广西平钟高速公路路面养护及病害处置方案研究

黄飞龙

(广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

沥青路面作为我国交通建设领域广泛采用的路面结构,在行车舒适度、施工及养护等方面具有独特的优势。然而随着使用年限的增长,沥青路面在受到行车荷载和环境因素的复合影响下,路面结构会产生不同类型的病害,进而会对道路行车速度、行车安全和道路使用寿命产生严重的不利影响。本文通过调查广西平钟高速公路项目,分析其路面现状及病害成因,针对性地提出路面养护及病害处置方案,为我国类似道路工程的病害分析以及养护维修提供参考和建议[1-4]。

1 现状调查及结果分析

1.1 项目概况

平乐至钟山高速公路(含贺州支线)位于广西东部,主线总长87.865 km,其中G65包茂高速公路平钟段起于平乐县二塘镇附近,途经同安、英家,终于钟山县同古镇附近,全长57.365 km;G78汕昆高速公路(贺州支线)起点接平乐至钟山公路同古互通式立体交叉,终于贺州市道石圩佛子脚村,全长30.5 km,设计行车速度为100 km/h。

1.2 路面性能调查

平钟高速公路为双向四车道高速公路,于2006年12月建成通车,采用沥青混凝土路面,路面结构如表1所示。其中AC-13沥青混凝土采用改性沥青、辉绿岩碎石,AC-20及AC-25沥青混凝土采用AH-70重交沥青、石灰岩碎石。

表1 原路面结构表

依据平钟高速公路技术状况定期检测报告,其路面各项性能指数指标评价如表2所示。

表2 路面性能评价表

根据表2数据进行分析可以得知,平钟高速公路路面使用性能总体稳定,但路面车辙发展较快,局部路段抗滑性能不足。按照沥青路面养护决策方法,随着沥青材料的老化及疲劳荷载的作用,路面面层路用性能持续衰减,需及时进行预防性养护及局部路段的中修处置。

2 路面病害及原因分析

为了解路面病害的发展情况以及起因,采用人工调查的方式对现状路面的主要病害类型进行拍照取证,并通过对路面病害损坏处钻取芯样,观察该病害发展深度。经检测分析,该道路主要存在以下路面病害类型。

2.1 横向裂缝

现场横向裂缝间隔在15～30 m。钻芯结果显示,裂缝处的水泥稳定碎石基层芯样出现了不同程度的开裂和松散现象,因此判断该路的横向裂缝主要为半刚性基层反射裂缝。由于受到行车重载的作用,半刚性基层底部形成过大的拉应力从而引起基层开裂,当行车荷载重复作用时,基层底部的裂缝便会发展到沥青面层。

2.2 纵向拉裂

局部路段出现纵向拉裂,形式较为规则,宽度一般>10 mm,部分缝宽达20 mm左右。这种纵向裂缝是由路基发生蠕变而引起的。

2.3 纵向疲劳裂缝

局部路段存在连续纵向裂缝,裂缝主要分布于行车道轮迹带位置,严重的有呈枝叉网裂发展的趋势,为沥青路面较为典型的荷载疲劳损坏模式。在光、热、水、氧以及行车荷载的反复作用下,沥青材料逐渐老化,变脆变硬,与集料之间的粘结力也逐年下降。加之行车荷载的作用,结构内部的应力应变变形会使得沥青混凝土层产生疲劳损伤,最终导致路面结构内部产生裂纹,裂纹受到重复荷载影响不断扩展,疲劳裂缝便会扩展到路表面。

2.4 路面车辙

平钟高速公路部分路段呈现连续车辙病害,车辙深度普遍在10 mm左右,形态主要为荷载作用下的压密型车辙。

3 道路养护方案

平钟高速公路经过十多年的运营后,路面整体技术状况良好,但随着交通量的逐年增长和路面服役年限增加,陆续出现麻面、掉粒、车辙、拉裂、局部网裂等病害,路面性能持续衰减。为改善路面使用状况,延长路面使用寿命,需对路面进行及时养护。结合该项目的实际路况、广西区内高速公路沥青路面养护经验以及养护投资控制要求,提出多种方案并进行比选分析。

本次采用四种方案进行比选,分别为:超薄磨耗层、微表处、含砂雾封层、现场热再生[5],技术指标对比如表3所示。

表3 养护技术方案对比表

3.1 超薄磨耗层

超薄磨耗层是在原路面加铺新沥青路面层的技术,该技术可以改善路面平整度和抗滑性能,修复轻微车辙、纵、横向裂缝和轻度块裂、松散、泛油等病害。常见的超薄磨耗层代表结构为AC-8,厚度约1～3 cm,使用寿命一般为6～8年,费用约57元/m2。超薄磨耗层施工时间较短,能够降低施工对交通运行的影响,同时原路面通常条件下不需铣刨,施工速度快,可以一次成型,在摊铺后最快20 min即可重新开放交通。

3.2 微表处

微表处,即聚合物改性乳化沥青稀浆封层,采用聚合物改性乳化沥青、连续级配碎石、矿物填料及其他添加剂,按照一定比例进行拌和,使用专用摊铺设备进行施工,厚度约10～20 mm。微表处适用于轻度纵横裂缝、磨耗松散、抗滑性较差、渗水以及车辙稳定的沥青路面,当存在严重疲劳裂缝、路面损坏以及温度裂缝严重时不推荐使用。此外,微表处对路面噪音控制较差,舒适性不佳,使用寿命一般为2～4年,费用约25元/m2。

