柳州北环高速路面病害特征与养护决策分析

李江华 卢军源 马进 韦富荣

【关键词】沥青路面;无损检测;病害特征;破损率;养护决策

【中图分类号】U418.6 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0174-03

0 引言

随着我国经济建设的快速发展，高速公路通车里程逐年增加且目前建成的高速公路路面类型主要以沥青路面为主。广西地区早期建设的高速公路沥青路面基本上已经达到设计使用年限，路面出现各类病害，路面使用性能已经不能满足同行需求。随着广西高速公路网的快速发展及公众对服务水平要求的提升，如何保证良好的运行状态、提高养护资金的投资效益成为行业管理部门亟须解决的问题。沥青路面病害的发展贯穿整个使用周期，但是病害特征及成因不一，只有采取有效检测和分析方法，才能有效地提出处治对策并实施精准养护。

本文通过对柳州北环高速沥青路面进行综合检测，分析了沥青路面病害特征和演变机理，基于修正路面病害权重的破损率，重新划分破损状况等级作为养护决策分析参考，为项目级沥青路面养护维修工作提供科学支撑，可实现精准养护施工、节约养护成本。

1 柳北高速概况

柳州北环高速公路G78 K912+000—K958+387，雒容—洛满段全长46.387 km，路线起于鱼峰区雒容镇料旺村，与G72泉南高速公路桂柳段相交，途经雒容、洛埠、长塘、洛满等镇，与宜州至柳州高速相接，为双向四车道高速公路，设计行车速度为100 km/h。项目于2003年开工建设，于2006年10月建成通，至今已通车运营14年，已至路面设计使用寿命末期。近年来，该管养路段均出现了一些路面病害，如横向裂缝、连续纵向裂缝等，并且路面病害数量逐年增加，导致该路段管养难度及安全运行风险大增。

1.1 路面结构形式

路面结构为半刚性基层沥青路面，沥青混凝土面层总厚度为16 cm，结构为4 cm厚度的SBS改性沥青AC-13上面层+6 cm厚度的AC-20中面层+6 cm厚度的AC-25下面层，上面层采用辉绿岩集料和SBS改性沥青，中下面层采用石灰岩集料和AH—70#沥青。

1.2 交通状况分析

收集、统计和分析了柳州北环高速公路沿线2007—2019年情况（如图1所示），将其分为4个路段，即洛埠—雒容立交、柳州北—洛埠、柳州北—洛满东、洛满东—洛满立交，其中近3年交通车流量最大的路段是洛满东—洛满立交，货车车流量最大的是柳州北—洛埠。

2014年以来，交通量增长较快，从柳州全路段来看，洛埠往洛满方向，车辆自然数从2016年后逐渐增加，货车比例也逐渐增高，全路段平均货车比例约34.4%，累计交通量的增长对路面使用性能的衰减产生重要影响。

1.3 养护历史分析

柳州北环高速路面主要病害类型有裂缝、坑洞等。结合历年交通情况，表明随着2006年通车至2014年前后交通量的增长，交通流量达到了小高峰，路面裂缝数量也出现激增（如图2所示）。2014—2019年实施了超薄磨耗层、路面铣刨重铺等措施，主要病害数据相对减少，但是随着交通流量在2018年后又出现一次小高峰，当前柳州北环高速公路已通车近14年，必须采取有效的养护措施应对交通增长和使用寿命双重压力。

2 路面综合检测

2.1 表面状况检测

采用CICS多功能路况检测系统对柳州北环高速公路上下行第二行车道共计92.77 km进行路面技术状况检测并进行评价。以每公里为评定单元进行汇总，由相关数据可知，柳州北环高速路面状况主要为路面破损病害，路面行驶质量指数平均值为94.17、路面车辙深度指数RDI平均值为93、路面抗滑性能指数SRI为93.37，路面跳车指数平均值为100，除PCI外都维持在较好的状态，其中PCI路面损坏状况指数平均值为90.82（小于92），全线共计61.39 km，PCI小于92，路面破损范围较广。

2.2 路面结构检测

采用丹麦进口的Dynstest 8002全自动式落锤弯沉仪，检测柳州北环连续纵向裂缝路段的第二行车道7个路段共计305个检测点，检测结果主要在30～100μm，检测各个路段弯沉值较为稳定，温度修正平均值基本小于126μm，总体结构强度较好。此外，采用MaLa探地雷达，配备500 MHz天线探测轮迹带长纵裂缝、路面网裂、沉陷等特殊路段及路面状况较为良好的路肩。检测结果表明：路面轮迹带处多条纵向裂缝呈网裂或横纵交叉，基本可认为基层已受到一定程度的损坏，呈松散脱空状态，损坏深度可达到下水稳基层，面单条纵向裂缝处，基层情况较好，局部路段上水稳基层顶部有轻微受损。

