国省干线公路病害原因分析与施工控制措施研究

罗波，朱乘，葛松

（1.贵州省遵义公路管理局，贵州遵义 563000；2.遵义公路建设养护有限公司，贵州遵义 563000）

0 引言

近年来，随着我国交通量的逐年增加，国省干线公路的大修改造里程呈明显上升趋势，各种新工艺、新技术与新材料陆续投入使用，如何科学规划国省干线公路的典型结构成为亟须重视的问题。据调查，当前国省干线公路主要存在病害包括：基层与面层的层间黏结不到位；路面结构层并非完整的结构体，从而对路面结构使用寿命造成极大威胁。因此，研究关于基层层间以及面层层间的施工技术，期望通过设计典型结构、更新施工技术，指明今后国省干线公路大修改造的发展方向，优化国省干线公路沥青路面结构，提高公路性能、保证使用寿命，同时也能合理把控道路养护成本，提升资源使用效率，获得理想回报。

1 国省干线公路路面病害原因分析

通过对国省干线公路病害现象的调查，路面主要表现为横向裂缝、坑槽、车辙，结构层主要表现为基层水平开裂、基层与面层层间分离、基层松散[1]。

1.1 路面材料因素

本文以几条国省干线公路为例，选取公路A、公路B 以及公路C 等典型路段，在现场钻取芯样开展调查研究并完成室内试验。首先，在现场获取芯样，切割之后用于室内试验，试验采用离心抽提法，将完成实验之后的集料、沥青等统一回收并用作试验，试验结果详见表1。参照最终试验结果，对沥青路面的材料性能变化情况进行对比分析。在整个试验项目中，主要分析判断沥青以及集料的相关指标。

表1 国省干线公路面层沥青指标试验结果

1.1.1 沥青

从公路的使用年限来看，公路A 为4.6 年、公路B为4.2年、公路C为4.5年。分别对三条干线公路上下面层的沥青指标进行分析对比，发现其延度、针入度等指标有明显下降趋势，预示低温抗裂度欠佳，尤其道路延度大幅下降，甚至延度基本丧失，极易使路面产生裂缝或坑洞。软化点指标则有上涨趋势，表明受到光照、温度、降水、荷载以及其他外界环境条件影响，沥青混合料存在老化现象，整体耐久度下降，性能弱化，增加了发生路面病害的潜在威胁。基于此，设计国省干线公路大修工程的配合比时，最适合的沥青混合料应为改性沥青，这样能够增强路面抗车辙能力，也能延缓老化，保证使用寿命[2]。

三条国省干线公路投入使用的年限相当，其中公路B的各项指标明显比其他两条公路更为理想，这除了受到使用年限的影响以外，还与沥青混合料的配比设计有关。另外，采用三条干线公路钻取的芯样再次测定空隙率指标，试验结果详见表2。试验发现空隙率最小的为公路B，其中上面层空隙率仅有3.4%，外界光、水不易浸透，能够保护公路不受侵蚀，延缓老化速度。因此，在设计公路路面的配合比时，对于面层空隙率的控制非常重要，着重考虑选用改性沥青材料，强化路面抗老化性能。

1.1.2 集料级配

参照国外研究成果，级配组成水平对抗车辙能力的影响程度约为80%；同时我国的研究经验表明，适当增强粗集料比例，对于沥青混合料抗车辙性能的提升有很大影响[3]。通过对三条干线公路上下面层的现场取芯样品进行室内试验和筛分分析，试验结果详见表3。试验发现公路B上下面层的混合料级配组成对比其他两条干线公路相对偏细，而现场也可看出公路B的车辙病害明显更为严重。总体来看，国省干线公路使用的沥青量并无明显差异，多以普通基质沥青为主，混合料的级配组成比成为造成车辙现象的主要原因之一。

通过分析路面材料情况发现，国省干线公路的沥青路面受到一段时间的外界环境影响，都会形成不同程度的破坏或老化，其延度、针入度等指标开始有明显下降，且软化点数量有所上升，随着沥青混合料的耐久性以及其他性能降低，就会诱发路面裂缝。另外研究中发现，集料的力学性能基本不会影响混合料的性能，但是如果公路的沥青混合料级配设计不当，就会增加出现车辙问题的可能性。相关部门针对国省干线公路实行大修改造，应优先考虑采取改性沥青原料，合理设计配合比，增强抗车辙能力[4]。

1.2 路面施工技术因素

对公路B 以及公路C 进行现场取样，试验结果表明，多数沥青路面的面层层间黏合度良好，尚未发生脱离现象。这是因为公路的沥青层主要采取上面层3cm与下面层5cm 的组合式厚度，薄厚得当，材料性质较好，便于控制施工质量，只要确保连续性施工，且按照相关标准保障压实度达标，就能使上下面层形成一个整体，减少由于层间不均而存在薄弱层现象。在少数基层和面层之间由于黏结不到位，存在脱离现象。由于不同基层和面层使用不同的材料，且这些材料性质有一定区别，一旦封层施工不当，就会影响施工质量，公路投入使用之后留下质量隐患[5]。

通过对比新修路段与即将大修的旧路段，在取样部位发现旧路基层和面层的层间存在明显脱离情况，在一些黏结良好的路段，所取芯样则相对完整。进一步分析出现这种情况的原因，主要与施工控制不当有关，影响了基层与面层之间的黏结度，包括渗透深度不达标、透油层存在松散现象等。在选择封层的种类时，如果选择的集料粒径不当或者对油量控制不到位，也会影响整体施工质量。

