高速公路改造工程通车后沥青路面桥头搭板段病害探析

林 尧

(1.福建省交通科研院有限公司，福州 350004； 2.福建省公路、水路工程重点实验室，福州 350004)

1 工程概况

某高速公路自2003 年6 月份通车以来， 进行多次铣刨重铺和微表处路面养护， 原路面结构为4 cmAC-13+5 cmAC-20+7 cmAC-25+20 cm+5%水泥稳定碎石基层+36 cm 3%水泥稳定碎石底基层。 改造设计要求不改变原路线纵断面，路基段路面高程，在原路基础上提高4～4.5 cm，桥梁隧道路面不改变现有高程，铣刨原路面上面层、中面层合计9 cm(10 cm)，病害处治后，回铺9 cm(10 cm) 厂拌热再生普通沥清AC-20C 和4 cm 改性沥青SMA-13。 一般路段的上、下面层间喷洒改性乳化沥青粘层，沥青路面上、下面层采用SBS 改性沥青，面层集料使用当地凝灰岩。

该高速公路年平均日交通量达到13081 辆，客车中主要为小轿车，91.7%为一类车，货车占比最高的车型为大于40 t 的车辆，占到货车比例的22%。使道路所承受的累计标准轴载作用次数大大增加，严重影响路面使用寿命。

2 主要病害

该高速公路某路段在路面铣刨重铺，通车6 个月后，在新SMA-13 路面出现几处病害，经现场实地探勘，发现病害主要集中在某些桥及互通跨线桥桥头搭板周围，如龟裂、唧泥、坑槽、拥包等。 部分龟裂、唧泥的部位可见连续的点状泛白，泛白处多为网裂(图1)。

图1 现场病害照片

3 路面试验分析

对现场实地勘探发现的典型病害， 选取6 处病害周边或前后附近表面完好路面进行取芯及渗水试验[1]，6 处SMA-13 罩面层均能取出设计要求的全厚芯样。 现场试验结果见表1。

表1 芯样与渗水试验结果

试验表明压实度与渗水符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》 中SMA 混合料压实度不小于98%、渗水不大于80 mL/min 的要求[2]，结合实地情况分析，除桥头搭板过渡段发生龟裂、唧泥、坑槽、拥包等病害外，其他路面面层完整性保持较好。根据病害的选点位置，在每病害位置边缘完好路面处分别钻取全厚芯样， 取芯发现沥青混合料层间粘结良好，未发现层间脱落的问题，并对现场取得的芯样进行水稳定性试验，试验结果见表2。

表2 芯样抗水损害试验结果

芯样稳定度试验符合不小于6 kN 的规范要求[2]。 现场多数病害属于自下而上的深层结构性损坏， 而非自上而下的浅表功能性损坏， 基本排除混合料质量及现场施工工艺的原因。初步判断由于底层病害处理不当等引起。

4 室内试验分析

4.1 回收沥青试验

针对高速公路路面桥头搭板周围病害显著处抽取3处A(BK1862+095)、B(AK1857+395)、C(AK1862+100)进行探坑开挖并回收改造摊铺SMA-13 沥青混合料， 探坑开挖如图2。

图2 现场探坑开挖

采用阿布森沥青回收装置， 使用三氯乙烯抽提分离得到沥青和集料，然后进行沥青与集料的部分性能试验。回收沥青试验结果见表3。

表3 回收沥青试验结果

从试验结果可知，回收的沥青软化点、针入度、延度有所变化，沥青原材本身的老化并不十分明显，回收所得的沥青检测的各项指标均符合规范及设计要求[3]。

4.2 回收集料试验

针对探坑回收的混合料中分离出的集料进行压碎值、针片状及集料与沥青的粘附性试验，结果见表4。

表4 回收集料试验结果

三处集料压碎值、针片状颗粒含量[4]，沥青的粘附性试验即回收集料与回收沥青粘附性、 回收集料与新沥青粘附性进行横向对比[3]，均符合规范及设计要求[2]。

4.3 沥青混合料试验

针对发生病害路段当日试验室抽检SMA-13 混合料及现场探坑取样进行级配和沥青含量试验对比分析，结果见表5。

施工当日SMA-13 混合料与现场探坑取样SMA-13混合料级配试验结果都基本良好， 与生产配合比设计级配相比，各档通过率主要以正偏差为主，表现为混合料级配有些偏细，但未发现严重的级配偏差，均在规范及设计要求范围内。 施工当日4 组混合料油量试验结果以负偏差为主，3 个探坑混合料油量以负偏差为主，均符合规范及设计要求[2]。

