城镇道路沥青混凝土路面预防性养护决策研究

冯友鹏

(温州市市政工程建设开发公司 浙江温州 325000)

0 引言

改革开放40年来，城镇化建设发展迅猛，城市道路交通发展作为城镇化迅速发展的前提发挥着越来越重要的作用。由于沥青混凝土路面良好的使用效能，在城市道路中的应用开始普及，道路养护问题也随之开始增多。当前的道路养护仍属于修补性质，即对病害道路进行维修相对被动，而道路预防性养护是变被动为主动，它可以有效延长沥青道路使用寿命，提高性能，节约维修资金。

1 预防性养护的定义与意义

根据AASHTO(美国国有公路运输管理员协会)[1]和我国《公路沥青路面预养护技术规程》[2]对路面预养护的定义，当路面结构强度、刚度、稳定性状态尚好时，并在保证路面结构不增加承载力的情况下，有计划地对路面采取保养措施，使道路性能提高、寿命周期延长和减少道路全生命周期道路养护维修费用。预养护具有施工工期短、成本低，若持续使用预养护措施，在一段时间内可将路面状况维持在较高水平，获得良好的使用效果。 路面预防性养护性能效益示意图如图1所示[3]。

图1 路面预防性养护性能效益示意图

从欧美国家的数据统计来看，每投入1元的预养护费用，后期可以减少7～8元的维修费用，在道路全生命周期中进行3～4次的预防性养护活动，可使道路寿命延长10～15年[4]。

2 城镇沥青混凝土道路早期性能评价内容

预防性养护工作的出发点：一是提高道路使用性能、预防道路病害；二是改善行车舒适性、安全性。

在早期的道路破损中，裂缝、车辙问题占据总体的80%～90%，早期的裂缝、车辙病害成为道路结构进一步破坏的源头。资料表明，一般沥青混凝土道路在运营2～3年内就出现较严重的裂缝和车辙[5]，虽然各地区的病害问题是多原因、多条件的，但不可置否，裂缝与车辙作为重要道路最常见的病害将是预防性养护决策中的重要因素。行车荷载和外界环境因素将使路面结构强度逐渐衰减，但是在早期使用过程中，路面结构强度不会发生太大变化，且预防性养护不能够解决路面结构问题，因此路面结构强度不纳入早期性能评价的内容。另一方面，包括坑槽、松散、龟裂等多类型的破坏，多由裂缝引起扩散，而且多起于局部，所以本文不考虑剩余破损。

从驾驶舒适性和安全性出发，依据《城镇道路养护技术规范》(CJJ36-2016)[6]这方面的评价内容，影响该项指标的主要因素，是道路的平整度和抗滑性。故本研究将道路平整度和抗滑性纳入到早期道路性能评价中。

本文从预养护目的为切入点，参考沥青混凝土公路早期路面容易出现的问题和国内外的规范经验，将裂缝、车辙、道路平整度、行驶抗滑性作为城镇沥青混凝土道路早期性能的评价内容。

3 城镇沥青混凝土道路早期性能分类评级

为了使预养护方案更具针对性，同时便于管养部门的养护对策选择，本文对城镇沥青混凝土道路早期性能影响因素——裂缝、车辙、平整度、抗滑性进行分类评级。

3.1 裂缝分类评级

裂缝按照分布形式，可区分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。裂缝宽度与密集程度决定了对路面破坏的程度，对预养护来说，单条裂缝的问题在于宽度，多条裂缝集中的问题在于裂缝的密度。

3.1.1裂缝宽度的分级

裂缝宽度是指裂缝表面的宽度，根据《城镇道路养护技术规范》对裂缝的分类，将2mm以下的裂缝宽度定义为轻微裂缝，2mm～5mm的为中等裂缝，5mm以上的为严重裂缝[6]。对于道路预养护来说，应将5mm以下的裂缝作为研究对象，大于5mm裂缝应该按照日常养护程序处理。

根据沥青混凝土路面早期渗水情况试验，裂缝宽度在1mm以下时，渗水情况可忽略不计，渗水系数随裂缝宽增大而增大；裂缝宽为3mm时，渗水系数变化速率变化细微；裂缝宽大于3mm开始，渗水速率系数增大[7]。据此，把裂缝宽度等级分为3个等级：

