高速公路养护施工中沥青路面技术状况预测方法研究

陈思艳

摘  要：为直观掌握公路沥青路面的性能变化情况，使高速公路的养护施工方案具备明确的参考信息，对沥青路面的技术状况做出合理科学的预测，该文针对常见的高速公路沥青路面病害特征进行总结，同时以昭通市农村公路养护工程项目为例采用马尔可夫模型进行预测和分析。最终得出，基于灰色马尔可夫模型对昭通市农村公路路面技术状况的预测指标与公路实际运行状态相符合，经过相应养护过后，路面性能指标得到显著优化。因此，通过对高速公路路面性能预测模型进行构建，能够较为直观地针对沥青路面性能指标做出评价、分析与预测，同时结合实际给出相应的养护方案建议，对提升高速公路运行安全性能，延长高速公路运行寿命具有关键性意义，值得推广和运用。

关键词：高速公路；沥青路面；养护技术；预测方法；施工工艺

中图分类号：U418.6        文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）06-0132-04

Abstract： In order to intuitively grasp the performance changes of highway asphalt pavement， make the expressway maintenance and construction plan have clear reference information， and make a reasonable and scientific prediction of the technical status of asphalt pavement， this paper summarizes the common disease characteristics of expressway asphalt pavement， and uses Markov model to predict and analyze the rural highway maintenance project in Zhaotong City. Finally， it is concluded that the prediction index of the technical status of the rural highway pavement in Zhaotong based on the Markov model is consistent with the actual operation state of the highway. After the corresponding maintenance， the pavement performance index has been significantly optimized. Therefore， through the construction of expressway pavement performance prediction model， the performance index of asphalt pavement can be evaluated， analyzed and predicted intuitively， and the corresponding maintenance scheme suggestions are given in combination with practice. It is of key significance to improve the safety performance of expressway operation and prolong the service life of expressway， which is worth popularizing and applying.

Keywords： highway; asphalt pavement; maintenance technology; prediction method; construction technology

隨着经济社会的快速发展，我国高速公路的建设里程与规模不断扩大，据交通运输部相关统计数据显示，截至2022年年末，我国高速公路总里程数达17.7万公里，而在此背景下，也给高速公路路面养护工作的开展带来了一定的压力和挑战。相关管理部门与技术团队应当结合实际采取针对性措施对沥青路面当前技术状况进行预测与分析，并因地制宜构建相应的养护优化方案，使公路路面的安全性与耐用性得到强化与提升。

1  常见的高速公路沥青路面破坏模式

1.1  裂缝类破坏

裂缝类破坏是高速公路运行与养护过程当中最为常见的一种破坏类型，主要由路基不均匀沉降、气候变化、路面老化及施工工艺等相关因素引起，高速公路路面裂缝不仅会对路容美观产生严重影响，同时还会给公路行车安全以及行车舒适度造成一定的威胁。常见的路面裂缝包括横向裂缝、纵向裂缝、网状龟裂及不规则裂缝等几种不同形态，其影响范围各不相同，养护要求也存在差别。

1.2  松散类破坏

现阶段在高速公路路面的施工建设过程当中，以沥青混合料为代表的施工材料得到了广泛运用，与此同时，由于一些公路项目在施工建设过程当中未针对集料配比方案进行明确优化，受施工时温度过低或排水设计欠缺等影响，导致公路表层沥青混合料出现流失现象，进而给路面造成松散状的破坏，按照破坏范围以及破坏深度一般可将其分为轻度破坏与重度破坏2个主要等级。

1.3  变形类破坏

变形类破坏指的是在外力因素与路面施工工艺双重作用下导致的路面变形现象，一般包括车辙、沉陷、拥包、搓板和波浪等几种形态。

车辙主要由重型车辆运行过程中轮胎向路面施加的荷载作用影响形成，一些高速公路项目建设过程当中，其基层结构内部强度存在一定欠缺，路面面层压实度较差，同样也成为了路面车辙形成的关键性影响要素[1]。通过对高速公路沥青路面车辙的深度与形态进行综合分析，能够较为直观地反映出当前高速公路路面的运行状况及其寿命情况，从而为路面养护方案的规划与设计提供参考。

