省道大中修工程的面层改造探析

【摘 要】长期运营使用的沥青路面会出现多种路面病害问题，需要及时进行养护与维修。本文在对原有路面技术状况进行检测，分析路面病害原因，制定面层结构方案，并进行对比分析，最终得出省道大中修工程的整体改造方案，最大限度地延缓路面的施工寿命。

【关键词】道路工程；道路养护；路面改造；方案对比

一、工程概况

239省道常州段全长约58公里，新北罗溪至奔牛段和儒林段在改造通车以来，经常出现路面病害问题，需对路面病害情况进行调查，分析病害原因，结合路面结构情况，提出面层改造方案。通过调查记录路面病害类型、病害严重程度及病害工程量，主要对路面损坏（PCI）、路面车辙（RDI）、路面车辙（RDI）、路面行使质量（RQI）、路面结构强度（PSSI）等方面进行评定，面层改造方案主要参考PCI指标[1]。

通过对全线的路况调查发现，一般路段的路面病害主要是车辙、纵横向裂缝、龟裂。其中轻微裂缝已于日常的小修保养时进行临时处理，主要采取的养护方式是灌缝和局部挖补处理。路面病害调查表明，本工程主要病害有：松散、修补、纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、沉陷、车辙以及坑槽等，其中以裂缝、车辙以及修补为主，具体路面破损情况见表1。儒林段路面状况较差，出现大量松散、车辙、波浪以及麻面等病害。新北罗溪至奔牛段病害以裂缝、车辙及修补为主，大部分裂缝已进行了灌缝处理，但部分出现裂缝延伸；横向裂缝多为基层反射裂缝。

二、病害原因分析

（一） 裂缝类

本工程裂缝类病害主要表现为纵、横向裂缝、块状裂缝、龟裂和网状裂缝。根据现场调查结果，裂缝类病害以横向裂缝为主，比例达83%，其余依次为纵向裂缝、块状裂缝、龟网裂。

1.横向裂缝病害原因分析。

横向裂缝一般可分为荷载性裂缝和非和荷载性裂缝两大类[2]。荷载性裂缝是由于路面设计不当或施工质量较差，或由于车辆严重超载，重型交通比例大，致使沥青面层或基层产生拉应力超过其疲劳强度而产生的裂缝。非荷载性裂缝是横向裂缝表现的主要形式，主要包括：沥青面层的温缩裂缝和基础层反射裂缝。一般认为，半刚性基层在施工、养护及使用过程中易产生收缩裂缝，因此在半刚性基层上铺设沥青面层产生横向裂缝是极为普遍的，而且是不可避免的。

从取芯结果来看，横向裂缝主要为基层反射裂缝，裂缝从下往上发展，呈上窄下宽型，基层开裂、松散不成型，同时结合路面实测弯沉结果及交通量统计，本路段区域内重型交通比例较大，占整体交通量的12%，不能排除部分路段路面整体结构强度不足的原因。

2.纵向裂缝病害分析。

纵向裂缝的成因比较复杂，初步分析认为主要存在以下两种原因：①沥青路面分幅施工时，接缝连接部处理不当，接缝处压实未达到要求，在长期行车荷载作用下形成的纵向裂缝；②由于路基压实不均匀，路表、边坡处渗水，局部路基受水浸泡后承载力降低，产生不均匀沉降。

3.块裂及龟网裂。

沿线块裂及龟网裂较少，现场调查发现部分块裂及龟裂已进行修补，产生裂缝的主要原因有以下几个方面：①路面整体强度不足，在重型荷载作用下发生整体破坏；②纵、横向裂缝未及时修补，致使水分下渗，裂缝交错发展导致；③沥青路面在长期使用过程中发生老化。

（二）松散类

根据现场调查结果，本路段K7+000～K16+600段松散类病害很少，比例为0.09%。病害处治时可结合其他病害一并处理。K56+000～K57+000左幅松散类病害最为严重，现场调查发现路面沥青层严重剥离，进而导致路面发生车辙、波浪、拥包、麻面等病害。经调查了解，该段路面已进行翻挖补强处理，面层采用4cmSMA-13，中、下面层均采用6cmSUP-20，基层补强20cm水泥稳定碎石。部分路段开挖后发现路床底存在淤泥，清淤后路床及基底进行重新填筑，但至今效果仍不理想。结合弯沉及钻芯试验结果，检测弯沉代表值21.1（0.01mm）路面结构层强度满足设计要求，钻芯取样表明路面面层及基层结构完整性好，面层与基层间粘结性差。

根据路基钻孔试验分析，路床下存在软塑～流塑状粉质粘土层，但埋深较深（6.2m～9.4m），对路面影响可忽略。综合以上初步调查分析认为主要存在以下原因：①沥青面层间粘结层失效，沥青在行车荷载作用下发生剥离；②沥青用量偏少，稠度太低，沥青与矿料间粘附性较差；该路段松散类病害原因判断还需进行进一步调查、检测。

