南宁至友谊关高速公路沥青路面中长期养护决策分析

唐忠国

(广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司，广西 崇左 532200)

0 引言

合理的沥青路面中长期养护决策能有效保护路面结构强度或大幅缓解路面结构强度下降的速度，延长路面使用寿命，节约养护成本。本文通过对南友路当前预防性养护措施、路面结构强度及路面疲劳寿命等方面的研究，提出了适合南友路沥青路面中长期养护的决策建议。

1 南友路概况

南友路于2005-12-28日建成通车，全长180.063 km，起于南宁市吴圩镇，终于中越边境友谊关，是中国通向东盟的国际陆路大通道。南友路主线沥青路面结构为AC-13SBS改性沥青混凝土上面层(4 cm)+AC-20中粒式沥青混凝土中面层(5 cm)+AC-25粗粒式沥青混凝土下面层(6 cm)+水泥稳定碎石基层(58 cm)。随着交通量的增长，已运营12年的南友路路面使用性能逐步下降，路面出现了不同程度的病害，典型病害主要有纵向裂缝、横向裂缝、坑槽、车辙、块裂、掉粒及麻面等[1]。针对所出现的病害，管养单位积极开展预防性养护工作，其措施主要有AC-8型超薄磨耗层加铺、SBS改性乳化沥青微表处及SBS改性乳化沥青雾封层、含砂雾封层等[2，3]。

2 预防性养护对路面结构强度及路面使用寿命的影响

2.1 养护措施对路况指标的影响分析

2017年12月，管养单位采用多功能路况快速检测系统CiCS对南友路进行全面路况检测。为便于寻找南友路预防性养护路段和未预防性养护路段路况指标的差异，将检测结果分为未预防性养护路段和已实施预防性养护路段两大类对比，并将已实施预防性养护路段这一类进一步细化成不同预防性养护措施及实施年份的十个小段，具体路段路况指标的平均值见表1。

表1 2017年12月南友路不同养护措施路段路况指标对比表

表2 南友路不同预防性养护措施性能对比分析表

由表1可知，南友路预防性路段的各项路况指标平均值均明显高于未预防性养护路段，其中预防性养护路段中采取AC-8型超薄磨耗层预防性养护措施的路况指标平均值最高，且明显高于采取其他预防性养护措施的路段。结合表2的对比分析情况可知，南友路预防性养护是必要的，实施后效果明显，大幅提升了路况水平，可有效延长公路使用寿命，且AC-8型超薄磨耗层预防性养护措施的效果最理想，性价比最高，值得推广。

2.2 路面结构强度抽检分析

为研究路面结构强度，在南友路未预防性养护路段及已采取不同措施预防性养护路段共选择20处典型路面钻芯取样，共取芯样60个，其中未预防性路段取芯样27个，预防性养护路段取芯样33个。

芯样的基本情况如下：

(1)60个芯样的上水稳层均与下水稳层分离。

(2)在路面完好处钻芯52个，46个芯样上水稳层完好；有6个芯样上水稳层底部有松散夹层。

(3)在纵缝处钻芯5个，其中3个裂缝仅深达沥青表面层，为Top-down裂缝；2个上水稳层松散，表明部分纵缝产生原因是水稳基层强度低，不满足荷载要求。

(4)在块裂中央钻芯3个，其沥青层均与上水稳层分离。表明路面块裂原因是水稳基层松散，结构强度已不满足荷载要求。

对60个水稳层芯样进行无侧限抗压强度试验。水稳层芯样直径150 mm，抗压试验前采用圆形钢锯切割芯样两端，形成上下两端平整表面。所测试的无侧限抗压强度(Rc)结果如图1所示。

图1 芯样无侧限抗压强度柱形图

图2 芯样弯拉强度代表值柱形图

(1)

由上述可知，南友路11个预防性养护路段路面结构强度明显比9个未预防性养护路段的路面强度大，平均值差为6 MPa。故适当的预防性养护可有效保护路面结构强度或大幅缓解路面结构强度下降的速度。

2.3 路面疲劳寿命验算分析

由于南友路芯样上水稳基层与下水稳基层分离，故可假设应力计算模型层间状态为：沥青层与上水稳层层间连续，下水稳层与路基层间连续，上水稳层与下水稳层层间滑动。因此，可采用有限元模拟来对路面结构进行层间应力分析[4]。具体的路面结构模型见图3，模拟分析结果见表3。

(a)平面

(b)立面

通过模拟分析可知，20处典型路面的沥青层和下水稳基层层底最大主应力很小，而上水稳基层层底应力较大，最大主拉应力达0.255 MPa。由此可推断，南友路路面疲劳破坏始于上水稳基层，且路面疲劳寿命主要取决于上水稳基层。

表3 南友路20处典型路面结构层间应力模拟分析表

按照公式(2)来计算无机结合料基层的疲劳寿命[5]。

(2)

式中，Nf2——疲劳寿命(轴次)；

ke——应力增大系数；

Rse——水泥稳定碎石基层的弯拉强度代表值；

ks——结构层弯拉强度综合调整系数；

ka——裂缝由下向上扩展的寿命增大系数。

根据实测的上水稳层弯拉强度及规范规定取值：a=13.24，b=12.52，Ke=1.16，β=1.65。

通过计算、分析20处典型路面疲劳寿命得出南友路路面疲劳寿命的规律，从而推测出未预防性养护路段及已采取不同措施进行预防性养护路段的路面剩余疲劳寿命，详见下页表4。

表4 南友路20处典型路面疲劳寿命分析表

由表4数据可知，南友路11个已采取预防性养护措施路段的剩余疲劳寿命约为11年，而9个未预防性养护路段的剩余疲劳寿命约为6年。故南友路中期养护决策建议是尽快针对目前还未实施预防性养护的K161+00～K212+000路段、仅实施雾封层的K212+000～K224+000路段进行预防性养护，延缓路面大修期约5～6年；长期养护决策建议是积极开展沥青路面预防性养护工作，预计实施AC-8超薄磨耗层预防性养护路段将于2028年进入路面大修期，未实施AC-8超薄磨耗层预防性养护路段将于2023年进入路面大修期。

3 结语

通过对南友路未预防性养护的9个路段与已采取不同措施进行预防性养护的11个路段路况指标的对比分析和这20处典型路面结构强度和疲劳寿命的研究分析，可以得出以下结论：

(1)南友路预防性养护措施得当，目前已实施的四种预防性养护措施中，AC-8型超薄磨耗层预防性养护措施路段长113.234 km，占88.46%，其效果最为理想，性价比最高，值得推广。

(2)适当的预防性养护可有效保护路面结构强度或大幅缓解路面结构强度下降的速度。

(3)南友路路面疲劳寿命主要取决于上水稳基层。

(4)预计南友路实施AC-8超薄磨耗层预防性养护路段将于2028年进入路面大修期，未实施AC-8超薄磨耗层预防性养护路段将于2023年进入路面大修期。