高速公路瀝青路面養(yǎng)護決策研究
石佼龍 趙順
齊魯交通菏澤高速產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司山東 菏澤 274000
摘要：本文結(jié)合某高速公路養(yǎng)護實踐，闡述了高速公路科學的養(yǎng)護決策理念、階段性養(yǎng)護維修策略和局部挖補及整體罩面維修方案等內(nèi)容，得出結(jié)論：一是要重視小修保養(yǎng)，二是不輕易銑刨半剛性結(jié)構(gòu)層，三是加強日常巡查、做好階段性養(yǎng)護維修和局部挖補及整體罩面。為今后高速公路瀝青路面養(yǎng)護的順利開展提供了參考。
關(guān)鍵詞：高速公路;瀝青路面;公路養(yǎng)護;
高速公路運營中,影響道路工作性能的因素是多方面的。結(jié)構(gòu)層所用的道路材料質(zhì)量是否滿足要求、材料組成設(shè)計與結(jié)構(gòu)組合是否與交通軸重和交通量相適應(yīng)、層間界面狀態(tài)與連接程度、施工質(zhì)量是否良好、路基支撐剛度是否與結(jié)構(gòu)層應(yīng)力相協(xié)調(diào)、地基承載能力與固結(jié)沉降的均勻性等,這些屬于高速公路的建設(shè)條件,其決定與影響著抵抗軸載與環(huán)境作用的能力及病害類型實際通行的軸載、交通量是道路病害發(fā)生原因、發(fā)生時間、發(fā)生部位的主要外部條件而氣候、環(huán)境作用主要是水、溫度與冰凍等是病害發(fā)展速度及破壞能力的誘導(dǎo)因素,若養(yǎng)護不及時,將直接導(dǎo)致病害的快速惡化。
1.科學的養(yǎng)護決策理念
1.1預(yù)防性養(yǎng)護理念
美國SHRP計劃的一個重要成果就是指出了預(yù)防性養(yǎng)護在延緩路面使用性能惡化速率,延長其使用壽命和節(jié)約壽命周期費用方面的重要意義。正確實施預(yù)防性養(yǎng)護措施可保持良好的路面使用性能,延長路面的使用周期,減少道路生命周期費用和節(jié)約養(yǎng)護維修資金。根據(jù)SHRP計劃估算,在路面整個生命周期內(nèi)進行3-4次的預(yù)防性養(yǎng)護可以延長使用壽命10-15年,節(jié)約養(yǎng)護費用45%-50%。因此，高速公路養(yǎng)護管理要牢固樹立預(yù)防性養(yǎng)護和全壽命周期養(yǎng)護成本理念。預(yù)防性養(yǎng)護理念的建立是為了維護路面良好的服務(wù)功能,盡可能地避免由路面早期表面功能損壞發(fā)展為路面早期結(jié)構(gòu)性損壞,實現(xiàn)高速公路養(yǎng)護維修與運營的經(jīng)濟性最優(yōu)。
1.2重視路面小修保養(yǎng)
小修保養(yǎng)是指對公路及沿線設(shè)施經(jīng)常進行維護保養(yǎng)和修補其輕微損壞部分的作業(yè),是高速公路養(yǎng)護管理的基礎(chǔ)性工作,也是預(yù)防性養(yǎng)護的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。小修保養(yǎng)具有點多、面廣、線長、作業(yè)分散等特點,是一種長期的、復(fù)雜的、動態(tài)的管理工作,養(yǎng)護工作要求及時、精細。
半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)特點決定了其路面易開裂,易發(fā)生水損壞。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與路面功能的變化特別依賴于及時、精細的小修保養(yǎng),養(yǎng)護不及時將導(dǎo)致病害迅速發(fā)展。正是基于對半剛性結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生、發(fā)展機理的認識,在養(yǎng)護管理中要把小修保養(yǎng)作為養(yǎng)護管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié),注重小修保養(yǎng)的及寸、精細與新材料及新技術(shù)的應(yīng)用。