2.3 沥青抽提检测

在慢車道右轮迹钻取的芯样中分别选取6个，切取上面层，首先用旋转离心法抽提沥青，然后用阿布森法回收沥青，最后检测回收沥青的三大指标，回收沥青的针入度（25 ℃，100 g，5 s）试验结果为3.8 mm，延度（5 ℃，5 cm/min）为5 cm，软化点（TR&B）为57.5 ℃。回收上面层沥青的三大指标试验结果不在规范规定的范围内，表明目前改性沥青老化严重，是导致路表开裂、脱粒等的主要内在原因。

3 路面病害特征及演变机理

（1）连续纵向裂缝：柳州北环路面纵向裂缝主要产生位于行车道的双侧轮迹带纵向Top-down型裂缝，并且仍存在发展趋势。由路面综合检测结果分析可知，一方面交通量急速增长，货车比例越来越大，另一方面在雨季期间，雨水灌进缝中，在行车的作用下，造成沥青路面水损害。因此，长期服役下的沥青路面在遭到交通荷载和温湿度的应力疲劳作用下呈现不同程度的老化，路面表层集料出现剥落，路面出现裂缝，并且发展速度大于养护维修的速度，没能够及时封闭裂缝，裂缝自上而下发展至中下面层及基层，基层受到水毁后出现松散和脱空，在交通荷载作用下路面出现龟裂和网裂。

（2）间隔横向裂缝：柳州北环路面横向裂缝较为规则，并延伸至硬路肩，纵向呈间隔分布，间隔在10～30 m，通过在横缝位置钻芯情况表明裂缝已贯穿基层，底基层芯样完好，属典型的半刚性基层反射裂缝，即在行车荷载的作用下，特别是超重车辆较多的情况下，半刚性基层底部产生过大的拉应力，导致基层开裂，随着荷载的反复作用，裂缝会逐渐扩展到沥青面层。

4 养护决策方法及应用案例

基于柳州北环高速沥青路面主要病害为破损情况，并考虑到现行规范[1]，路面损坏状况指数PCI计算结果受路面病害是否修复影响较大，不能全面反映路面真实破损状况[2]。为了利于评价路面性能衰减情况，掌握路面损坏真实状况，依据柳州北环沥青路面主要病害为条状修补和块状修补，重新定义病害率，采用损坏率作为路面损坏状况评价分析依据，提出计算方法如下：损坏率=（条状病害面积+块状病害面积）/路面评定面积×100，面积单位为m2。公式中：条状病害面积=条状病害长度×影响宽度（取0.2 m）。

根据“十三五”公路养护规划要求，PQI需大于92，对损坏率划分等级标准，按上、下行分别以每百米为评价单元统计汇总评定结果，本文提出了表1损坏等级及依据，用于养护维修做决策数据支撑。

本文对柳州北环高速公路路面进行养护决策分析，依据2019年度柳州北环高速公路行车道路面技术状况检测数据，上行路面损坏情况较下行路面严重，从车流通行的断面观察（除去路面损坏的几个激增路段分），受到较大的车流和重车（货车比例较大）的影响，路面损坏情况较为严重的是柳州北—洛埠段。根据上述PQI评定结果和表2破损评定汇总情况，需要养护维修处治上述表中评定为中、次、差的路段，上、下行统计百米路段合计59 km。

目前，通常采取的路面养护维修措施有加铺超薄磨耗层、铣刨重铺、微表处和沥青路面热再生。近年来，在柳州北环高速实施了超薄磨耗层罩面或铣刨重铺上面层，综合检测和调查发现薄层罩面上已出现不同程度的横向、纵向反射裂缝，而铣刨重铺段只有少量裂缝，主要原因是在不同外部荷载下，面层厚度与模量不同影响了抵抗反射裂缝的效果[3]。由表1分析可知，单靠日常养护进行裂缝修补无法提升PCI，唯一方式是消除路面表面裂缝。综合对柳州北环高速路面的路面裂缝病害特征、结构强度及抽提沥青性能进行了试验和分析，可采取如下措施：①基层良好路段，采取铣刨重铺上面层措施;②基层局部破碎，采取铣刨重铺上、中、下面层及更换局部基层。

5 结语

通过对柳州北环高速公路路面病害的综合检测，分析了裂缝病害的特征、分布和成因，进行养护决策分析得到以下结论。

（1）采用综合检测方法对沥青路面状况、结构强度及沥青抽提分析，并结合探地雷达检测能够科学、有效地诊断出病害特征及成因。

（2）沥青路面主要病害类型为路面沥青老化、路面横向反射裂缝及连续纵向Top-down型疲劳裂缝，不适合加铺薄层罩面或者就地热再生工藝，建议以铣刨重铺的维修措施为主。

（3）基于沥青路面破损状况，根据养护目标提出损坏等级划分标准，将路面损坏状况按百米段结果进行分级统计，能够有效、精准地确定养护维修路段，采取合理的养护维修措施可达到良好的养护效果。

参 考 文 献

[1]JTG 5210—2012，公路技术状况评定标准[S].

[2]马进.基于沥青路面使用性能衰减规律的养护规划技术研究[J].西部交通科技，2018（8）：15-16，47.

[3]卢军源，袁野真.旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力参数化分析[J].公路交通科技（应用技术版），2017（7）：211-212，151.