一些公路项目在建设施工过程当中，对于基层处理的关注与重视程度不足，导致在该环节当中的土质选用不合理，部分施工团队对路基压实不够充分，其内部填料强度与承载能力较差，受积水现象影响较为显著，可能会引发公路路面的竖向变形，导致沉陷情况的发生。

在高速公路的运行过程当中，车辆往往需要按照规划要求向某一特定方向行驶，而一些公路项目在进行路面建设的同时，对面层部位沥青混合料的配比掌控不够严格，在面层结构规划设计过程中未能针对其强度与承载能力进行验证，导致路面结构对车辆行驶过程的适应性较差，进而在公路路面部位出现顺应车辆行驶方向的局部隆起，形成沥青路面拥包。

搓板与波浪同样也是高速公路沥青路面在运行过程当中产生的不同形态的变形状态，其主要与路面沥青混合料含油量、公路车辆载荷情况以及公路运行环境温度等要素相关，一些公路项目在运行管理的过程当中，对于周边环境的监测存在滞后，对路面管理和协调存在欠缺，导致路面变形现象愈演愈烈，给行车安全以及路面养护工作的开展造成了严重损害。

1.4  其他类破坏

除了裂缝、松散、变形等高速公路路面病害之外，路面泛油、沥青外溢等同样也是高速公路管护建设过程当中常见的病害形式，一些公路项目在进行排水设计与路面建设的过程当中，忽视了路面与基层之间的空间设计，在车辆长时间载荷作用以及积水作用下，导致面层内部的沥青发生膨胀，面层下方材料不断向上迁移，使公路路面出现泛油与沥青外溢等病害，对公路的使用和运行寿命也产生了严重影响。

2  高速公路养护施工中沥青路面技术状况的影响因素及预测模型

2.1  影响因素

第一是路面特征产生的影响。各地区地质环境状况、公路建设需求以及施工规划目标等要素存在一定的差异，因此在建设方案当中的路面特征表现同样也各具特色，只有明确目标项目公路路面的基本特征，才能为路面技术状况的预测模型构建提供相应的参考[2]。

第二是交通运输量与路面荷载情况所产生的影响。作为现代化交通基础设施当中的重要组成部分，高速公路所需要担负的运输任务极为艰巨，重点线路年均交通量不断提升，车辆荷载不断增加，使得公路沥青路面容易产生裂缝、松散、变形等病害，对公路运行性能及其使用寿命产生了一系列负面影响。

第三是气候环境所产生的影响。受到沥青混合料物化特性的影响，导致其对于气候以及温度的变化情况较为敏感，公路路面承载力发生相应变化。因此在针对高速公路沥青路面技术状况进行分析和预测的过程当中，也应当充分考虑到公路周边的环境要素，提升公路路面养护方案的可行性与针对性。

第四是公路运行时间产生的影响。高速公路建设过程当中所应用到的相关材料包括水泥、瀝青、钢筋和砂石等，这些材料在长时间的使用过程当中，其物化性能可能会发生一定的变化，对路面载荷的承载能力不断下降，路面结构出现破损、变形等病害现象的概率不断提升。相关管理部门以及技术团队在针对高速公路沥青路面技术状况进行预测的同时，还应考虑到公路在当地环境当中的运行时间，从而保障路面状况预测分析结果的准确性与有效性。

第五是施工工艺以及施工过程所造成的影响。一些公路施工项目现场管理较为严格，工艺流程梳理较为严谨与明确，使高速公路沥青路面发生变形、破损等病害的概率得到有效控制，而其他一些高速公路的现场施工管理则存在一定不足，管理部门与技术团队对施工技术以及现场工艺流程要求的关注存在一定欠缺，导致公路项目沥青路面出现各类病害。

