国道干线公路水泥路面病害调查及影响因素分析

李 巍

（广东粤路勘察设计有限公司，广东 广州 510635）

引言

普通干线公路是指除高速公路外，在一定范围内地区的公路网中占据主干地位和起到主导作用、具有较强的经济、政治、文化或国防等重要服务职能的国道和省道，是连接城市与城市之间的重要通道[1]。近年来，广东省交通运输事业伴随着经济的腾飞而蓬勃发展，普通干线公路交通量日益增长，大型重载车辆不断增加。在码头、水泥厂、电厂、采矿区等大型工矿企业周边，普通干线公路以货运为主[2]，道路一幅车辆超载运输，车辆荷载特征表现为大轴重、高轮压和多轴化超载最高达到200%～300%，甚至更高。而公路另一幅车辆空载，造成普通干线公路左右幅路况水平差异较大，受到重载交通频繁碾压的路面普遍存在早期损坏现象，严重影响道路的行车舒适性和安全性，大大缩短了路面的使用寿命。因此，减少路面早期病害是管养单位的重中之重。然而，由于受到公路病害快速综合诊断技术、养护技术、养护经费等关键技术因素的制约，造成普通干线公路的养护状况不尽人意[3]。

1 路面病害调查

梅州市位于广东省东北部，该地水泥实际生产能力和实绩均占全省的15% 左右，堪称“水泥大市”。水泥行业在梅州市工业经济中起着举足轻重的作用，近年梅州境内主要普通干线公路，如国道G235 线、国道G205 线、国道G238 线等，通行的车辆基本为运输水泥、砂石料、矿石的大型重载车辆。加上近年城市建设的扩张，梅州市境内公路上重载交通越来越多，干线公路路面面层出现病害的现象越来越普遍。国道G205 线蕉岭某段2014—2018 年主要交通量构成情况，见表1。

表1 国道G205 线蕉岭某段历年平均日交通量观测值/辆

由表1 可知，从2014—2018 年，该路段交通量与日俱增，其平均日交通量由2013 年的8 202 辆（折算成小货车）增长至16 967 辆，增长率为106.88%。其中特大货车的平均日交通量由410 辆增长至1 194辆，增长率为191.22 %；大货车的平均日交通量由757辆增长至1 281 辆，增长率为69.22 %。根据交通部颁布的《公路工程技术标准》（JTG B01—2014），二级公路的年平均日设计交通量宜为5 000 ～15 000 辆小客车[4]；一级公路的年平均日设计交通量宜在15 000辆小客车以上[4]。本路段为二级公路，但在2018 年年平均日设计交通量已经达到16 967，并有进一步增长趋势，已经达到一级公路的年平均日设计交通量。

2019 年，对国道G205 线蕉岭段病害进行调查分析。调查路段起点为广东蕉岭县与福建武平县交界处，终点位置为接天汕高速文福出口。路段为二级公路，路基宽度15.0 m，双向四车道水泥混凝土路面，道路横断面及路面结构见图1。

图1 G205 线蕉岭某段道路横断面/cm

依据交通部颁布的《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007），采用人工评测方法进行路面损坏状况指数（PCI）和路面破损率（DR）评价，见图2。结合路面破损情况、路面维修年限和使用现状的不同，以每500 m 的路段长度作为路面状况调查及评价单位[5]，并按左、右幅分车道进行路面破损状况调查、数据统计分析及评价，左幅指文福出口往武平县方向，右幅是指武平县往文福出口方向。

图2 调查路段PCI 值分布

根据路面损坏状况指数(PCI)对各车道的评价结果，右幅第一车道路况最差，右幅第二车道次之，左幅第二车道路况最好。从现场调查情况来看，水泥路面面板的破碎、开裂、接缝料损坏和露骨情况较为严重。

对调研路段水泥混凝土路面断板率（DBL）指标进行了计算和评定，各车道各评定路段的DBL 值统计结果，见图3。

图3 水泥路面各车道各评定路段的DBL 值分布

从全线来看，左幅的断板率（DBL）为10.4%，右幅的断板率（DBL）为30.4%，说明左幅路况破坏状况比右幅好，这与路面损坏状况指数PCI 评定结果基本一致，其中断板率（DBL）最大路段为K2539+000—K2541+000 右幅第一次车道。通过现场调查，本路段全线有多个石场和塔牌水泥厂，且重载和超重载车辆主要往天汕高速文福出口方向，也是导致路面损坏的主要原因。

