承朝高速公路路面病害分析与修复

赵雅

（河北高速公路集团有限公司承德分公司，河北 承德 067400）

0 引言

随着社会的快速发展，我国的交通网络遍布全国，但一系列的路面病害问题也随之而来，严重影响着公路的运营与安全，因此路面病害的修复工作十分必要。刘建勇、林碧芹、贾彬等人[1-3]系统性的总结并分析路面的常见病害问题，并针对这些常见的路面问题提出修复方法。孙晓飞[4]对公路唧浆病害产生的原因进行分析，并验证了高聚物治理唧浆病害的优越性；闫平[5]探讨了沥青路面裂缝的类型及成因，并对不同裂缝提出了相应的解决办法。本文以承朝高速公路为依托，分析其存在的路面病害问题，并提出了可行性修复方案。

1 工程概况

承朝高速公路自建成通车运行至2021年已有11年，路面出现了严重的网状裂缝，横、纵裂缝等病害，路面沥青老化严重。2020 年对K758+400—K794+404 段进行超车道铣刨重铺。结合工程投资、便于施工组织与管理，本着轻重缓急的原则，将K676+000—K758+400 段路面病害分两年治理完毕，2021年预计对路面破损情况更为严重的围场支线沥青路面进行病害处治，包括上行方向K0+000—K71+395 全部路段，下行方向K0+970—K19+500 等路段及围场北收费站内外广场沥青路面存在的块裂、龟裂、纵缝、密集横缝和沉陷等病害。

2 路面技术状况及养护类型确定

2.1 历年路面技术状况对比

为了解承朝高速公路围场支线路面的实际情况和存在的技术问题，更好地评价路面的使用情况和使用性能，为合理选择高速公路养护方式提供数据支持，结合2015 年—2020 年承朝高速公路路面技术状况检测结果，对围场支线路面技术状况指标进行分析，分析对比图见图1。

图1 围场支线历年路面技术状况指标对比图

由图1 可知，2015 年—2019 年路面技术状况指数PQI 由94.40 分衰减至86.06 分，衰减率为8.83%。其中路面损坏状况指数PCI 衰减速度最快，由93.50 分降至70.47 分，衰减率高达24.63%，其余指标衰减速率相对较小。

2.2 分车道检测数据分析

为掌握围场支线超车道的路面破损状况，采用多功能路况快速检测系统CiCS 设备分车道、分方向对围场支线进行检测。通过路面病害识别评定后，得出剩余未挖补路段路面损坏状况指数PCI，见表1。其中，上行方向行车道路面损坏状况指数PCI 为66.66 分，处于次等状态，超车道为73.57 分，处于中等状态。下行方向行车道路面损坏状况指数PCI 为74.28 分，处于中等状态，超车道为74.35分，处于中等状态。

表1 围场支线分车道、分方向路面技术状况

由表1检测数据可知，围场支线路面破损严重，影响路面技术状况。通过现场调查，路面病害主要有以下几种类型：块状裂缝、龟裂、纵向和横向裂缝、密集横缝和个别路段沉陷。因此，对围场支线进行病害治理非常必要。

2.3 养护类型的确定

由检测数据统计得出，围场支线行车道小于85 分的路段单向里程为114.744km，占总里程的79.8%，超车道小于85 分的路段单向里程为98.744km，占总里程的68.7%。

根据《公路沥青路面养护设计规范》（JTG 5421—2018）[6]养护类型划分，以及结合2020年路面技术状况检测数据可知，除了路面损坏状况指数PCI外，其余的参数指标均大于90 分，状态良好。所以本次仅对路面损坏状况指数PCI 进行预防性养护和修复性养护分析，修复养护范围为PCI≤85 分。但由于围场支线行车道小于85 分的路段达79.8%，超车道达68.7%。为保证实施后有效改善路面技术状况，对2019 年路面病害治理后的围场支线上行方向全线和下行方向部分路段进行处置，整体确定为修复性养护类型。

3 路面病害及现场钻芯

根据现场勘查可知，围场支线路面和桥面在环境和行车车辆的荷载作用下，出现块裂、龟裂、纵缝、密集横缝和沉陷等病害，对其几个典型的病害问题进行了钻孔取样，为分析其原因提供试验样品。

3.1 路面病害

3.1.1 块状裂缝、龟裂

块状裂缝、龟裂一般发生在表面层，表现出细而密的裂纹，但无明显变形，如图2和图3所示。不规则裂缝大部分是由于行车碾压等原因引发的疲劳裂缝。若不及时处治，在降雨天气下容易使路面产生松散、坑槽等病害。