(1)裂缝宽<1mm，为一级裂缝；

(2)裂缝宽1mm～3mm，为二级裂缝；

(3)裂缝宽3mm～5mm，为三级裂缝。

3.1.2裂缝率的分级

我国未有裂缝率划分等级标准，本文提出的裂缝率，是针对网状裂缝，引入国外的PSI概念，即路面现时服务能力指数，纳入了常见破损中的平整度、裂缝、车辙等因素[8]。

(1)

其中σ=0.6IRI；

σ：平整度标准差；

CR：裂缝率；

RD：车辙深度；

IRI：国际平整度指数。

路面综合评价指标为：PSI≥4、4>PSI≥3、3 >PSI≥2、2 >PSI≥1、1>PSI≥0，分别对应的是优、良、中、次、差。当PSI值为次和差时，已经失去了本文的预养护价值；当PSI=4.0时，对应的裂缝率CR值为0.285%，考虑到城镇沥青道路中的使用情况较为多变复杂，将CR系数值调整为0.5%；当PSI=2.5时，对应的CR值为3.145%。综合以上将裂缝率划分为2个等级：

(1)当CR值小于0.5%时，为一级裂缝率；

(2)当CR值在0.5%～3.145%之间时，为二级裂缝率。

3.2 车辙分类评级

根据国内大量数据结果表明，我国城镇道路车辙深度多在5mm～30mm之间；当车辙深度大于10mm，已经开始产生积水现象。因此，将车辙等级划分为：

(1)车辙深度RD<10mm为一级车辙；

(2)10mm≤车辙深度≤20mm为二级车辙；

(3)20mm<车辙深度≤30mm为三级车辙。

3.3 平整度分类分级

(1)当0≤IRI≤3.4时为一级平整度等级；

(2)当3.4

(3)当5.4

3.4 抗滑性能分类分级

道路的抗滑性能是安全行驶的保证因素。根据《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)，当年降雨量大于1000mm，横向力系数SFC不应小于54；当降雨量为200mm～500mm时，SFC不应小于45；依据此将道路抗滑性能划分为2个等级：SFC>54为一级抗滑;45≤SFC≤54为二级抗滑。

4 常见的预防性养护措施及针对病害适用性分析

目前，道路常用预防性养护——填(灌)缝、稀浆封层、雾封层、碎石封层、热沥青混合料薄层罩面、微表处、超薄磨耗层等。

4.1 填(灌)缝

填缝、灌缝，是采用封缝材料填充裂缝，以防止水及碎屑进入路面结构内部导致水损坏，并保护基层。填(灌)缝最佳应用时机，是在路面很少或几乎无结构性裂缝前，裂缝、裂缝密度较小时。面对大规模裂缝，则不再是经济有效的养护方式。

4.2 稀浆封层

稀浆封层，是在路面轻度裂缝、摩擦性能差、轻度车辙的情况下，将乳化沥青混合水、集料和特别添加剂，均匀摊铺在路面上的预防性养护措施。该养护措施，不适用于裂缝、车辙、磨损严重的路面以及炎热地区。

4.3 雾封层

雾封层是将稀释的乳化沥青直接喷洒在路面上的养护措施。其目的是达到密封沥青表面，提高不透水性能，防止松散脱落。该方法适合轻度沥青老化路面、轻度裂缝、松散的情况条件，对于泛油、温缩裂缝较严重的路面则意义不大。

4.4 碎石封层

碎石封层，是采用同步碎石封层车将单一粒径石子与沥青胶结料同时撒布，并通过即刻碾压，使胶结料与石子充分接触，达到最大的效果来形成保护原路面的磨耗层。该方法适用于原磨耗层磨耗较严重的路面。

4.5 热沥青混合料薄层罩面

热沥青混合料薄层罩面，是将厚度约20mm～40mm的密集配、开级配或间断级配的厂拌热沥青混合料直接摊铺在路面上。该方法可以修正路面大部分缺陷，对中度裂缝、车辙、道路不平整、磨耗及松散有较大的改善，但对于路面结构性损坏、严重的温缩型裂缝、疲劳裂缝则收效甚微。

