔带半幅)左幅(靠路肩侧半幅)右半幅SMA-16(6cm)SMA-16(5cm)SMA-16(5cm)SMA-16(6cm)AR-SAMI(1cm)SBR乳化沥青粘层SBR乳化沥青粘层AC-20C(SBS)6cmAC-20C(SBS)6cmAR-SAMI(1cm)PCC(21cm)蜡质养护隔离剂SBR乳化沥青粘层SBR乳化沥青粘层AC-25C(7cm)AC-25C(7cm)AR-SAMI(1cm)AR-SAMI(1cm)C15贫混凝土(18cm)C15贫混凝土(23cm)PCC(18cm)C15贫混凝土(15cm)换板灌浆综合处治旧路破碎稳固处治旧路破碎稳固处治、人工清除破碎层换板灌浆综合处治

2 典型病害成因机理分析

2.1 病害分布特征

对该段病害及病害分布进行调查和统计。

通过分析表2～表4、图1中的统计情况并结合雷达探测、现场调查和检测报告的基础数据，路面破坏主要特征如下：

1) 该路段PCI均为优，病害主要集中在行车道，主要表现形式为反射裂缝、车辙及局部坑槽。

2) 平整度仅对行车道进行检测，评定等级均为良，右幅较左幅较差。

3) 右幅行车道车辙最为严重，平均车辙深度超过10 mm，评定等级为中，已对道路通行产生影响，其余车道保持在优良水平。

表2 DR及PCI分公里统计表起点桩号路段长度/m右幅行车道右幅超车道左幅行车道左幅超车道DR/%PCIDR/%PCIDR/%PCIDR/%PCIK72+030～K73+0009700.22691.870.03296.320.35490.230.23591.74K73+000～K74+00010000.2391.810.08594.560.26791.290.13293.49K74+000～K75+000(资江二桥)10000.00798.0301000.00698.140.00598.25K75+000～K76+00010000.24691.580.06295.240.06395.210.03396.32平均值0.17793.320.04596.540.17393.720.10194.95

表3 平整度分公里统计表起点桩号路段长度/m右幅行车道左幅行车道IRIRQIIRIRQIK72+030～K73+0009702.4188.042.3588.63K73+000～K74+00010002.5787.292.190.09K74+000～K75+000(资江二桥)10002.1989.232.0790.04K75+000～K76+00010002.5886.42.2787.53平均值2.4487.742.289.07

表4 各车道车辙深度统计表车道平均车辙深度/mm车辙深度指数右幅行车道10.378.46左幅行车道6.3787.01右幅超车道5.2389.55左幅超车道4.5890.87

图1 病害所占比例图

4) 从原路面处治情况分析，进行过旧路破碎稳固处治的路段的RQI要好于换板灌浆综合处治的路段。

5) 从加铺厚度来看，加铺厚度较厚路段的RQI要好于加铺厚度较薄路段。

参照长益高速公路收费站及交通流量观测点的数据，并按文献[1]进行轴载换算计算，大修改建后，在15 a的设计年限一个车道累积当量轴次达到2.764×107次，交通等级为特重。

2.2 病害成因分析

为了进一步掌握路面结构性能状况，对该段芯样、车辙深度检测、混合料抽提和筛分试验的检测结果进行分析。

从表5分析可知，路面结构与设计结构基本相同，芯样内部空隙较多，在路面横向裂缝处取出的芯样均有贯通裂缝。车辙处取出的芯样面层厚度与设计厚度差别很大，沥青材料有明显迁移。

对芯样1和8进行了抽提试验，鉴于芯样个数的限制，在混合料进行抽提后，继续进行了筛分试验。芯样1的橡胶沥青含量为6.37%，芯样8橡胶沥青含量为6.10%，设计沥青含量为6.5%。其集料级配见图2、图3抽提后的沥青性能指标，参照文献[2]中对热区橡胶沥青的要求进行对比，结果如表6。

从抽提及沥青性能检测指标分析可知，混合料沥青含量与设计含量下降4%左右，可能原因是表面磨耗导致沥青含量的损伤，这部分对混合料影响很小。旧沥青针入度和延度均达不到热区橡胶沥青的要求，老化非常严重。