图2 下行方向K35+200路面块裂

图3 下行方向K21+400路面块裂、龟裂

3.1.2 纵向裂缝

纵向裂缝主要发生在行车道的轮迹带位置，规则的沿行车方向开裂，部分路段每公里纵向裂缝长度达2 000 延米，即相当于每车道有两条连续纵向裂缝，如图4 和图5 所示。纵向裂缝多为荷载型裂缝或非荷载型疲劳裂缝特征，裂缝由面层开裂，逐步向基层发展。行车荷载加速了病害的发展，若不及时处治，在雨水的作用下会加速病害向基层发展，为沉陷、唧浆等严重病害的产生创造条件。

图4 上行方向K21+100路面纵缝

图5 下行方向K16+600路面纵缝

3.1.3 路面沉陷

路面沉陷主要表现为桥头搭板附近位置沉陷和部分高填方路段沉陷，如图6所示，主要原因是在行车荷载作用下路基段逐渐压实，发生不均匀沉陷。

图6 上行方向K32+389桥头沉陷，最大值为5cm

3.1.4 横向裂缝

在全路段范围内均有不同程度的发生，间距平均在20～40m 之间，个别横缝伴有啃边、沉陷现象，如图7所示。贯通横缝多属于半刚性基层收缩裂缝引起的路面反射裂缝；非贯通横缝多属于沥青自然因素引起的温缩或疲劳裂缝。雨水沿裂缝渗入路面结构层内部，在基层层间形成积水夹层，进而在路面上形成沉陷等严重病害。

图7 路面横缝

3.2 桥面病害

围场支线桥面也出现了一些和路面类似的病害，如龟裂、纵缝等。一些典型病害的图片如图8和图9所示。

图8 上行方向潘家店大桥路面龟裂

图9 下行方向西营子大桥桥面龟裂、纵缝

3.3 病害钻芯情况

对围场支线路面和桥面的一些龟裂、纵缝和横缝等典型病害进行了钻芯取样，上行方向钻取34个芯样，下行方向钻取16 个芯样，共计50 个芯样。其中，在龟裂病害位置取芯23 处，18 处为上面层开裂，5 处中上面层开裂；纵向裂缝病害位置取芯17处，5处为上面层开裂，6 处中上面层开裂，6 处沥青层全部开裂；横向裂缝位置取芯5 处，1 处为上中面层开裂，4 处沥青层全部开裂；桥面裂缝病害钻取的芯样均为上面层开裂。

根据取芯结果可知：龟裂病害主要开裂至上面层，占钻取芯样的46%。裂缝较窄的纵向裂缝开裂至上面层，较宽的纵向裂缝开裂至中面层。横向裂缝均开裂至上面层以下。部分横纵缝基层开裂、松散，未取出。在龟裂、纵向裂缝和横向裂缝附近无病害位置钻取的芯样，除部分层间断开外，沥青层均完好，无开裂损坏。此外，通过钻取芯样发现，沥青层间大部分断开，层间黏结性较差。

4 试验性能检测

针对沥青混凝土路面病害，对钻取芯样进行了室内试验，试验项目包括矿料级配、沥青含量、针入度、延度、软化点和黏附性指标，试验结果见表2 和表3。通过试验结果对上面层材料性能进行评价分析。

表2 沥青芯样试验指标

表3 上面层矿料级配

室内试验检测结果表明，承赤高速公路路面经过多年运营，上面层沥青针入度为26.0， 其延度为1.0cm，沥青表面层已表现出明显的老化迹象，沥青含量降低，其针入度、延度指标低于标准值，沥青变脆、变硬，对骨料的胶结能力降低，粗集料通过率略高于原设计级配通过率，细集料通过率略低于原设计通过率。

根据检测结果和实验结果可知，路面和桥面病害主要是由以下原因引起：上面层沥青老化变质，出现超粒径现象，致使混合料路用性能下降；承德地区雨量充沛，水损害加快了层间黏结不良、表层裂缝等病害的产生；同时在行车荷载、温度应力以及路面水的作用下，沥青混合料路用性能进一步下降，加之层间黏结不良，加快了裂缝的发展速度，致使沥青面层逐渐出现横纵裂缝和龟裂病害。

5 病害修复方案

根据行超车道路面技术状况检测数据，结合现场路面病害调查、钻芯，拟定围场支线处治路段为上行方向K0+000—K71+395 全部路段，下行方向K0+970—K19+500 等路段及围场北收费站内外广场。处置范围内上行方向大庙互通C匝道桥、西营子大桥等45座，下行方向大庙互通D匝道桥、西营子大桥等9座，共计54座。