现场调查表明，水泥混凝土路面主要以露骨和破碎板为主，其次则为裂缝和接缝料损坏等。表2 为调查路段主要路面病害类型及比例，典型病害见图4。

表2 水泥混凝土路面主要病害类型及比例/%

图4 现场调查典型病害

由图4 可以看出，右幅路面主要病害均为破碎板、块裂裂缝、修补损坏等严重的病害，左幅则为露骨、纵向裂缝等较轻微的病害。造成全线大面积露骨的原因是施工时使用不符合规范要求的砂石料、水泥混凝土配合比不准确、养护不当等，此类病害不存在结构上的问题，仅影响美观及行车平整度[6]。而右幅大面积的路面板破碎则是本路段右幅全线有多个石场和塔牌水泥厂，特别是石场路口和城镇中心路段，出入多为重载和超重载车辆；同时雨水渗入板底是水泥混凝土路面病害发生的主要诱因，而接缝料损坏则为雨水渗入板底提供了直接通道，随着接缝料大量损坏和雨水的渗入，已经开始发生板体裂缝甚至破碎板的出现。而其他车道由于大量裂缝和破碎板的发生，尽管接缝料损坏所占比重较小，但道路状况已经发生了严重破坏。

2 路面病害影响因素分析

2.1 极重、重载交通对路面结构的影响

通常路面面层病害是多个因素综合作用的结果[7]，而本调查路段左右幅路面在同一时间建成、同一时间完成路面改造的情况下，路况水平差异显著，右幅路面普遍存在早期损坏现象，通过现场调查发现，路段全线有多个石场和塔牌水泥厂，且重载和超重载车辆主要往右幅天汕高速文福出口方向，这也是导致右幅路面损坏情况比左幅严重的主要原因。

在调查路段的交通量观测点使用便携式汽车轴重仪在该路段范围内采用随机抽取各类车型的轴载的方式进行调查统计。对统计结果进行分析可知，本路段超载现象严重。在进行当量轴次换算时，当车辆超载超过容许载重的一半时，标准轴的数量增大约3 倍，当车辆超载超过容许载重的一倍时，标准轴的数量增大6 ～7 倍，当车辆超载超过容许载重的2倍时，标准轴的数量增大23～25倍。由此可知，车辆的超载很大程度影响了折算后标准轴数量。在此次统计的车辆中，所有的货运车辆都存在超载现象，只是超载的程度不同。车辆超载现象的普遍性加重了路面损坏，大大减少了路面的预期使用寿命。各类车型最大超载倍数见表3。

表3 各车型最大超载倍数调查

重载交通下高轴载、高轮胎压力、多轮轴载综合作用以及车辆的专用化带来了断板、唧泥以及脱空等问题。由于水泥路面基础不扎实、排水不畅，在过大压力下导致路基沉陷，积水、冲刷脱空、断板等多个问题相互联系在一起，进一步加剧了路面的破坏。

2.2 路面设计的不足

（1）现行规范[4]中取用的荷载应力计算荷载图式范围相对狭小，适用于单轴载荷13 t，轮压在0.5 ～0.7 MPa 之间的情况。而超重载现象使得载重车辆的荷载参数、交通构成与规范设定的都有着较大的不同。（2）轴载换算问题。目前使用的《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40—2011），仍采用单轴一双轮组标准轴载当作设计轴载，针对超重载交通条件下的水泥混凝土路面，将货车中比重最大的特重车型对应的轴载用作设计轴载[8-9]。换算之后，往往和实际情况有一定的脱节。（3）路面结构设计单一。没有考虑路面早期龄期施工对路面长期性能的影响，路面基层抗冲刷能力不足，目前广东省内道路设计不够精细，不能区分不同路基支撑条件和不同交通轴载情况下路面结构的不同，十几年使用一套标准设计图[9]。

2.3 养护施工过程中的不规范

（1）改建时原旧路面病害未得到处理。一些路段旧路面的错台和板角断裂等病害严重，尤其是错台现象。但在实际施工过程中，对旧路面病害的处治往往不够彻底就直接进行加铺，而新加铺的路面由于旧路面错台、板角断裂、坑洞等病害的存在，使得摊铺厚度不均匀，当加铺厚度本身就很薄的情况下，这种不均匀的现象更加明显。而摊铺厚度的不均匀往往导致结构受力不均匀，再加上路基和基层的承载能力本身偏低，当路面受到密集而频繁的重载交通作用时，路面病害必然频繁的产生。（2）水泥混凝土路面养护时间不够。根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）、《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ 073.1—2001），新建水泥混凝土路面开放交通时，其路面强度必须超过设计强度的90 %。而项目组实地调查发现，在施工过程中，部分项目并未严格遵守规范规定的养护时间提前开放交通，最终导致水泥混凝土路面的实际强度远低于设计强度。