从图2、图3可以明显看出芯样1抽提后的矿料级配整体上已经远超过规范级配上限，芯样8也接近级配上限且细集料比例较大。

针对病害调查情况和检测的结果，分别对长益高速公路的裂缝、车辙、坑槽3种典型病害进行成因机理分析。

表5 芯样检测结果表芯样编号取芯桩号位置取芯厚度位置描述芯样描述1K72+345右幅行车道3.5cm面层+22cm混凝土下面层车辙凹点混凝土板有贯通裂缝、芯样破损成3块2K72+345右幅行车道6.7cm沥青面层车辙凸点只取了沥青面层,芯样完整,与混凝土面层粘结不好(用于抽提试验)3K72+305右幅硬路肩5.8cm沥青面层正常路段只取了沥青面层,芯样完整4K72+380右幅行车道6cm面层表面纵向裂缝只取了沥青面层,芯样完整,有贯通的纵缝5K72+450右幅行车道6cm面层+17cm混凝土表面较宽的横向裂缝芯样完整,有竖向贯通裂缝6K72+445右幅行车道5.9cm面层+18cm混凝土表面较宽的横向裂缝芯样完整,有竖向贯通裂缝,但气孔较多,空隙大7K75+420右幅行车道5.8cm面层+17cm混凝土表面的横向裂缝芯样完整,有竖向贯穿裂缝8K75+825右幅行车道5.4cm上面层+16.5cm混凝土表面完好,无病害特征芯样完好,层间粘结较好,芯样下部水泥混凝土已开裂

表6 旧混合料橡胶沥青技术指标对比表类别针入度(25°,100g,5s)/(0.01mm)软化点/℃延度(5°,5cm/min)/cm芯样124753.7芯样838713.2技术标准30～70>65>5

2.2.1 裂缝

裂缝类病害主要表现为横向裂缝，以反射裂缝为主，部分裂缝已经贯通发展为坑槽。

图2 芯样1抽提后集料级配曲线图

图3 芯样8抽提后集料级配曲线图

K72+030～K75+368段中，仅一层6 cm厚的改性沥青层，面层下紧接着1 cm AR-SMAI应力吸收层，较K75+368～K76+000段前段部分，少了14 cm的沥青层过渡段，反射裂缝数量明显增加，虽然采用了应力吸收层和基层接缝错位等措施对反射裂缝的形成有抑制的作用，但效果不明显，短期内仍产生明显的反射裂缝。这也证明素混凝土板上直接加铺薄层沥青在这类交通量大的高速公路不可行。

从表5芯样描述中可以看出，芯样1、7、8的处治后的原混凝土有竖向贯穿裂缝，路表面表现为横向裂缝，下端已经开裂，最为严重的1号芯样，裂缝过大，取样后整体出现破碎，其原因是混凝土施工缝的反射裂缝自下而上发展，并与温度收缩共同作用形成贯通裂缝。其次，橡胶改性沥青的材料特性也对裂缝发展有很大影响，由表6可知，橡胶沥青已经出现了严重老化，针入度、延度已达不到要求，混合料抗裂能力已显著下降，难以缓解裂缝的产生。同时，其软化点达到75 ℃，更可能表现出硬、脆性，在低温条件下更容易发生破坏。

2.2.2 车辙

该段左右幅车辙情况有很大不同，从路况指标和路面结构分析，在强基层、薄面层的复合路面中，车辙主要是面层范围内的沉陷，无结构变形。

K72+030～K74+000右幅(长沙至益阳方向)现阶段以流动性车辙为主，从芯样分析可知，芯样1取自凹点，厚度仅为3.5 cm，芯样2取自凸点，厚度为6.7 cm，而此处设计厚度为6 cm，有明显迁移。从沥青面层力学响应和温度效应分析，一般在4～8 cm的位置，剪应力达到最大值，高温情况下，抗剪强度下降，发生失稳破坏。从筛分结果图2、图3可以看出，混合料矿料级配严重偏细，接近甚至超过上限，导致集料更容易发生移动，且其沥青针入度、延度均已达不到改性沥青的要求，抗车辙能力显著下降。

部分车辙发生的整个横断面上，仅有凹陷，没有凸起，为明显压密型车辙。同时，该段修筑施工期为冬季，气温低且材料运距远，施工温度没达到设计要求，存在压实度不足，在车辆荷载作用下，形成压密性车辙。

2.2.3 坑槽

该段坑槽多为一个个孤立的小坑槽，深度在1.5～4 cm之间，面积多在0.05 m2以内，数量很多。坑槽形成主要是面层局部混合料压实和粘结力不均匀、裂缝、面层石料颗粒间存在较大空隙，在水的作用下，混合料中集料与沥青粘结力下降，最终失去粘结作用，造成面层材料松散，形成坑槽。还有一部分坑槽是裂缝贯穿发展，相互交叉，导致该处材料分隔、松散后形成坑槽。其次是施工时降温过快压实不均匀、油量过少，同时雨水天气较频繁，随着沥青老化加速，加速了坑槽病害发展。

