高速公路瀝青路面病害分析及養護辦法

葛 晗

(廣東省高速公路有限公司粵贛分公司，廣東 河源 517000)

0 引 言

隨著我國基礎設施交通網絡不斷完善，公路工程的建設速度日益提高，建設長度已突破100 000 km。其中廣東高速公路通車總里程將突破9 000 km，連續5年居全國第一。在未來，高速公路工程必然會從擴張施工慢慢轉變至養護運營。同時，經調查可知國內高速公路路面結構層大概80%以上均為瀝青混合料路面。高速公路瀝青料路面如果不及時養護，容易出現多個類型的病害，干擾車輛行駛舒適度及安全，故確定合理、經濟的高速公路路面治理方案已經成為要解決的重要問題。傳統的瀝青路面養護措施往往只針對某一類病害形式，但是路面病害是相互作用、相互影響的復雜系統。隨著路面養護技術的不斷進步，養護設計理念的不斷完善，國內外學者也結合經過多年工程實踐經驗和瀝青路面的特點研發了一些新的養護技術。但是，很多工程技術人員在開展高速公路瀝青路面養護作業時，仍不能有針對性的選擇經濟合理的養護措施，往往導致設計施工偏于保守、費用過高。因此，研究瀝青路面病害機理及相應的養護措施是十分必要的。

1 高速公路瀝青路面病害類型

高速公路在運營期間，由于溫濕度變化、降雨、車輛等外部荷載原因，可能導致瀝青路面出現一定程度的損傷。根據損傷原因不同，可能同時出現多種類型病害，典型的瀝青混合料路面病害有裂縫、坑槽、車轍等。同時，各種瀝青路面病害形式隨機組合，相互作用，形成復雜路面病害系統。

(1)裂縫

裂縫是高速公路瀝青路面最常見病害，根據裂縫的特征可將其劃分成橫向裂縫、縱向裂縫、不規則裂縫、網狀向裂(龜裂)，其中橫向裂縫一般是垂直于車輛行駛方向，按照裂縫寬可分成輕度和重度，前者較細(小于5 mm)，裂縫沒有剝落現象或輕微剝落，后者裂縫較寬(大于5 mm)，裂縫剝落明顯；縱向裂縫是平行于車輛行駛方向，按照裂縫寬同樣分成輕度與重度，前者裂縫散落程度低，支縫數量少，后者支縫數量多；網狀裂縫通常是由多條的橫向裂縫與縱向裂縫相互交錯而成。

(2)坑槽

坑槽是一種“凹狀結構”，屬于水損破壞的一種。高速公路瀝青料路面養護技術規范把坑槽視為松散類病害，各種坑槽具體特征如表1所示。

表1 高速公路瀝青路面坑槽特征

(3)車轍

車轍是高速公路瀝青路面最嚴重病害之一，根據車轍產生原因可將其劃分成失穩性、結構性(永久性)、壓密性及磨耗性車轍。各類車轍的具體特點如下：第一，失穩性車轍危害程度大，經常出現在高速公路上坡路段，尤其是山區高速更加嚴重。失穩性車轍往往呈“W型”，其形狀主要與車輪構造，車速、車輪胎行駛所受的橫向應力等因素密切相關；第二，結構性車轍一般呈“U型”，它的出現是因為路基受荷載產生變形，并發射到瀝青路路面所引起。結構性車轍地變形量小，但寬度十分明顯，不易修復；第三，壓密性和磨耗型車轍主要是因為公路瀝青路面結構層在反復車輛荷載、自然環境等因素作用下，瀝青被碾壓實或侵蝕所導致。

2 瀝青路面病害成因及養護技術

為了提高高速公路瀝青混凝土路面建設水平及運營壽命，技術人員應在理解其病害機理的前提下，掌握針對各種病害的養護技術和具體的施工要求，依托惠河高速某段瀝青路面工程，路面結構層總厚度為71 cm：上面層1 cm微表處+4 cm普通瀝青(AK-13B)+5 cm普通瀝青中面層(AC-20I)+6 cm普通瀝青下面層(AC-25I)+35 cm基層(5%水泥穩定級配碎石)+20 cm底基層(4%水泥穩定級配碎石)。經調查，該路段在運營期間出現了連續坑槽、裂縫、車轍、松散等病害，自2005年通車以來，在2007年開始先后實施了微表處、霧封層、UTAC-10罩面、加鋪AC-13、16C等養護措施，本段病害處置主要采取銑刨主車道再鋪筑4 cmGAC-16C(PG82)改性瀝青混凝土。