高速公路小修保養(yǎng)中,對橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂、塊狀裂縫、坑槽、松散、沉陷、波浪擁包、泛油、修補不良損壞、破碎板、板角斷裂、錯臺、哪泥、邊角剝落、接縫料破損、坑洞、拱起、層狀剝落等路病害,要及時處理。
要特別注重路面的封水、排水與防水,及時、科學地進行裂縫封堵和坑槽修補,避免水損壞引發(fā)大規(guī)模病害發(fā)生,以確保路面結(jié)構(gòu)的工作穩(wěn)定性,從而保持路面的服務(wù)水平,延長路面的使用壽命,降低養(yǎng)護成本。在實施裂縫、坑槽這些看似“小”問題的養(yǎng)護維修時,要把握養(yǎng)護時機,確保施工工藝與施工質(zhì)量,避免因修補工藝、質(zhì)量不精良產(chǎn)生新的“易損”創(chuàng)傷面。
1.3不輕易銑刨半剛性結(jié)構(gòu)層
對于貌似嚴重的路面結(jié)構(gòu)病害,不輕易銑刨半剛性結(jié)構(gòu)層。（1）避免擴大開挖范圍。挖補就是破壞,挖的越深,擾動破壞程度及影響范圍越大。路面直接暴露在自然環(huán)境中,經(jīng)受動載重復(fù)作用,挖補后的周邊容易應(yīng)力集中、新舊材料界面粘結(jié)不好月滲水、新舊材料溫度應(yīng)力與車載作用下工作性能不協(xié)調(diào)等問題造成新的結(jié)構(gòu)薄弱面。（2）不破壞結(jié)構(gòu)自身調(diào)整。在水溫、車輛荷載等各種因素的作用下,路面在開裂過程中自身不斷調(diào)整。在出現(xiàn)結(jié)構(gòu)面而路面結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中,阻止水的進入,不作大動作的開挖以激活開裂因子。開挖修補后首先從邊界開始破壞,在車載與水的滲入的作用下破壞加速,形成卿漿。（3）利用原路面結(jié)構(gòu)潛能。隨路齡與軸載作用次數(shù)的增加,特別是重載車的作用,路面瀝青老化、車轍、擁抱、坑槽等路面功能嚴重降低。結(jié)構(gòu)功能表現(xiàn)為彎沉增大,支撐剛度不均面層縱橫開裂、局部網(wǎng)裂沉陷和路面整體變形,局部病害較為嚴重。此時,路面疲勞開裂嚴重,車載作用下板塊的垂直位移致使瀝青面層底部拉應(yīng)力與剪應(yīng)力增大,板塊的上下錯動反射到瀝青層底部,加劇了瀝青面層開裂。在開裂過程中,如果沒有水的滲入,板塊間會進入應(yīng)力自調(diào)整并趨于新的穩(wěn)定過程,而如果對道路進行開膛破肚維修,則維修過程中的施工荷載可能進一步加劇下部老路面結(jié)構(gòu)的損壞。（4）路面結(jié)構(gòu)柔性化發(fā)展。整體罩面后的路面結(jié)構(gòu)已具有“柔性路面結(jié)構(gòu)”性能,能更好的應(yīng)對超載狀態(tài)。己有的研究表明,與柔性路面結(jié)構(gòu)相比,半剛性路面對超載更加敏感。在標準軸載下,半剛性基層瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力幾乎不超過75微應(yīng)變,路基頂面的壓應(yīng)變一般是165-170微應(yīng)變；當超載50%時,各結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力都增加50%,并且呈線性增長。而在相同的超載條件下,柔性路面結(jié)構(gòu)各結(jié)構(gòu)層的層底部拉應(yīng)力均小于允許拉應(yīng)力。
2.階段性養(yǎng)護維修策略
2.1運營初期階段