4.6 微表处

微表处是在原路面结构上将改性沥青聚合物、矿粉、粗细集料、水喝外加剂拌匀，摊铺到路面上的一种预防性养护方式，可以防止松散，还能够用于车辙填补。该措施可以较快开放交通，级配设计良好，可以拥有卓越的密水性能。

4.7 超薄磨耗层

超薄磨耗层，是在路面撒布高聚合物改性沥青，再摊铺热沥青混合料磨耗层，厚度为10mm～20mm。路面上纵向裂缝，轻度列块、轻度松散、抗滑性不足都可采用此措施，并且可快速开放交通。

总结以上各预防性养护措施，可得出养护技术与路面病害情况的适配情况，如表1所示。

表1 路面预防性养护措施与病害的适配性

注：O代表适用，X代表不适用

5 预防性养护措施对策

表1中对病害和预防性养护措施的适配性做了总结，但面对不同等级的病害时，在预养护中还应考虑养护的经济性，故以下将针对不同等级的病害进一步选择预防性养护措施的对策，使养护措施满足技术要求，同时满足经济性要求。

5.1 针对裂缝问题采取的预养护对策

对于单条裂缝，3个等级分类，一级裂缝，裂缝宽度<1mm，基本无渗水现象，可不采取措施；二级裂缝，宽度在1mm～3mm间，开始有渗水出现，问了防止水损坏，应采取封缝、稀浆封层、雾封层措施；三级裂缝，裂缝宽度在3mm～5mm之间，渗水开始严重化，应采取封缝、灌缝、灌注沥青或封缝胶，加防裂贴等。

针对网状裂缝，一级裂缝率，CR<0.5%，表明路况处于良好的状态，可不采取措施。当CR值达到0.5%～3.145%时为二级裂缝率，此时渗水严重化，路面应采取稀浆封层、雾封层、热沥青混合料薄层罩面、微表处、超薄磨耗层等措施。

5.2 针对车辙问题采取的预养护对策

一级车辙深度RD<10mm时，对路面机动车行驶和路面性能不会造成影响，所以可不采取措施。

二级车辙10mm≤车辙深度RD≤20mm，开始导致路面积水，长期积水易产生水损坏，此时应将防水纳入考虑，所以可采取稀浆封层、雾封层、碎石封层、微表处四类预养护措施。

三级车辙20mm<车辙深度RD≤30mm，开始影响行车舒适安全性，应将防水、抗滑性纳入考虑，此时可采取碎石封层、微表处两类预养护措施。

5.3 针对平整度问题采取的预养护对策

道路一级平整度0≤IRI≤3.4时，客观上行驶舒适性良好，无需采取养护措施。

道路二级平整度3.4

道路三级平整度5.4

5.4 针对抗滑性问题采取的预养护对策

一级抗滑性，SFC>54时，抗滑性能满足车辆安全行驶的要求，所以可不采取养护措施。

二级抗滑性，45≤SFC≤54时，抗滑状态下行车容易因路面抗滑性能不佳而导致车辆事故的产生，若遇雨雪天气加之抗滑性能差，易使事故发生概率倍增，可采取稀浆封层、碎石封层、热沥青混合料薄层罩面、微表处、超薄磨耗层等养护措施。

为了更简便直观地对各种病害采取相对应的决策，本文将上述预防性养护以决策树模型的形式展示，如图2所示。

图2 预防性养护措施决策树

6 结语

(1)结合高速公路沥青路面早期病害特点和《城镇道路养护技术规范》中对沥青道路病害的分类与描述，将裂缝、车辙、平整度、抗滑性作为本文主要分析的病害类型，研究对象具体。

(2)对4个病害类型进行定性定量的分类评级，细化后的病害等级使后续的预防性养护措施的选择更加明确和有针对性。

(3)简要概括了常见的预防性养护措施，在技术性和经济性上充分考虑适配不同级别病害的预防性养护措施，并基此建立决策树模型，为养护部门的决策提供了理论依据，使沥青道路的预防性养护更具操作性。