（三）变形类

本工程变形类病害主要包括沉陷、车辙、波浪擁抱。根据病害调查成果，其中占比最大的为车辙，占到此类病害的99%。

1.沉陷病害分析。

沿线沉陷类病害较少，从现场调查的情况来看，产生沉陷的主要原因可能有以下几点：①老路运营时间较久，部分路基填料在重交通量作用下出现不均匀沉降；②填土高度较低，地下水渗透影响路基稳定，道路部分路段出现沉陷。

2.波浪拥抱病害分析。

沿线部分路段出现波浪拥抱以及推移的主要原因是沥青用量过多，配比不合适，细料过多以及路面各层位之间粘结较差等。

3.车辙病害分析。

根据老路调查的结果，车辙病害是本路段最主要、最严重的病害类型，通过分析，造成本项目车辙严重的主要原因有以下几方面：①从交通量分析结果来看，本路段重型交通比例较大；②交叉口处刹车、启动频繁，极易结构层内产生的剪切力超过材料的抗剪强度而产生车辙，同时与其他路段相比，轮载的累积作用时间较长，更加加剧了车辙病害的形成。③气温升高时，沥青路面表面强度降低，沥青粘度变小，抗蠕变能力下降，在重型交通外力作用下很容易产生永久剪切变形导致沥青材料横向流动而产生车辙。④沥青的粘度和集料之间的粘附性影响沥青的高温稳定性，老路沥青路面沥青粘度及集料的配比直接影响路面的抗车辙能力[3]。endprint

（四）其他类

本工程其他类病害主要表现为修补。本路段在运营期间进行多次养护，路面修补现象频繁，部分路段大面积修补后，病害依然很严重，如K7+000～K9+000、K13+000～K14+000段。

综合弯沉、交通量及钻芯结果，K7+000～K9+000段弯沉试验较好，但钻芯结果显示基层松散不成形，基层强度不足；K13+000～K14+000段基层完整，层间粘结较差，弯沉过大，整体路面强度不足。初步分析认为主要存在以下几方面原因：①本路段段重型交通比例较大，直接导致路面破坏；②部分路段仅对面层进行处理，而基层病害未得到及时处治，致使病害重复发生。

三、路面大中修方案设计

（一）沥青路面材料比选

路面面层是直接承受汽车荷载作用和大气降水、温度变化影响的路面结构层，直接暴露于大气之中。保证足够的承载力、抵抗变形能力、良好的平整度、较强的抗滑性和耐久性，是沥青路面的基本要求。

面层可以采用SMA、Superpave、AC等类型的沥青混合料[4]。综合比较各类材料的优缺点，考虑到项目路面层材料需抵抗路段较多重载车辆，需具备优越的抗车辙能力，结合项目区域类似项目成功经验，推荐方案：上面层采用SMA-13细粒式沥青混凝土（改性），下面层采用SUP-20中粒式沥青混凝土。

（二）原沥青路面材料再生利用方案设计

考虑本路段在处治过程中会产生大量的沥青面层铣刨料，为了能够更好的利用铣刨料，减少弃料引起生态环境问题，节约土地成本，建议在方案处治中充分考虑沥青混合料再生技术。

目前阶段较适合用于我国的再生技术主要是厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生和就地冷再生技术，不同的再生方式都存在自身的优缺点及适用性[5]。考虑厂拌热再生方案技术成熟度较高，施工难度小，应用广泛，质量控制相对简单，同时结合以往养护方案，优先推荐采用厂拌热再生技术。热再生后的沥青混合料用于沥青下面层的填筑。

（三）改造方案比选

根据各路段路面技术状况评定结果，结合路面病害处治方案分析结果进行，各路段改造方案如下：

1.路段一：K9+000～K11+000、K14+000～K15+000路段（不含下穿沪宁高速路段）

该段路面状况相对较好，PCI为“优”，主要病害为纵、横向裂缝以及部分车辙。RDI及RQI指标基本为“优”、“良”，除K10+000～K11+000路段右幅PSSI指标为“良”、其余均为“优”，从取芯结果来看，沥青面层偏薄。结合病害处治，提出两个改造方案见表1。

方案优缺点 工程造价相对较低，且能达到较好的效果。缺点是微表处寿命相对较短，且无法增加路面强度及后期抗病害能力。 高温稳定性及抗疲劳性能均较好，能够承载较大的交通量。且基本不影响路面标高，减小构造物处的衔接难度。

方案一全路段除了病害处处治到基层顶面，其余一般路段不做特别处理，最后全路段做一层微表处；方案二除病害处处治到基层顶面，其余一般路段铣铇4cm后撒布粘层油并加铺4cm SMA-13沥青面层，病害处理段上面层与一般路段面层同时铺筑。综合比选，优先推荐采用方案二，但考虑K10+000～K11+000右半幅强度较低，可参照路段二及路段三的推荐方案进行处理。