高速公路建成運營初期,半剛性基層瀝青路而結(jié)構(gòu)體系處于自調(diào)招至穩(wěn)定狀態(tài),瀝青路面產(chǎn)生橫向縱向裂縫、局部車轍、沉陷和漿泛油等病害,早期水損壞是路面病害的主要原因。這個階段對路面進行預(yù)防性養(yǎng)護是關(guān)鍵,主要是針對早期水損壞,以封縫堵水、防止水損壞為養(yǎng)護工作的重點,及時封堵裂縫,修補坑槽,根治局部因施工質(zhì)量造成的網(wǎng)裂。此階段養(yǎng)護維修中,小修保養(yǎng)工作的及時精細,裂縫和坑槽處置中修補技術(shù)、修補材料的選用,工藝研究及質(zhì)量環(huán)節(jié)控制,這些成為遏制路面早期水損壞與路面功能性損壞的關(guān)鍵。
（1）日常巡查
高速公路養(yǎng)護時機的選擇關(guān)系到養(yǎng)護壽命周期成本和養(yǎng)護效果,是高速公路養(yǎng)護決策的關(guān)鍵問題。路況巡查能夠及時發(fā)現(xiàn)路面及其附屬設(shè)施的損壞情況和可能影響交通的突發(fā)病害,及時對道路進行維護,從而消除安全隱患,以較少的投入獲得理想的養(yǎng)護效果,做到高速公路養(yǎng)護的及時性和日?；?。
（2）裂縫處置
在裂縫的處置中,主要考慮灌縫材料、灌縫季節(jié)、開槽形狀、是否開槽等問題。①灌縫材料。灌縫材料的選擇是保證瀝青路面修補質(zhì)量的關(guān)鍵之一。好的修補材料不僅具有優(yōu)良的施工特性、對環(huán)境無污染,而且可以使修補后的瀝青路面很快恢復(fù)使用并長期保持使用性能。②灌縫季節(jié)。一般而言,北方地區(qū),選擇春秋兩季進行施工。在春末夏初雨季到來之前灌縫,以封堵雨季雨水下滲,秋末的十月底至十一月初灌縫,以封堵冬季雨雪下滲。而且,此時環(huán)境溫度處于年平均氣溫,裂縫寬度為一年中的平均寬度。因此,春秋兩季施工既有利于將材料灌至最深處,可以填充足夠的材料,又有利于選擇填縫材料,并使填縫材料與路面結(jié)構(gòu)更好的粘為一體。且在保證灌縫材料充分填充的同時封堵了水、雨雪沿縫隙的下滲,起到了灌縫封堵的目的。③是否開槽。公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范規(guī)定：由于路面基層溫縮、干縮引起的縱向、橫向裂縫,縫寬在6mm以內(nèi)的,宜將縫隙刷掃干凈,并用壓縮空氣吹去塵土后,采用熱瀝青或乳化瀝青灌縫撒料法封堵由于路面基層溫縮、干縮引起的縱向、橫向裂縫,縫寬在6mm以上的,應(yīng)剔除裂縫內(nèi)雜物和松動的裂縫邊緣,即開槽填縫。④開槽形狀。在開槽形狀問題上,傳統(tǒng)的施工方法多是沿著裂縫開一條凹槽,使填縫材料免受過分的拉壓力及交通荷載的作用,開槽形狀一般為矩形。
（3）坑槽處置
坑槽的處置方案多采用冷修補工藝,根據(jù)填補料又可分為兩種,即冷補料修補和熱補料修補。熱料冷補工藝是目前普通公路病害修補較常采用的方法,該工藝適用于高溫季節(jié)瀝青路面病害的集中修復(fù)和雨后搶救性修復(fù),其施工工藝見圖1所示。冷料冷補工藝主要用于快速應(yīng)急性修補,通常先畫施輪廓圖,用切割機開槽成型,用液壓鎬開挖,然后用吹風機將待補坑槽松散物、灰塵及淤泥清除干凈,加入冷補料,攤鋪均勻,然后用壓實機械壓實。深度在6cm以上的坑槽必須分層投料壓實。修補完畢10分鐘即可開放交通。
圖1 熱料冷補施工藝
2.2運營中期階段
高速公路在運營多年后,隨著面層功能性病害的發(fā)生,道路平整度和抗滑性能降低,路面行駛質(zhì)量下降,路面功能衰減,而整體結(jié)構(gòu)處于平穩(wěn)工作狀態(tài)。這一階段養(yǎng)護維修的主要任務(wù)是恢復(fù)路面功能,忌大動作的結(jié)構(gòu)性開挖,避免破壞結(jié)構(gòu)平衡,產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)薄弱面。此階段性養(yǎng)護維修策略主要是：①養(yǎng)護管理以路面功能修復(fù)的預(yù)防性養(yǎng)護為主,封堵水的下滲、排水,及時的小修保養(yǎng)與預(yù)防性養(yǎng)護非常關(guān)鍵。