基于基层损坏状况的高速公路沥青路面再生维修对策

詹磊

【摘 要】通过“点对点”测基层弯沉和厚度、底基层弯沉和厚度及路基模量的方法，建立了半刚性基层各类损坏和模量的关系。根据此关系，结合路面结构层承载力的要求，采用乳化沥青再生技术，提出了基于半刚性基层损坏状况的高速公路沥青路面维修对策。经试验路验证，这些再生维修对策是可行的。

【关键词】半刚性基层；损坏状况；高速公路沥青路面；乳化沥青冷再生；维修对策

中图分类号： U416.217；U418.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0091-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.041

20世纪90年代后，在“强基薄面”设计理念的影响下，半刚性基层沥青路面成为了我国高速公路的主要结构形式，约占75%多[1]。这种路面结构具有板体性好、承载能力强等优点。但是经过多年的使用，该种路面也暴露出了一些不容忽视的缺陷和不足，如基层的裂缝问题和模量过大的问题[2]。这些缺陷和不足，导致了大量的高速公路沥青路面在通车7～8年左右，充其量10年的时间里（高速公路设计年限15年，远远没有达到设计标准轴载的累计作用次数），就发生程度不同的网裂、坑槽、车辙等早期损坏而必须进行维修。这种路面在进行维修时，往往是“开膛破肚”地翻修[2]，沥青面层首先被铣刨掉，而半刚性基层是该种路面结构的主要承重层[1]，此结构层的好坏和承载能力直接决定了路面的承载力大小，因此研究半刚性基层的损坏情况和承载力并做出正确评价和相应的维修对策，是对半刚性基层沥青路面进行科学维修的前提和依据。

1 半刚性基层承载力评价指标

我国的《公路沥青路面设计规范》[3]采用弯沉作为评价路面结构层整体承载力的指标，但是弯沉无法评价各路面结构层的承载力，这也是弯沉与路面损坏状况不对应的重要原因[2]，因此弯沉不能作为评价半刚性基层承载力的指标。

目前比较常用的沥青路面设计理论是多层弹性体系理论，该理论认为路面各结构层都是均质弹性体，结构层承载力的大小由结构层的模量（弹性模量）表征[4]，根据这一理论可以用半刚性基层的模量评价该结构层的承载力。

2 半刚性基层模量的检测方法

半刚性基层的模量很难直接检测得到。本论文采用以下方法，通过检测和计算得出半刚性基层模量：（1）铣刨掉沥青面层，利用贝克曼梁测定半刚性基层顶面的弯沉[5]；（2）铣刨掉基层，利用贝克曼梁点对点（与基层弯沉测点的位置上下竖直对应）测定底基层顶面的弯沉（见图1）；（3）铣刨掉底基层，利用承载板点对点测定路基顶面的模量[5]；（4）在铣刨的断面上（见图2），直接测量基层和底基层弯沉测点处的厚度；（5）根据测量得到的弯沉、模量和厚度，泊松比参数的取值参照规范[3]，由有限元计算程序就可以反算出底基层和半刚性基层的模量[4]。

3 半刚性基层损坏状况和模量的关系研究

3.1 半刚性基层损坏的类型及调查方法

多条高速公路半刚性基层的损坏调查表明，半刚性基层损坏的主要表现形式是裂缝，单一裂缝对其模量没有影响，块状裂缝的影响比较大，为此，本研究将半刚性基层的损坏现象分成六大类（表1）。通过高速公路半刚性基层的损坏调查还发现半刚性基层的损坏无车道相关性，即各个车道的基层损坏局限在本车道范围内，我国高速公路一个车道的宽度为3.75m[6]，因此，在进行半刚性基层损坏的分类调查时，只需要调查并记录损坏面积3.75m×3.75m的各类损坏的位置。半刚性基层损坏现象的详细分类及调查内容见表1。

3.2 半刚性基层损坏和模量的关系

3.2.1 研究方法

参照半刚性基层损坏的调查方法和模量的检测方法，要研究各类半刚性基层损坏和模量的关系，在进行半刚性基层损坏的分类调查时，同时检测损坏范围（3.75m×3.75m）中心位置的弯沉，按照半刚性基层模量的检测方法，依次铣刨掉基层、底基层后，根据测量得到的弯沉、厚度、模量数据，就可以反算出该类型损坏对应的基层模量。

3.2.2 半刚性基层损坏和模量的关系

我国的高速公路半刚性基层多数为水泥稳定碎石基层，其厚度约为20～40cm左右、水泥剂量4～6%[1]。为此本文选择高速公路A进行研究，该高速公路采用的是比较典型的“强基薄面”半刚性基层沥青路面（路面结构见图3），设计年限15年，通车时间为12年，路面因为损坏严重已经进行了多次罩面维修，上基层损坏严重（已无法再利用），下基层基本没有维修过（需判断是否再利用方式），现在这条道路都在进行大修。根据本研究的调查研究方法，对该高速公路进行了半刚性下基层损坏和模量的关系研究。经调查发现，半刚性基层的单一裂缝对其模量没有影响，网状裂缝对模量的影响比较大，各类基层损坏和模量的关系见图4。

分析图4的数据，可以发现，随着基层块度的减小，基层模量存在以下的规律。

（1）没有发生损坏的水泥稳定半刚性基层的模量比较大。模量基本在5500～7000MPa。

（2）随着基层块度的减小，基层模量逐渐变小。3米块度损坏对基层的模量基本没有影响，小于3米块度损坏的基层模量开始发生衰减。

4 维修对策研究

4.1 维修对策

（1）单一裂缝或块度大于等于3米裂缝下基层，由于其模量（承载力）沒有衰减，采取防止反射裂缝的措施后，加铺沥青面层。

（2）下基层损坏块度小于3米时，由于其承载力已经发生衰减，采取新建下基层和面层的方案。

4.2 试验路验证

高速公路A根据本文的方法，在最大限度地利用原有路面结构和路面材料、降低维修成本和造价、节约资源和环保的前提下，制定的维修对策如下（具体的路面结构见表2）。

（1）下基层无损坏或有块度3米以上损坏，基层裂缝处采用土工布防止反射裂缝，在下基层上铺筑乳化沥青冷再生上基层和下面层，然后加铺热拌沥青混凝土新面层。

（2）下基层损坏块度3米以下，铣刨掉原下基层后，重新铺水泥稳定碎石下基层，然后在下基层上铺筑乳化沥青冷再生上基层和下面层，然后加铺热拌沥青混凝土新面层。

高速公路A试验路段通车2年后（每天累计承受自然车辆4万余辆，特重交通），经检测，没有发现裂缝、车辙、沉陷等损坏，说明按照本文方法制定的半刚性基层沥青路面的维修对策是可行的。

5 结论

（1）采用“点对点”测基层弯沉和厚度、底基层弯沉和厚度及路基模量的方法，可以得到半刚性基层的模量。

（2）随着半刚性基层块度的减小，基层模量逐渐变小。根据半刚性基层不同块度损坏和模量的关系，在保证承载力的前提下，对基层不同块度的损坏应采取不同的维修措施。

（3）经试验路验证，按照本文方法制定的半刚性基层沥青路面的维修对策是可行的。

【参考文献】

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]沈金安，李福普，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中交公路规划设计院.JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[4]姚祖康.铺面工程[M].上海：同济大学出版社，2001.

[5]交通部公路科学研究所.JTJ 059-95，公路路基路面现场测试规程[S].北京：人民交通出版社，1995.

[6]交通部公路司.JTG B01-2003，公路工程技术标准[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[7]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].北京：人民交通出版社，2005.