5.1 路面病害修复

针对处治段落存在的网状裂缝，横、纵裂缝病害问题，以彻底处治路面病害为原则，兼顾修复的经济性、合理性，结合现场检测和钻芯结果，确定路面病害处治方案如下：

（1）对围场支线上行方向K0+000—K71+395 段，下行方向K0+970—K19+500 段范围内未挖补路段，包含行超车道、行车道和超车道及围场北收费站内外广场进行连续挖补处治，铣刨4cm沥青路面上面层，回填4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土，层间洒布SBS 改性沥青防水层，用量1.8kg/m2。

（2）对处置范围内密集且伴随沉陷的横纵缝，中度块裂、龟裂病害路段，采用铣刨4cm 沥青路面上面层+6cm 沥青路面中面层，重新铺筑4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土+6cm AC-20C SBS改性沥青混凝土，上中面层之间洒布SBS 改性沥青防水层，用量1.8kg/m2，中面层底部喷洒SBR改性乳化沥青黏层，用量为0.6L/m2。

（3）对处置范围内，密集且伴随沉陷的横纵缝，重度块裂、龟裂病害路段，采用铣刨4cm 沥青路面上面层+6cm 中面层+12cm 下面层，重新铺筑4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土+9cm AC-20C SBS 改性沥青混凝土+9cm AC-20C SBS改性沥青混凝土，上中面层之间洒布SBS 改性沥青防水层，用量1.8kg/m2，其余层间喷洒SBR改性乳化沥青黏层，用量为0.6L/m2。

（4）对处置范围内路面、桥头沉陷进行全断面处治，宽度为10.2m。对沉降量h≤6cm 的沉陷路段，铣刨4cm 沥青路面上面层后，上面层和找平层采用4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土一次性回铺；沉降量h＞6cm的沉陷路段，根据沉陷范围，在处理范围两端铣刨原路面4cm 沥青面层，沉降量大于6cm 的局部路段铣刨6cm后铺筑AC-20C找平层，再整体铺筑4cmAC-13C表面层，沥青混凝土表面层和找平层分层摊铺成型；路面沉陷处治整体原则是与两侧路面顺接，减少行驶车辆跳车现象，提高行车舒适性。

（5）对处治段落内单一、较规则、较宽（≥1cm）横纵缝，下一层位存在松散的路段，为防止路面病害处治后横纵向裂缝反射，对其采用聚物注浆后再进行挖补处治。地聚物注浆孔按梅花桩布置，注浆孔距1.5m，排距1.5m，孔径ϕ50mm，注浆深度至路面结构层以下2cm为宜，即78cm路面结构厚度。

（6）铣刨沥青层后，对下层存在裂缝的路段采用热沥青灌缝，用量均为1.0kg/m2。

（7）挖补路段铣刨沥青后侧壁均涂刷热沥青，顶面横纵向接缝均采用10cm 宽热沥青封闭，用量均为1.0kg/m2。

（8）对处置范围内，未设伸缩缝的小桥涵挖补后在桥头两侧搭板末端设置2cm 深切缝，并采用热沥青灌缝，用量均为1.0kg/m2。

（9）设置SBS 改性沥青防水黏结层路段，洒布SBS改性沥青后，再撒布与沥青黏结较好的9.5～13.2mm 单粒径碎石。

5.2 桥面病害修复

对处置范围内上行方向大庙互通C匝道桥、西营子大桥等45 座，下行方向大庙互通D 匝道桥、西营子大桥等9 座，共计54 座存在龟裂、纵缝等病害的特大、大中桥桥面进行挖补处治。根据现场检测及桥面钻芯结果，确定具体修复方案如下：

（1）对桥面铣刨4cm 沥青路面上面层后，回填4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土，根据病害程度，挖补4cm+6cm 上下面层后，回填4cm AC-13C SBS 改性沥青混凝土+6cm AC-20C SBS改性沥青混凝土，层间均洒布SBS 改性沥青防水层，用量1.8kg/m2，SBS 改性沥青上部撒布9.5～13.2mm单粒径碎石。

（2）桥面挖补铣刨沥青后侧壁均涂刷热沥青，顶面横纵向接缝均采用10cm 宽热沥青封闭，用量均为1.0kg/m2。

（3）洒布SBS改性沥青防水层前，应将下面层顶面彻底清扫干净，尤其沥青层与桥梁伸缩缝水泥混凝土接触位置应清洁，且涂刷热沥青应均匀、饱满。

（4）桥面挖补宽度与路基段行超车道挖补宽度一致，均为8.1m。

6 结语

承朝高速公路经过多年运营使用，在围场支线的路面和桥面出现了龟裂、纵向裂缝、局部沉降等病害问题。本文首先通过历年技术状况对比和设备检测确定该路段的养护方式，然后针对该处治段的路面典型病害问题进行了室内试验，对芯样材料性能进行检测，分析了病害成因，并根据具体路面和桥面的具体病因提出相应的修复方案，为其他和路面病害相关的工程提供帮助和指导。