2.2  预测模型

现阶段道路养护施工统计预测工作开展过程中常用的预测模型主要包括确定型预测模型、概率型模型、神经网络模型和灰色预测模型等几种，其中灰色马尔可夫模型的项目适应能力较强，计算过程较为便捷，具有广泛的应用前景[3]。

在基于灰色马尔可夫模型对高速公路沥青路面技术状况进行预测、分析与研究的过程中，首先需要建立模型。其模型原始序列为

在此基础上进行数据累加过后得到新序列

序列变化式为

式中：a为模型发展灰数；b为内生控制灰数；t=0，1，2，…，n-1。运用最小二乘法进行带入计算过后，能够得到最终模型

模型构建完成后，可采用残差法、关联度法及后验差法等方式针对模型预测精度以及预测有效性进行验证与分析。

为对高速公路沥青路面在一定时期内的技术状况进行更加细致深入的预测，使高速公路路面养护施工得到针对性的参考依据。本文以昭通市公路某段沥青路面技术状况为例进行分析和预测。其在2012—2015年的路面技术指标（PCI）分别为97.68、88.42、85.01、82.46，将其带入预测模型过后，得到2016—2017年路面技术指标（PCI）分别为83.08、80.99，通过与实际数据之间的比对能够发现，二者之间的误差在统计学范围内，因此上述模型在高速公路沥青路面技术状况的预测与分析过程当中具备相应的参考与应用价值。

3  基于高速公路的沥青路面养护措施

3.1  微表处治

微表处治技术是一种针对高速公路沥青路面局部病害进行改善和处置的重要技术手段，具有施工速度快、封层效果好等特点，在当前高速公路建设与养护工作当中发挥着重要作用。

首先，在对高速公路沥青路面局部病害进行微表处治之前，相关管理部门以及技术团队应当做好施工养护的准备工作，从物质层面确保路面病害微表处治工作的开展水平以及开展效果。一般来说，公路路面微表处治中需要应用到的设备包括摊铺机或稀浆封层机等，养护施工材料主要包括改性沥青、水泥填料、贴缝带、灌封胶及外加剂等，通过上述设备与材料的准备工作，能够为接下来的施工养护工序奠定较为坚实的基础，促进养护效果的不断提升。另外，养护与施工团队还应当做好施工现场的准备工作，针对路面当中的泥土、杂物等进行全面清理，同时按照微表处治要求在路面部位施划导线，为处治工作的开展提供参考。

其次，开启摊铺设备，针对处治之前所准备的混合料进行全面摊铺。摊铺过程当中，施工人员以及技术团队应当结合现场施工要求着力控制摊铺设备的行进速度以及混合料的摊铺效率，使摊铺料厚度更加均匀，避免出现厚度不均等情况，为实现对沥青路面的进一步保护提供支持。

最后，需针对摊铺缺陷进行人工处理并进行养生工作。在摊铺过程当中，受到路面环境因素以及混合料性能等因素的影响，可能会产生一定的缺陷。因此技术人员在混合料摊铺工作基本完成后，需要结合设计方案以及养护目标针对面层摊铺施工情况以及路面技术状况进行检验，针对存在缺陷的部位进行及时处理，避免其对后续施工和运行产生影响，确保公路交通的顺畅运行[4]。

3.2  碎石封层

在高速公路沥青路面的建设、运行与养护工作中，外部积水可能会对路面技术状态产生一系列影响，进而引发渗水、沥青外溢或松散病害，因此如何做好路面封层工作、实现层间黏结目标、延长罩面使用运行寿命成为了技术团队以及道路管理部门需要解决的另一项关键性问题。相关技术团队应当明确碎石封层技术的适用范围、施工流程以及相关注意事项，从而使高速公路沥青路面的预防养护工作开展效果得到进一步保障。按照国家有关要求和规定，碎石封层技术适用于PCI指数大于82的二级公路或PCI指数大于80的三、四级公路养护施工当中，对控制公路路基基层间滑动现象，减少路面渗水情况的发生具有重要作用。