1.3 路面结构因素

对于单薄的沥青面层，在半刚性基层存在高剪应力区，加之这一基层的抗剪强度较低，这些原因都有可能在干线公路基层导致水平开裂问题，或造成严重的车辙破坏[6]。在轮迹带位置的水泥稳定碎石基层底部出现裂缝现象，这是受到荷载作用的影响，造成基层底部的拉应力较小，进而导致疲劳破坏现象。在反复的荷载作用下，逐渐在整个基层都产生裂缝，半刚性材料开始丧失整体性能，黏结力变差，由此迅速降低强度，造成基层松散，最终形成车辙或裂缝。想要保证半刚性基层的寿命，降低发生早期病害的概率，可以考虑适当增加重载交通沥青路面的面层厚度。

2 国省干线公路施工控制措施

2.1 基层层间施工控制

在国省干线公路中，为了加强基层与面层间的黏结度，延长路面结构使用寿命，减少由于基层层间黏结不到位而发生破坏的现象，根据当前国省干线公路的施工技术及规划方案，提出基层层间施工质量改进方案如下：

（1）水泥稳定碎石基层分层摊铺施工技术

国省干线公路主要采取水泥稳定碎石的基层形式，厚度约为30～36cm；如果使用传统的机械设备，无法做到一次性摊铺压实，需要分两次将基层摊铺到位，且每层控制在20cm 以内的摊铺厚度。完成下基层的施工作业之后，需要经历7d 保养期，再进入上基层施工作业[7]。在道路保养期间，需将所有交通路段封闭；上基层施工作业之前要清扫干净下基层并洒水保湿，如果下基层界面不够干净，就会影响二者的黏结性。因此，针对水泥稳定碎石基层进行分层施工，清扫干净下基层并且完成水泥净浆撒布之后再摊铺上基层，根据水泥质量计算，以不超过1.0～1.5kg/m2为宜，确保上下基层整体性能良好。

（2）水泥稳定碎石基层整体式施工技术

为了改善干线公路水泥稳定碎石基层的层间黏结不到位问题，应考虑采取整体式施工方案，对于30～36cm 的水泥稳定碎石基层设计整体作业方式，即一次性摊铺碾压成型，这样就能规避由于分层施工导致层间黏结不良的情况。要达到整体施工效果，就要对施工设备提出一定要求，一般需使用大吨位大激振力的压路机、抗离析大功率摊铺机等设备，由于摊铺的厚度较大，适宜设计骨架密实型的混合料级配，粗骨料比例至少在65%[8]。

在进行碾压施工时，根据试验路段的结果反馈，考虑先用13t的双钢轮压路机静压2遍，再用26t的单钢轮压路机振动碾压5 遍，最后用胶轮压路机碾压1～2遍。经过对现场压实度情况的检测，判断压实施工的效果，完成7d 养生期之后再次现场取样，如果能取到上下基层完整一体的芯样，则表明施工质量达标。

2.2 基层和面层层间施工控制

根据基层与面层的层间黏结试验可知，透层油的种类、喷洒时间、喷洒量以及下封层的种类、温度、油量等都对层间黏结强度产生影响。在基层和面层之间，以透层油达到过渡作用；恰当的透层油使用量能确保基层与面层之间黏结良好；如果超过标准用量，就会出现富油层，反而会导致层间薄弱问题；另外，喷洒透层油的时间决定了液体沥青向基层渗透的深度，也会影响层间黏结的强度[9]。在公路施工时，透层油种类多为乳化沥青。根据室内试验反馈结果，层间的黏结性能很大程度与下封层的种类、用油量及油温有关，想要确保基层与面层层间的施工达标，提高国省干线公路沥青路面大修项目的耐久度，关键性的施工质量控制技术如下：

（1）透层油

水泥稳定碎石基层达到12h 成型效果之后，再均匀喷洒透层油，这样才能使透层油完全渗透。一般透层油的用量约为0.3～0.5kg/m2。完成喷洒之后需要将道路交通封闭，进入养生期，只有乳化沥青破乳并达到一定强度标准后，才能继续完成下封层施工任务。

（2）下封层

在同步碎石封层施工中，应控制为1.2～1.4kg/m2的用油量；稀浆封层则控制为1.0～1.2kg/m2的用油量。选择5～10mm 粒径的碎石集料，含量应控制在0.075mm范围内，才能保证同步碎石封层的效果。

根据室内试验反馈，从力学性能角度来看，同步碎石封层明显比稀浆封层效果好，只是用油量较大，在工程项目中，需结合实际情况综合考虑，最终确定适合的下封层。完成下封层的施工任务之后应封闭交通，进入养生期，达到一定强度才可恢复正常交通，日常过往的车辆反复碾压下封层即可达到压实效果。

3 结语

总之，造成国省干线公路的路面开裂最主要原因就是沥青老化。同时也会受到沥青混合料级配设计、路面空隙率等因素影响，如不加强控制可能产生车辙病害。为了改善这些状况，需进一步优化调控混合料级配、适当提高路面空隙率，并选用改性沥青原料，增强路面抗车辙性能。如果层间施工质量管理不当，可能发生层间黏结不到位、基层与面层之间相互分离等现象。另外，透层油的种类、用量以及洒布时间等都是需要关注的要素，国省干线公路主要采用乳化沥青，今后应考虑换成渗透性能更佳的煤油稀释沥青，注意把控透层油用量以及洒布时间。封层的类型、沥青以及碎石用量的控制等也要加以重视。