2.1 裂縫病害機理及養護技術

(1)裂縫產生機理

高速公路瀝青路面裂縫病害根據發生機理能分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類。低溫收縮裂縫出現機理是瀝青受溫度影響大，在冬季氣溫較低，導致瀝青應力松弛無法抵消溫度應力地持續增長。當溫度應力大于瀝青混合料抗拉強度，路面則可能出現橫線裂縫；反射裂縫主要出現在基層為半剛性材料(如水泥穩定土、石灰穩定土、二灰土等)的瀝青混合料路面，這是因為瀝青混合料路面所處地外界環境溫度驟降時，基層材料會大幅度收縮，使得瀝青面層產生較大拉應力，導致裂縫出現或增大原有裂縫。同時，反射裂縫還會受應力疊加效應的影響，加劇裂縫處應變，使裂縫寬度增加；荷載裂縫產生機理是在反復車輛荷載作用下，路面結構層產生的拉應力σt超過瀝青混合料容許拉應力[σ]，從而使面層出現荷載裂縫。

(2)養護技術

目前針對高速公路瀝青路面裂縫處治主要有開槽灌縫法、填縫法等技術。開槽灌縫技術應用最為廣泛，它是利用開槽機沿著原裂縫鑿出寬1.2～1.5 cm、深1.5～1.8 cm槽，并使用灌封機把加熱后的灌縫材料壓入裂縫，作業效率高、使用壽命長，但前期設備費用和施工成本偏高。填縫技術通常用于裂縫寬度小于3 mm的非工作縫處治。此外，修補材料選擇是影響裂縫養護成效關鍵環節之一，修補材料應具有良好的粘彈性、抗裂性、低溫穩定性等特點，不得直接采用熱瀝青混合料(熱瀝青難以滲入面層，大多殘留在路表效果不佳)。

2.2 車轍病害機理及養護技術

(1)車轍產生機理

高速公路瀝青路面車轍病害發生機理主要有內因和外因兩個方面，前者包括瀝青混合料和路面結構類型等，后者包括氣候變化、交通條件、施工質量等因素。

瀝青混合料強度由其內摩擦角和粘結力決定，可以用摩爾-庫倫理論解釋這一現象。

τ=σtanφ+c

式中：τ為瀝青混合料抗剪強度，kPa；σ為瀝青混合料所受正應力，kPa；c為瀝青與填料的粘結力，kPa；φ為瀝青混合料摩擦角，度。

(2)養護技術

近年來，針對惠河高速瀝青路面車轍處治主要有微表處、就地熱再生等方法。微表處技術是以改性乳化瀝青為粘接料的，在現場冷拌施工，其適用范圍廣、工程造價低，對環境污染較小，并能改善瀝青路面的承載能力。就地熱再生技術是通過對原路面加熱重熔、回收舊瀝青混合料，加入再生劑重新攪拌、攤鋪、碾壓，形成新的路面結構層。就地熱再生技術對于實現公路的可持續發展及節能環保具有十分重要的意義，但該方法是完全依賴再生劑性能，不摻入新瀝青或集料，無法調整瀝青混合料級配，對提高路面性能作用不大。

2.3 坑槽病害機理及養護技術

(1)坑槽產生機理

高速公路瀝青路面坑槽病害發生機理主要是：降雨產生的地表水或地下水等滲入路面結構層，導致瀝青和集料間的粘結力不斷減小，在反復車輛荷載的作用下，瀝青混合料出現剝落現象，進而導致坑槽。

(2)養護技術

高速公路瀝青路面坑槽病害處治常用挖補式坑槽修補技術，屬于永久性修補技術，施工流程主要包括：劃定維修面→處理坑槽→噴灑粘層油→回填瀝青混合料→碾壓瀝青混合料→封縫防水。挖補式坑槽修補技術的最關鍵環節是處理坑槽，處理坑槽機械主要有液壓鎬或切縫機，并確?？硬鄹稍?、平齊。如果坑槽壁較松散，應先將松散瀝青混合料顆粒清掃，再開展下一步作業。熱接縫修補按“圓坑方補”的原則進行。修補前應根據坑壁的質量狀況合理確定處治范圍，劃出邊線與路中線大致平行(或垂直)的矩形(即修補輪廓線)。冷接縫修補按“圓坑方補”的原則進行。修補前應根據坑壁的質量狀況合理確定處治范圍，劃出邊線與路中線大致平行(或垂直)的矩形(即修補輪廓線)，并用切割機切出矩形邊線(切割深度5 cm左右)。

3 結 語

(1)高速公路瀝青路面典型病害有裂縫、坑槽、車轍等，各種病害隨機組合，形成復雜的病害體系；

(2)公路瀝青路面裂縫病害按成因可分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類，處治技術主要有開槽灌縫、填縫等；

(3)公路瀝青路面車轍病害影響因素主要有混合料、路面結構、氣候變化、交通條件、施工質量等因素，主要有微表處、現場熱再生等處治技術；

(4)水等滲入瀝青路面結構層后，在車輛荷載的作用下，瀝青混合料會因粘結力下降而剝落，進而產生坑槽，較常用的坑槽病害處治措施挖補式坑槽修補技術。