2.路段二：K8+000～K9+000、K11+000～K14+000及K15+000～K15+600路段

该路段PCI指标为“良”，大部分PCI指标均处于70～80，相对较低，出现的病害以车辙、修补以及横、纵向裂缝为主，RDI评价基本为“良”、RQI评价“优”、“良”，从取芯结果来看，老路面层由于长年的运营，磨耗较多，部分基层出现松散不成型，整体情况均比较一般。

3.路段三：K7+000～K8+000及K16+500～K16+700路段

该路段PCI指标为“中”，主要以纵、横向裂缝、车辙以及沉陷等病害为主，RDI、RQI等指标评定基本为“良”，部分出现“中”，从取芯结果来看，面层偏薄，部分基层出现松散不成型。由于路段二级路段三现状路面状况较为相似，轻重程度略有区别，提出两种处治方案，见表2。

方案优缺点 高温稳定性及抗疲劳性能均较好，能够承载较大的交通量。但对于取芯结果中体现的基层破损未处理完全，后期易出现反射裂缝。 高温稳定性及抗疲劳性能均较好，能够承载较大的交通量。能够对基层较为全面的补强，为养护后的路面提供坚强的基础，延缓病害发生，延长养护后路面的使用寿命。

方案一除病害处处治到基层顶面，其余一般路段铣铇4cm后撒布粘层油并加铺4cm SMA-13沥青面层。方案二将老路面层全部铣铇，对基层补强处理后加铺4cmSMA-13+8cm SUP-20面层，车辙及平交口处下面层添加抗车辙剂。综合考虑，推荐采用方案二，PCI评定为“中”的路段着重注意基层的补强处理。

4.路段四：儒林段（K56+000～K57+000）

该段地勘资料显示，局部存在软弱土。PCI指数为34.9，评价为“差”，平均车辙深度已达23.73mm，RDI指数为45.6，病害极为严重，RQI评定为“中”。从取芯来看，上面层由于路面松散、麻面而厚度偏薄。从前面病害分析及处置方法来看，情况较为复杂，可能引起病害的原因较多，从现场来看，往年修补的沥青面层大面积出现松散，近年来小修小补的沥青面层基本剥落，路面车辙、波浪较为严重，路侧钻孔揭示在路基范围内存在一般软弱土。强度检测结果显示该路段整体强度优良，初步分析病害产生的原因为面层间粘结力较差或基层出现不均匀沉降，在重型交通的作用下而产生病害，长年的未达标修补进一步加剧了病害的程度。因此，提出如下三种改造方案：

方案一：病害处治首先铣铇原老路面层，检测基层的强度及平整度，尤其波浪及车辙病害处，若基层强度较好，且未出现不均匀沉降，则对部分松散基层进行补强处理后加铺4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面层添加抗车辙剂。

方案二：若基层出现不均匀沉降，则开挖至路床顶面，若路床不成型则继续开挖至成型为止，回填20cm级配碎石后填筑6%石灰土并压实至路床顶面，路床顶面满铺土工格栅，其上填筑水泥稳定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面层添加抗车辙剂。

方案三：挖除路面结构及路基，进行深搅桩处理，桩长9m，桩间距1.5m，桩径0.5m。地基处理后，填筑石灰土至路床顶面，其上路面结构铺筑：水泥稳定碎石及4cm SMA-13+6cm SUP-20+8cm SUP-25，下面层添加抗车辙剂。

四、结束语

对239省道常州段的路面病害调查，以PCI指标对路面状况进行分级评价，分析路面病害的成因，并按照病害针对性、铣铇料充分利用、经济可行、安全可靠、动态设计、便于交通组织的设计原则制定路面养护方案。考虑到本工程路面层材料需抵抗路段较多重载车辆，需具备优越的抗车辙能力，建议上面层采用SMA-13细粒式沥青混凝土（改性），下面层采用SUP-20中粒式沥青混凝土，而铣刨料可以考虑厂拌热再生方案，其成熟度较高、施工难度小，质量控制相对简单。各个路段面层改造的具体方案，结合PCI指标和具体情况进行方案比选后最终确定。

参考文献：

[1] 崔岩. 辽宁省高速公路沥青路面养护维修技术综述[J]. 北方交通， 2014（10）：73-75.

[2] 李彩霞， 沥青路面养护首选方案确定方法研究[J]. 黑龙江交通科技， 2014（8）：74-75.

[3] 郭邦学. 高速公路沥青路面养护决策时机研究[J]. 西部交通科技， 2016（3）：35-37.

[4] 徐生茂， 李雨芳. 高速公路瀝青路面养护技术应用效果评价[J]. 江西建材， 2016（8）：143-144.

[5] 陈光营， 张晨， 李加才. 某高速公路沥青路面养护方案设计[J]. 山西建筑， 2015， 41（26）：145-146.

作者简介：路见宇（1990.12—），江苏南京人，助理工程师，主要从事路桥工程的新技术研发及检测工作。endprint