②局部路段采用封層、薄層罩面技術(shù)。維修時盡量不采取大動作,不創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)薄弱面,維護路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。③對局部基層碎裂、彎沉值變異性大的部位根治病害外,如對局部路基施工或地基固結(jié)沉陷實施壓漿處理對因中央分隔帶積水滲入層間造成損害進行路基頂管排水處理對局部路面沉陷變形、開裂、卿漿等病害,進行局部挖除后,進行界面灌縫處理,回填料界面連接,最后進行薄層罩面封水、維護路面功能。盡量不進行大動作的結(jié)構(gòu)性開挖,盡量避免路面結(jié)構(gòu)擾動,確保結(jié)構(gòu)工作的整體性與穩(wěn)定性。④每年采用先進檢測設(shè)備對路面結(jié)構(gòu)和功能指標進行檢測,通過對檢測數(shù)據(jù)的分析及時了解把握路面狀況與結(jié)構(gòu)性能的變化情況,依此確定病害成因、病害程度和病害范圍,制定養(yǎng)護維修方案。
2.3運營中后期階段
隨著道路使用年限的增長,車輛荷載特別是重載、超載車輛的反復(fù)作用,以及水等自然因素的影響,瀝青逐漸老化,面層逐漸產(chǎn)生橫向裂縫、縱向裂縫、不規(guī)劃裂縫和網(wǎng)裂、龜裂、塊裂等病害,路面抗滑能力降低,許多路段出現(xiàn)車轍、泛油、擁包、哪漿、破碎、麻面、坑槽、沉陷等病害,嚴重影響行車舒適性與安全性,有的強度薄弱部位產(chǎn)生基層疲勞破壞,超載車輛的迅猛增加,使路而破損狀況有明顯加重的趨勢。
3.局部挖補及整體罩面維修方案
“局部挖補、整體罩面”是指高速公路養(yǎng)護維修中,為保持罩面層下路面結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性,不對路面結(jié)構(gòu)進行大范圍的深度開挖,而只對局部基層碎裂、彎沉值變異性大的部位實施挖補,避免對結(jié)構(gòu)造成整體性破壞,挖補后再對路面進行整體罩而處理的施工方法。對某高速公路“局部挖補、整體罩面”路段進行了彎沉檢測,檢測結(jié)果表明罩面維修后總彎沉代表值的變化范圍為10.43-45.48×0.01mm,除個別路段外,大部分檢測路段的代表彎沉值都遠小于設(shè)計允許彎沉值,結(jié)構(gòu)處于平穩(wěn)的支撐剛度工作狀態(tài),路面服務(wù)功能良好。這說明此高速公路在運營10年后在重載大交通量條件下,盡管結(jié)構(gòu)由平穩(wěn)工作階段進入結(jié)構(gòu)疲勞開裂階段,但“局部挖補、整體罩面”的維修方案是合理的。
4.結(jié)論
要特別注重路而的封水、排水與防水,及時科學的裂縫封堵和坑槽修補,避免水損壞引發(fā)大規(guī)模病害發(fā)生。避免擴大開挖范圍,不破壞結(jié)構(gòu)自身的協(xié)調(diào)過程,充分利用原有路面結(jié)構(gòu)潛能和路面構(gòu)柔性化發(fā)展。道路運營初期階段,路面養(yǎng)護主要是預(yù)防早期損壞,封堵開裂,防止水損壞,及時的小修保養(yǎng)是關(guān)鍵。道路運營中期階段,路面養(yǎng)護仍應(yīng)以封堵水的下滲、排水、路表功能修復(fù)的預(yù)防性養(yǎng)護為主,除對局部基層碎裂、彎沉值變異性大的部位根治病害外,亦盡量不宜進行大動作的結(jié)構(gòu)性開挖。道路運營中后期階段,當路面由結(jié)構(gòu)疲勞導(dǎo)致路面綜合服務(wù)水平嚴重下降時,采用以“局部挖補、整體罩面”的主養(yǎng)護維修方案,進行專項維修工程來護持道路結(jié)構(gòu)壽命。
參考文獻
[1]王壽輝.高速公路病害診斷與養(yǎng)護決策研究[D].山東大學,2011.
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