3.3 含砂雾封层

含砂雾封层是由特殊沥青材料、细集料、改性剂和催化剂等组成,可以有效恢复路面沥青材料的粘附力,填补微小裂缝和空隙,细集料对路面结构的抗滑能力也有一定补充。含砂雾封层可以防止路表沥青膜剥落引起的病害,从而延长道路使用寿命。但确保沥青路面整体性能良好是进行含砂雾封层预防性施工的必要条件,含砂雾封层的寿命一般为2～4年,费用约15元/m2。

3.4 就地热再生

就地热再生作为一种预防性养护手段用于沥青表面层,能够恢复沥青性能和沥青路面的柔韧性,修复沥青路面裂缝,提高路面平整度,保证行车安全和舒适度。相较于传统的沥青路面维修方式,就地热再生养护手段能够节省沥青、砂石等材料,对于废料处理、保护环境具有重要的促进作用。但就地热再生不适合用于路面补强、无法除去不适合进行再生的旧沥青混合料,级配调整幅度有限,施工条件相对苛刻,再生厚度约4 cm,寿命一般为3～5年,费用约50元/m2。

综上所述,结合平钟高速路况调查及分析结果,本次路面处置采用超薄磨耗层方案。具体处置段落如下:上行线包括K705+000～K710+000、K2619+000～K2620+000、K2613+000～K2614+000、K2647+000～K2649+000;下行线包括K706+000～K711+000、K2612+000～K2616+000、K2634+000～K2635+000、K703+000～K704+000、K711+000～K714+000。

4 病害处治方案

4.1 裂缝处治

4.1.1 微小裂缝处治

对于缝宽<3 mm的微小裂缝,且缝边无破碎、无啃边、无错台等病害的微小裂缝,不作处理;直接撒布SBS改性沥青同步碎石粘结层后,加铺20 mm厚SBS改性沥青超薄磨耗层AC-8。

4.1.2 宽裂缝处治

对于缝宽<3 mm但缝边破碎、啃边、错台等病害的单条微小裂缝,以及缝宽>3 mm且缝边无破碎、无沉陷、无错台的单条裂缝,采用扩缝加玻璃纤维土工格栅的处置措施。完成裂缝处置后,撒布SBS改性沥青同步碎石粘结层、加铺20 mm厚SBS改性沥青超薄磨耗层AC-8。

4.1.3 破碎裂缝和裂缝带处治

对于缝宽>3 mm的单条裂缝,且缝边破碎、错台、沉陷,形成破碎裂缝的,以及2条和2条以上裂缝组成的破碎带,则挖除损坏路面至完好层,根据坑深回填SBS改性沥青混凝土AC-13或水泥混凝土至旧路面顶面以下40 mm,然后铺筑40 mm厚SBS改性沥青混凝土AC-13,与旧路面齐平。完成裂缝处置后,铺设玻璃纤维土工格栅、撒布SBS改性沥青同步碎石粘结层后,加铺20 mm厚SBS改性沥青超薄磨耗层AC-8。

4.2 路面坑槽处治

坑槽处置方法与破碎裂缝处置方法相似,即挖除破损的4 cm表面层,在坑底和坑壁后涂抹SBS改性沥青粘层(不含碎石),填筑40 mm厚SBS改性沥青沥青混凝土AC-13,与旧路面齐平;如果中面层破损,则挖除破损的4 cm表面层和5 cm中面层,在坑底和坑壁后涂抹SBS改性沥青粘层(不含碎石),铺筑50 mm厚SBS改性沥青AC-13,然后撒布SBS改性沥青粘层(不含碎石)后铺筑40 mm厚SBS改性沥青AC-13,与旧路面齐平;如果下面层破损,则挖除破损的4 cm表面层、5 cm中面层和6 cm下面层,整平坑底和坑壁后,浇筑110 mm厚C30水泥混凝土,然后撒布SBS改性沥青粘层(不含碎石)后铺筑40 mm厚SBS改性沥青AC-13,与旧路面齐平;如果水稳基层破损,则挖除破损的150 mm厚沥青层和200 mm厚水稳基层,整平坑底和坑壁后,浇筑310 mm厚C30水泥混凝土,然后撒布SBS改性沥青粘层(不含碎石)后铺筑40 mm厚SBS改性沥青AC-13,与旧路面齐平。

切割开挖范围为坑槽边缘加10 cm,开挖面积应呈方形或矩形,开挖的范围和深度由现场管理单位现场确定。不含碎石的SBS改性沥青粘层的撒布量为0.5～0.8 kg/m2。对于现路面坑槽修补块,若其表面出现裂缝、错台、沉陷,则按坑槽处置,即挖除原修补块后重新修复,处置范围和开挖深度由现场管理单位确定。

5 结语

随着道路使用年限的增加,高速公路沥青路面容易发生多种病害。道路养护管理部门需要准确掌握沥青路面病害的类型和原因,并针对已发生的路面病害,及时提出道路养护及改善措施,才能有效降低道路病害对路面使用性能的影响,进而提高道路行驶舒适性与安全性,延长沥青路面使用寿命。