表5 混合料级配和油量试验结果

5 病害原因分析

结合路面实地勘探和气候、水文、交通环境等资料，针对铣刨重铺通车6 个月后， 在桥头搭板周围出现6 处病害及相应的各项试验分析，主要原因有以下3 点：

(1)病害与SMA-13 混合料配合比、设计原材料及摊铺碾压工艺方面无直接联系。 通过现场勘察及取芯渗水试验，选择探坑取样，在室内进行相应的各项试验，结果表明现场的龟裂、唧泥、拥包等病害，随着通车后，由重车车轮对路面的持续碾压，势必使龟裂、唧泥、拥包等处继续发展成坑槽。 主要病害呈由下至上反射扩散。

(2)病害与桥头搭板周围路面长期运营疲劳损害有关。 疲劳损坏过程一般包括3 个阶段：一是裂缝的形成，也叫疲劳成核阶段；二是裂缝的扩展，也叫稳定的裂缝增长；三是断裂损坏，即不稳定的裂缝扩展。 疲劳寿命与应力大小成反比关系，应力越大，疲劳寿命越短裂缝越容易形成。 疲劳寿命还与荷载间歇时间成正比， 间歇时间越短，路面的疲劳寿命越小。 该高速公路交通量大，交通组成中货车多，交通荷载作用于路面的时间间隔小，裂缝开裂得不到恢复或延缓， 路面桥头搭板与基层内部脱空等使路面寿命缩短。

(3)设计病害处置深度不够，积水导致病害形成。未铣刨前路面经过长期运营，路面各层早已密实不透水，但路面基层桥头搭板与路基已形成早期疲劳损害； 加上该省雨日多，且雨量大，常爆发暴雨洪涝等灾害，改造设计铣刨面层未触及桥头搭板与基层结合部，旧路面层被铣刨，极易在遇到雨水或其他积水时侵蚀到受疲劳损害的部位，积水下渗，积聚在病害处，类似泡水的棉花，此时立即摊铺碾压SMA-13 沥青混凝土， 新面层在重频繁交通动载作用下， 空隙水对沥青膜的不断冲刷使得沥青膜越来越薄，综合影响了沥青混凝土内部的粘聚，在高温和空隙水的作用下导致发生水损害。 该现象在流美大桥的主车道表现得最为突出，因为该处接受大车的碾压最多，动水压力和频率最大，路面损毁严重。

6 病害处治建议

(1)在设计阶段加深桥头搭板周围病害处理。 改造设计时需充分考虑原高速公路长期的车辆荷载作用及大气水文情况对旧路的综合影响， 建议在路面桥头搭板周围易出现疲劳损害段或者脱空段增设底层排水设施， 具体位置现场确定，切缝后凿除沥青混凝土及结构层，然后按2%排水横坡浇筑C40 混凝土垫层，安设UPVC 管，调整局部纵横坡等排水，加强中分带排水；也可以加深病害设计处置深度到搭板与基层结合部等，再进行面层重铺。

(2)针对路面桥头搭板周围疲劳损害或者脱空处先进行注浆加固补强后，再铣刨重铺新面层。根据路面结构类型，选择合适的注浆工艺，建议采用高聚物注浆等。 高聚物具有耐久、安全、微损、抗渗性好、施工速度快，无需养护、经济效益高、对环境无污染等优势[5]。高聚物注浆可以不断地填充桥头搭板周围与路面周围的脱空及孔隙，起到了填充和挤密作用， 并将其中的积水沿裂缝或尚未注浆的管道挤出。修复路面内的病害后，再对旧路进行常规的铣刨重铺改造，这种方式对于病害修复较为实用。

7 结语

随着高速公路改造工程日渐增多， 通车后最早在桥头搭板周围反射出现的路面病害严重影响通行质量和行车安全。本文运用科学的试验及检测技术，分析了病害产生的机理及原因， 提出在病害集中的桥头搭板周围加深设计病害处治或者进行高聚物注浆后铣刨重铺等建议，能有效保障高速公路改造后的整体使用寿命。