2.4 其他原因

如广东省地处亚热带气候、气温高、降雨量大等情况也会造成道路施工和基层冲刷不利，从而影响路基稳定性，产生路面病害。

3 路面病害防治建议

国内外大量研究已经证明，对公路病害遵循早发现、早诊断、早预防的养护策略，是公路养护最科学、有效的养护方法[3]。

3.1 结构设计

通过调研结果发现重载交通方向道路破坏程度远高于另一方向道路，对此提出左右两侧单独进行路面结合设计的方案。受重载破坏严重的路面采用极重或特重交通等级进行水泥混凝土路面结构设计，受损较轻的道路按重交通等级进行路面结构设计，针对两侧设计的路面结构的高度差采用碎石进行补足或对原有土质较好地区采用填高路基的方式进行补足。

重载是使水泥混凝土路面产生早期损坏的主要因素，它非常容易导致水泥混凝土路面板发生极限破坏，所以现在国外很多重载公路工程项目均选择使用半刚性材料作为基层材料。在对左幅进行路面结构设计时采用极重或特重交通等级，参照要求，基层选用碾压混凝土或贫混凝土，本设计选用碾压混凝土作为路面基层材料使用。因为它是由硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，故具有强度高、刚度和整体性好，抗疲劳性能良好等特点。

依据路面结构设计，干燥状态下左幅路面结构厚度为78 cm，中湿状态下多铺设一层15 cm 的级配碎石垫层，故为93 cm；干燥状态下右幅路面结构厚度为68 cm，中湿状态下多铺设一层15 cm 的级配碎石垫层，故为83 cm。左幅与右幅设计方法与施工方法保持一致，因此，左幅和右幅路面结构的高度差为10 cm，可以采用两种方式来进行补偿。（1）采用10 cm 的级配碎石进行填充，如该地区右侧交通也偏重或该地区路基状况较差，选用级配碎石来填充一方面对路基进行刚度补偿，另一方面起到路面结构刚度过渡的作用。（2）采用无级配的碎石或填高路基10 cm，此法应用于该地区路基状况较好且填土较充足，或是该地区右侧道路的重载车辆较少的情况。通过上述两种方式来补偿右侧路面与左侧路面的高度差，使两侧道路在整体上能够有机统一起来。

左右两幅除路面结构厚度引起的高度差之外，左右两幅的施工也是重点，但在实际施工过程中，左右两幅本就是单独施工，这就为单独设计提供了可能，即设计与施工可以保持一致，并不会影响路面的质量，而且会达到两幅路面结构应有的效果。

3.2 施工方面

在施工过程及养护方面要采用合理的施工步骤，按照规范进行养护，及时切缝、确保切缝深度等[7]。在对旧路进行加铺、改建时，错台、板角断裂、坑洞等旧路病害处治必须彻底，避免病害影响加铺、改建后的路面摊铺厚度的均匀性。

3.3 预防性养护

广东省地处亚热带气候、气温高、降雨量大，当水泥混凝土路面出现接缝损坏、裂缝、排水系统失效等病害时，雨水会沿着路面的裂缝向基层甚至路基渗透，从而使基层、路基软化，造成唧泥、错台和啃边，因此，应及时更换路面填缝材料，及早进行路面预防性养护。日常养护中也应重视排水系统的维护，及时清淤、修复损坏的排水设施[7]。

3.4 日常管理

大货车的严重超载是引起水泥混凝土面板损坏的主要原因，要求相关部门对现有货运管理模式进行改进，同时完善超载超限治理措施，才能减少超载现象的产生。对公路运输过程中超限超载现象的治理不仅关系到公路安全，而且也对人民群众的生命健康和财产安全产生很大的影响，相关管理部门应密切合作，进一步加强联合执法，并对治超站点布局进行优化。同时，提高公路运输从业人员的上岗前培训和上岗中再教育，建立健全公路运输行业的市场准入和退出机制，加大公路货运中超限超载运输事件的违法成本，确保我国公路运输行业能健康稳定可持续发展[10]。

4 结语

通过对梅州地区典型重载交通区域普通干线公路路面面层的病害调查分析，发现重载交通、汽车超限超载是导致路面过早破坏的诱导因素，暴露了以往路面设计、施工及预防性养护中的薄弱环节，而且广东省在气候方面也存在天然的不足。因此，开展广东地区重载交通荷载统计、进一步精细路面结构设计来适应新的交通发展需求已越发重要。