高速公路沥青路面预防性养护决策研究

2024-05-12尹进

工程建设与设计 2024年8期

尹进

（秦皇岛市公路养护服务中心，河北秦皇岛 066000）

1 引言

我国早期投入使用的高速公路路面不断出现病害，为避免这些高速公路出现更多的病害，本文提出进行预防性养护。路面预防性养护是在考虑经济效益的前提下，对未发生严重破坏的路面结构进行预防性的修补，提高路面结构的承载能力，保证路面使用寿命[1]。目前，我国高速公路中沥青路面占90%以上，因此，对沥青路面预防性养护进行研究具有实用价值。

2 沥青路面病害类型

2.1 裂缝

2.1.1 横向裂缝

横向裂缝的发展方向垂直于车辆的前进方向，主缝的发展还会伴随支缝的产生。横向裂缝还可根据产生原因分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝。横缝产生的主要原因为高速公路车辆超载行驶[2]。

2.1.2 纵向裂缝

纵向裂缝的发展方向与行车方向平行。纵向裂缝形成主要原因为：施工缝处理不当，在外部环境的作用下产生裂缝。当路基压实度达不到要求时，随着路基沉降的发生，路面同样会出现纵向裂缝。公路改扩建中，新旧路基搭接处理不妥当时，会导致纵缝发生。

2.1.3 网状裂缝

网状裂缝的主要特点为裂缝分布不规则；形成原因主要为地基处理不当、路面施工温度控制较差。沥青混合料黏性不够，当雨水渗入后导致裂缝产生。当行车荷载作用于路面时，会导致路面抗疲劳性能降低，最终引发网状裂缝产生。

2.2 车辙

车辙病害主要分为：磨耗型、结构型、失稳型、压密性等。由环境原因造成的是磨耗型车辙；因为结构层强度不够引起塑性形变形成的是结构型车辙；因为路面凹陷形成的是失稳型车辙；因为施工阶段路面的碾压强度不足变形成的是压密型车辙[3]。

2.3 坑槽类破坏

在冻融循环和车辆荷载共同作用下，在路面内部水分子会产生压力，降低沥青混合料的黏结特性，使路面形成松散结构，最终形成坑槽。导致坑槽的原因有以下几点。

2.3.1 水损坏导致

当路面发生冻融循环时，会导致路面结构的抗疲劳性能降低；当雨水作用且存在行车荷载时，会导致路面出现松散脱落现象。对雨水不及时清理，或对病害不进行及时修补，会导致坑槽的发生。

2.3.2 施工因素

夏季对沥青路面施工时，由于外界环境温度较高，会导致沥青出现老化现象，最终导致黏结力降低。当行车荷载作用于路面时，会出现坑槽。当温度较低时，基层与面层黏结效果较差，最终也会形成坑槽。

2.3.3 层间接触不良

对路面结构层施工时，应保证基层与面层具有足够的黏结性。因此，施工过程中应严格按照施工流程进行。当施工与相关要求不符，导致面层密实度不足时，路面结构层整体受力不均。当行车荷载作用时，导致应力无法分散，最终形成坑槽[4]。

2.3.4 交通因素

高速公路交通量越来越多，超载情况常有发生，该现象严重影响着路面结构的稳定性，导致沥青路面发生疲劳裂缝。在外部环境的变化下，逐渐形成坑槽。

2.4 松散破坏

沥青混合料中沥青与集料原材料间的黏结力不足时，会导致集料外渗流失，该病害称为路面松散。松散的表现形式为麻面或坑洞。道路松散发生位置为表面层。

3 路面使用性能评定指标

路面使用性能评定包含内容共分为5 项，分别为：损坏状况、行驶质量、车辙、抗滑性能、结构强度。路面使用性能主要通过路面使用性能指数（PQI）表示，该指标为综合指标。单项性能指标表示方法见表1。

表1 单项性能指标表示表

路面技术状况评价体系如图1 所示。

图1 路面技术状况评价体系图

路面使用性能指数PQI 由PCI、RQI、RDI、SRI 四项值加权得到，并赋予各单项指标一定的权重值。

式中，PCI 为路面损坏状况指数；RQI 为行驶质量指数；RDI 为车辙深度指数；SRI 为抗滑性能指数。WPCI、WRQI、WRDI、WSRI分别为相应指标的权重。

4 高速公路沥青路面预防性养护对策

4.1 预防性养护决策影响因素

4.1.1 路面状况

当路面性能各项指标触及预防性养护阈值时，应对路面性能进行恢复。对病害进行预防性养护，可提高路面的使用性能，保持公路畅通。路面病害类型对预防性养护决策起到制约作用，针对病害特点采取对应的养护措施。当预防性养护无法满足病害程度时，可通过大中修来恢复路面性能[5]。

4.1.2 交通量和轴载

交通量直接影响着路面的使用寿命，是路面承载能力的直接体现，因为交通量与路面的作用力成正比，所以，随着交通量的增加，路面出现病害的可能性也会随之增加，因此，交通量也会影响路面预防性养护工作，交通量较大的公路及逆行预防性养护时应做好保通工作。

4.1.3 养护效益

预防性养护效益主要分为社会效益和经济效益。预防性养护决策需对费用效益进行对比计算。例如，预防性养护和大中修方案中，哪个方案最为经济合理；考虑社会效益时，采用哪种养护方式对环境造成影响较小[6]。

4.2 预防性养护措施

4.2.1 裂缝填封

开槽灌缝是利用开槽机开出深1.5～2 cm，宽1～1.5 cm 的凿缝，裂缝深度不能大于宽度的2 倍，然后用密封胶把裂缝填充紧实。

4.2.2 表面封层

公路沥青路面预防性养护方法较多，主要分为：雾封层、稀浆封层、微表处、碎石封层、就地热再生等。养护方式不同，养护效果也不同，雾封层使用寿命约为2 年，稀浆封层、微表处、碎石封层使用寿命约为2～3 年，就地热再生使用寿命约4 年[7]。

5 案例分析

5.1 工程概况

本文所依托工程为某地区的高速公路。该公路采用双向四车道，路线全长为70 km，通车时间为2003 年。通车7 年后，对该路面进行调查，结果见表2。

表2 路面调查表

通过调查可知：该公路路面主要病害表现为抗滑能力差。通过病害调查发现车辙占比为86.3%，泛油占比8.4%，横缝占比为5.3%。

综上所述，车辙病害是路面存在的主要病害，车辙病害通常是材料自身性能、环境、施工质量以及路面厚度等多种因素综合作用的结果，本文采用微表处对其车辙病害进行修复。

5.2 沥青混凝土设计

微表处混合料中乳化沥青采用改性乳化沥青。改性乳化沥青具有拌和过程中不破乳、不离析、保持均匀的优点。采用微表处技术修复车辙时，需要满足路面抗压、耐磨的性能要求。所以，微表处技术在高速公路路面养护中应用时，需要根据路面的具体情况选择适合的级配要求。利用微表处对车辙进行修复时，应采用0～5 mm 和5～9.5 mm 两档集料。利用微表处罩面时，采用0～3 mm、3～5 mm、5～8 mm 三档集料[8]。