在依托碎石封层技术针对高速公路沥青路面进行养护施工的同时，相关管理部门以及技术团队应当严格落实JTG 5412—2019《公路沥青路面养护技术规范》以及JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》等相关要求，在施工过程当中对胶结料性能指标进行优化，明确胶结料配比，同时针对碎石封层当中所使用的石料进行合理选择，保障碎石撒布的均匀性，在布撒完成后，需采用碾压设备进行碾压处理，使其更符合路面封层养护要求。

3.3  灌缝封缝

受到气候温度变化、路面老化以及荷载影响，导致高速公路路面出现各种形态的裂缝，一旦发生降水，地表水可能会沿着路面裂缝进入到公路面层内部，导致公路各层之间黏结性不断下降，路面出现变形病害的可能性不断提升，因此当公路路面出现开裂现象时，技术团队与管理部门应当积极采取措施进行灌缝与封缝作业，减少降水浸入公路面层的可能性，使路面病害得到有效控制[5]。通常技术团队以及管理部门可采用改性沥青或灌缝胶等作为封缝作业的主要材料，相关技术团队在针对高速公路路面进行灌缝封缝作业之前，应当明确公路周边环境特性、路面开裂规模及开裂特点等相关要素，并立足实际对公路路面灌缝封缝作业方案进行合理规划与设计，提升路面开裂修复技术的应用效果，将地表水有效隔绝在面层以外，避免出现额外的路面病害风险。

3.4  超薄磨耗层技术

作为一种较为新颖的公路路面病害养护技术，超薄磨耗层技术最早于20世纪90年代被提出，相较于传统的碎石摊铺或沥青摊铺技术，采用改性沥青、混合料经由摊铺碾压形成的路面超薄磨耗层具有耐磨效果好、成本低廉、适应路面排水要求等优势，同时还能针对路面老化等引发的公路病害进行有效处置。超薄磨耗层技术主要适用于公路病害的初级阶段，应用磨耗层技术，能够使高速公路路面性能得到稳步强化和提升，公路路面的运行寿命得到进一步延长。

3.5  薄热拌沥青混凝土罩面

罩面养护技术的运用能够强化高速公路沥青路面的整体平整度，减少因车辆荷载或路面材料老化引发的面层滑动问题。该技术按照罩面施工材料的配比方案可主要分为密级配型、开级配型、间断级配型等几种不同形态，主要应用于公路局部病害的处置和养护工作当中[6]。

3.6  雾状封层

对于老化程度较为严重，路面病害较为明显的高速公路路段，管理部门与技术人员可采用雾状封层技术进行处置。雾状封层技术指将改性沥青或保护剂进行稀释，并以雾状形态喷洒至公路路面部位，实现对路面的有效防护，减少路面病害发生概率的一种路面养护技术手段，在预防性路面养护领域同样发挥着关键性作用。相关技术团队应当针对不同养护技术形态的适用范围以及应用特性进行全面梳理，进而选取合适的养护策略与路径。

4  结束语

综上所述，在高速公路的运行过程当中，受到环境因素、荷载因素、施工因素的影响，导致公路沥青路面产生以开裂、变形等为代表的各类病害，影响路面行车安全。有关部门应当针对性构建沥青路面技术状况预测模型，并给出明确的路面预防性养护方案，使路面病害得到控制，提升公路网络运行效率。

参考文献：

[1] 耿成荣.公路路面病害成因及养护方案分析[J].交通世界（中旬刊），2022（12）：46-48.

[2] 馬奇，段文娟.公路工程沥青路面施工技术与质量控制措施[J].现代工程科技，2022，1（1）：51-53.

[3] 杨海燕，王毅.公路沥青混凝土路面的施工技术应用及控制要点[J].新型工业化，2022，12（8）：146-149.

[4] 任兴荣.微表处技术在高速公路沥青路面养护中的应用[J].工程建设与设计，2022（7）：116-118.

[5] 王祚成.高速公路路面病害成因及养护施工技术[J].智能建筑与工程机械，2022，4（5）：34-36.

[6] 吕启.公路沥青路面预防性养护技术研究[J].砖瓦世界，2021（12）：54，57.