3 处治措施及效果分析

3.1 处治措施

路面处治方案选取需要考虑根据病害分布情况和路面结构，针对病害成因及发展趋势，兼顾考虑该段长度和施工工艺、造价、养护效果等，分段进行采用2种方案进行路面处治，并对处治效果进行分析。

3.1.1 铣刨加铺

铣刨加铺对有一定补强作用，对车辙深度较大，坑槽、裂缝多，功能性损坏严重的路面有很好的处治效果。

3.1.2 雾封层

雾封层能够修补表面裂缝和稳定松散粒料，减少材料老化引起的脆裂，同时造价低廉，能实现快速修补通车，延迟使用寿命，故该段采用雾封层处治方案。

分段处治措施及施工方案见表7。

表7 分段处治措施及施工方案分段桩号路段特点处治措施施工方案K72+030～K75+368、K75+368～K76+000车辙深度在10～20mm之间,平均深度超过10mm,且较路面结构偏薄铣刨重铺4cm先对以产生脱空的混凝土面板及反射裂缝进行降压、裂缝灌封、开槽处治后,进行铣刨摊铺K75+368～K76+00主要病害为裂缝雾封层先在原混凝土板脱空注浆处治、裂缝处治后,再进行剂雾封层处治

3.2 效果分析

通过现场调查发现，经过处治后，该段车辙、裂缝、坑槽等病害基本消失，路面使用性能良好。参照文献[3]对路面质量的要求，在2015年8月分段进行一系列的现场试验检测，与90 d后原位检测结果进行对比，结果如表8。

由表8检测结果和现场调查情况可知，铣刨重

表8 检测结果类别平整度标准差/mm渗水系数/(mL·min-1)压实度/%厚度/cm要求指标≤1.2≤200 ≥98 4 雾封层1.129.5——铣刨重铺1.030.798.44.18

铺段的面层厚度得到增加，车辙全部消除。雾封层段洒布已经渗入上面层一定深度内，与混合料融为一体，同时其中活性成分可延缓路面的脆化老化，施工完成后改善了一定厚度内的沥青性能，引起沥青路面的表层微观形貌的改变。路面检测结果满足设计要求，表明这2种处治方案能有效恢复路面使用性能。

4 结论

1) 长益高速公路K72～K76段病害以反射裂缝、坑槽为主，全路段均有分布，车辙病害是影响其路面行驶性能的主要因素。

2) 复合路面的面层厚度对延缓反射裂缝的发展有很大作用，通过对比发现，在复合路面设计中，素混凝土板上直接加铺薄层沥青在这类交通量大的高速公路不可行，反射裂缝能够很快地发展到面层。复合路面整个基层强度很大，承载力能满足要求，无结构破坏，其车辙严重段以流动性车辙为主，产生原因是混合料级配严重偏细，沥青老化，抗剪能力显著下降。其他段以压密性车辙为主，均发生在面层范围内的，主要原因是施工时温度过低导致的压实不足。

3) 铣刨重铺对车辙的处治效果较好，能很大提升路面使用性能，并对路面结构有补强作用，延缓反射裂缝发展。雾封层处治有效弥合封闭路面裂缝，提高路面的抗水损害能力。

[1] JTG D50 — 2006，公路沥青混凝土路面设计规范[S].

[2] 交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3] JTG F80 — 2012，公路工程质量检验评定标准[S].

[4] 周富杰，孙立军.复合路面荷载型反射裂缝的力学分析和试验路验证[J].土木工程学报，2002，35(1)：51-52.

[5] 韩瑞民，弥海晨.雾封层性能研究[J].石油沥青，2012，26(4)：36-38.

[6] 余正国.长益高速公路大修后路面早期病害防治对策[J].湖南交通科技，2015，41(1)：49-52.

[7] 刘章，黄志义，谭真，等.水平荷载对复合路面沥青加铺层结构的影响[J].公路工程，2011，36(5)：58-59.

[8] 刘朝晖.连续配筋混凝土复合式沥青路面计[M].北京：人民交通出版社，2012.

[9] 赵淑铭，刘亚娟.高速公路沥青路面病害成因分析[J].公路交通科技(应用技术版)，2013，105(7)：25-27.

[10] 张立华.沥青路面病害分析及处理[J].公路与汽运，2008，124(1)：59-60.

2016-06-07