国省干线公路病害分析与养护措施

梁 广，张 泳，樊建兴

(西安公路研究院，陕西 西安 710064)

0 引 言

随着十四五规划的提出，加快建设交通强国，完善综合运输大通道，加快城市群和都市圈轨道交通网络化，提高农村和边境地区交通通达深度等要求逐步落实，我国交通事业的发展将迈向新的格局[1]。支撑城市群经济和交通的基础设施当属区域内的高速公路及国省干线公路，发达城市群的国省干线公路由于使用年限长、重车通行量多、管养难度大等因素，目前出现了较为严重的路基路面病害。本文通过对某市国道的实际状况进行调查分析，研究其病害发展规律与处治措施。

1 项目概况

G104国道无锡市段，地处江苏南部长江三角洲平原，具有优越的区位条件和丰富的自然资源，随着长三角城市群的经济发展，国道干线公路的维养任务十分繁重。G104国道无锡段于2008年建成投入使用，具有服务年限较长，公路等级较高的特点，在运营管养期间进行了多次的大中修维养。本文研究路段长度9 km，该路段设计采用一级公路标准，设计速度为80 km·h-1，路段内的路面结构主要为沥青玛蹄脂碎石上面层和中粒式沥青混凝土下面层，基层为两层水泥稳定碎石基层。根据相应的交通量观测数据，对项目路段5年内的交通量变化进行归纳统计，如图1所示。

图1 G104国道交通量变化

由图1可以看出，项目路段2019年交通总量和日交通量都逐年增加。由图2可知，路段交通量中占比最多的是客车，其中小客车为54.31%，大客车为8%；货车交通量中大货汽车占比最多，达到15.29%，货车交通量占比较大。综合来看，路段内的交通量逐年增长，重车比例较大，且重车交通量逐年增长，增速降低。

图2 交通量组成及占比

通过现场调查发现，路段内出现了较多的病害，出现的主要病害类型为纵横向裂缝、车辙、龟裂、修补等，如图3、4所示。

图3

图4 路面损坏状况指数PCI

路面横向裂缝产生的最主要原因就是半刚性基层开裂而形成的反射裂缝，半刚性基层由于具有一定的干燥收缩和温度收缩特性[2]，当基层产生开裂后，在行车荷载和温度循环的作用下，沥青层底很容易产生应力集中而形成层底拉应力，当拉应力超过沥青层极限抗拉强度时，便产生了横向开裂，且一直会向上发展；横向裂缝的产生另一个主要原因是沥青混合料本身产生温度疲劳裂缝，温度变化剧烈时，沥青混合料会产生较大的劲度和收缩变形，当收缩应力超过沥青混合料抗拉强度时，沥青面层就会产生开裂。

龟裂病害基本为重载车辆较多且基层强度不足引起的结构性病害，即基层软弱而承载力不足导致路面产生龟裂，且往往伴随路面局部沉陷现象，加上排水不畅，路基很容易遭到破坏。

对于交叉口车辙病害，本质原因为沥青材料具有非牛顿流体的特征，其混合料在荷载作用下产生蠕变，这一过程存在应力松弛现象，当持续受到车辆重载的反复作用时，混合料由弹性形变转变为塑性形变，这一过程具有累积性和不可恢复性，因此车辙病害越来越严重[3]。另一方面，当沥青用量过多，混合料中细集料含量过多，会在成型的沥青混合料中产生类似钢珠的效果，降低了骨料间的嵌挤效果，在荷载作用下骨料结构逐渐滑移，产生车辙病害。多数情况下，由于右侧车道的渠化交通和车辆转停频次较多，右侧车道产生的车辙较多，较为严重。

路段范围内各类型病害统计表如表1所示，由表1可以看出，该路段内裂缝病害占比最重，其次为修补型病害。

表1 G104调查路段病害类型统计表

2 路面使用性能评价

根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)，沥青路面技术状况评定包含路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面跳车、路面磨耗、路面抗滑性能和路面结构强度七项内容[4]。

通过现场调查对路面破损类型、破损位置及破损严重情况进行调查分析，并计算得到路面损坏状况指数PCI，作为评价路面损坏状况的依据，具体评定标准如表2所示。

表2 路面损坏状况指数评定标准

通过图3的计算结果可知，路段内的路面损坏状况指数均值为89.6，结合表2评定标准，路面损坏状况总体为良。

通过多功能检测车对路面行驶质量指数RQI计算分析，结果如图5所示，可以看出，该段路面行驶质量指数RQI指标较差，评价存在较多中和良的段落。这说明该段国道路面平整度较差，行车舒适度不良，不利于车辆通行的安全性。

图5 路面行驶质量指数RQI指标

路面使用性能评价既可以采用路面使用性能PQI这一综合路面性能指数，也可以采用七项内容中的单一指标分别评价[5]。本文结合养护检测数据，对三年的路面技术状况指数PQI评定进行汇总，如图6所示。

图6 三年内路面技术状况指数PQI变化趋势

可以看出，该段国道三年的路面使用性能评定整体为优良，使用性能指标逐年降低。2017年指标总体为优，2019年指标降低为良，降低幅度明显。表明路面已经出现了较多的病害，影响了道路服务水平。

3 病害处治与养护措施

沥青路面的病害处治和养护，不同的养护方案以及施工工艺，能一定程度上影响养护措施的效用，也决定了延长沥青路面使用寿命、运营时间和质量的高低。对于裂缝病害的处治应根据裂缝类型特点、严重程度及原因确定，并采取适宜的处治措施，及时进行裂缝封闭。对于轻微裂缝，一般采用灌缝处治措施，采用的灌缝材料主要有热沥青、灌缝胶等材料。对重度裂缝，多采用对裂缝病害处进行开槽，采用沥青混凝土和乳化沥青进行重铺填槽。

对于严重车辙病害，常见处治措施为铲平重铺，但并不能解决渠化交通及沥青混凝土受重载推移的根本问题，目前车辙专项处治中采用抗车辙剂和半刚性复合路面较为有效。抗车辙剂处治为在沥青混合料拌和时外掺高性能聚合物抗车辙材料，提高沥青混凝土的稳定性和强度指标。半刚性复合路面类处治为在沥青混合料骨料中灌入水泥胶浆和改性材料，较大程度的提升了混凝土的动稳定度指标，一方面增加了集料间的固结力和稳定性，另一方面提高了结构层抵抗荷载作用的能力，对车辙病害处治具有较好效果。

针对整体的养护方案措施而言，应根据路面调查和分析情况，合理确定预防性养护、大中修或重建方案。预防性养护措施主要有雾封层、同步碎石封层、微表处等措施[6]，常见预防性养护措施使用寿命通常为3～5年。中修措施主要包括加铺热沥青层、铣刨加铺和热再生路面，使用寿命基本能达到4～6年。大修措施则为重铺面层和基层，使用寿命较长，一般设计寿命为8～12年。

通过上文的路面使用性能的各项指标，并结合强度检测和钻芯取样的评价分析，可以拟定G104调查路段的养护方案如表3所示。

表3 养护方案拟定

4 结 语

(1)通过对国道G104路段的交通分析、病害调查，发现该段道路的存在的主要病害类型为裂缝病害、车辙和修补病害。

(2)通过计算PCI、RDI、PQI等主要公路技术状况指标，评定该路段的服务质量等级，根据等级给出了相应的养护措施方案。