高速公路沥青路面养护决策研究
高速公路沥青路面养护决策研究
石佼龙 赵顺
齐鲁交通菏泽高速产业开发有限公司山东 菏泽 274000
摘要：本文结合某高速公路养护实践，阐述了高速公路科学的养护决策理念、阶段性养护维修策略和局部挖补及整体罩面维修方案等内容，得出结论：一是要重视小修保养，二是不轻易铣刨半刚性结构层，三是加强日常巡查、做好阶段性养护维修和局部挖补及整体罩面。为今后高速公路沥青路面养护的顺利开展提供了参考。
关键词：高速公路;沥青路面;公路养护;
高速公路运营中,影响道路工作性能的因素是多方面的。结构层所用的道路材料质量是否满足要求、材料组成设计与结构组合是否与交通轴重和交通量相适应、层间界面状态与连接程度、施工质量是否良好、路基支撑刚度是否与结构层应力相协调、地基承载能力与固结沉降的均匀性等,这些属于高速公路的建设条件,其决定与影响着抵抗轴载与环境作用的能力及病害类型实际通行的轴载、交通量是道路病害发生原因、发生时间、发生部位的主要外部条件而气候、环境作用主要是水、温度与冰冻等是病害发展速度及破坏能力的诱导因素,若养护不及时,将直接导致病害的快速恶化。
1.科学的养护决策理念
1.1预防性养护理念
美国SHRP计划的一个重要成果就是指出了预防性养护在延缓路面使用性能恶化速率,延长其使用寿命和节约寿命周期费用方面的重要意义。正确实施预防性养护措施可保持良好的路面使用性能,延长路面的使用周期,减少道路生命周期费用和节约养护维修资金。根据SHRP计划估算,在路面整个生命周期内进行3-4次的预防性养护可以延长使用寿命10-15年,节约养护费用45%-50%。因此，高速公路养护管理要牢固树立预防性养护和全寿命周期养护成本理念。预防性养护理念的建立是为了维护路面良好的服务功能,尽可能地避免由路面早期表面功能损坏发展为路面早期结构性损坏,实现高速公路养护维修与运营的经济性最优。
1.2重视路面小修保养
小修保养是指对公路及沿线设施经常进行维护保养和修补其轻微损坏部分的作业,是高速公路养护管理的基础性工作,也是预防性养护的关键环节。小修保养具有点多、面广、线长、作业分散等特点,是一种长期的、复杂的、动态的管理工作,养护工作要求及时、精细。
半刚性基层沥青路面结构特点决定了其路面易开裂,易发生水损坏。其结构的稳定性与路面功能的变化特别依赖于及时、精细的小修保养,养护不及时将导致病害迅速发展。正是基于对半刚性结构病害产生、发展机理的认识,在养护管理中要把小修保养作为养护管理的关键环节,注重小修保养的及寸、精细与新材料及新技术的应用。
高速公路小修保养中,对横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、块状裂缝、坑槽、松散、沉陷、波浪拥包、泛油、修补不良损坏、破碎板、板角断裂、错台、哪泥、边角剥落、接缝料破损、坑洞、拱起、层状剥落等路病害,要及时处理。
要特别注重路面的封水、排水与防水,及时、科学地进行裂缝封堵和坑槽修补,避免水损坏引发大规模病害发生,以确保路面结构的工作稳定性,从而保持路面的服务水平,延长路面的使用寿命,降低养护成本。在实施裂缝、坑槽这些看似“小”问题的养护维修时,要把握养护时机,确保施工工艺与施工质量,避免因修补工艺、质量不精良产生新的“易损”创伤面。
1.3不轻易铣刨半刚性结构层
对于貌似严重的路面结构病害,不轻易铣刨半刚性结构层。（1）避免扩大开挖范围。挖补就是破坏,挖的越深,扰动破坏程度及影响范围越大。路面直接暴露在自然环境中,经受动载重复作用,挖补后的周边容易应力集中、新旧材料界面粘结不好月渗水、新旧材料温度应力与车载作用下工作性能不协调等问题造成新的结构薄弱面。（2）不破坏结构自身调整。在水温、车辆荷载等各种因素的作用下,路面在开裂过程中自身不断调整。在出现结构面而路面结构调整过程中,阻止水的进入,不作大动作的开挖以激活开裂因子。开挖修补后首先从边界开始破坏,在车载与水的渗入的作用下破坏加速,形成卿浆。（3）利用原路面结构潜能。随路龄与轴载作用次数的增加,特别是重载车的作用,路面沥青老化、车辙、拥抱、坑槽等路面功能严重降低。结构功能表现为弯沉增大,支撑刚度不均面层纵横开裂、局部网裂沉陷和路面整体变形,局部病害较为严重。此时,路面疲劳开裂严重,车载作用下板块的垂直位移致使沥青面层底部拉应力与剪应力增大,板块的上下错动反射到沥青层底部,加剧了沥青面层开裂。在开裂过程中,如果没有水的渗入,板块间会进入应力自调整并趋于新的稳定过程,而如果对道路进行开膛破肚维修,则维修过程中的施工荷载可能进一步加剧下部老路面结构的损坏。（4）路面结构柔性化发展。整体罩面后的路面结构已具有“柔性路面结构”性能,能更好的应对超载状态。己有的研究表明,与柔性路面结构相比,半刚性路面对超载更加敏感。在标准轴载下,半刚性基层沥青路面各结构层的层底拉应力几乎不超过75微应变,路基顶面的压应变一般是165-170微应变；当超载50%时,各结构层的层底拉应力都增加50%,并且呈线性增长。而在相同的超载条件下,柔性路面结构各结构层的层底部拉应力均小于允许拉应力。
2.阶段性养护维修策略
2.1运营初期阶段
高速公路建成运营初期,半刚性基层沥青路而结构体系处于自调招至稳定状态,沥青路面产生横向纵向裂缝、局部车辙、沉陷和浆泛油等病害,早期水损坏是路面病害的主要原因。这个阶段对路面进行预防性养护是关键,主要是针对早期水损坏,以封缝堵水、防止水损坏为养护工作的重点,及时封堵裂缝,修补坑槽,根治局部因施工质量造成的网裂。此阶段养护维修中,小修保养工作的及时精细,裂缝和坑槽处置中修补技术、修补材料的选用,工艺研究及质量环节控制,这些成为遏制路面早期水损坏与路面功能性损坏的关键。
（1）日常巡查
高速公路养护时机的选择关系到养护寿命周期成本和养护效果,是高速公路养护决策的关键问题。路况巡查能够及时发现路面及其附属设施的损坏情况和可能影响交通的突发病害,及时对道路进行维护,从而消除安全隐患,以较少的投入获得理想的养护效果,做到高速公路养护的及时性和日常化。
（2）裂缝处置
在裂缝的处置中,主要考虑灌缝材料、灌缝季节、开槽形状、是否开槽等问题。①灌缝材料。灌缝材料的选择是保证沥青路面修补质量的关键之一。好的修补材料不仅具有优良的施工特性、对环境无污染,而且可以使修补后的沥青路面很快恢复使用并长期保持使用性能。②灌缝季节。一般而言,北方地区,选择春秋两季进行施工。在春末夏初雨季到来之前灌缝,以封堵雨季雨水下渗,秋末的十月底至十一月初灌缝,以封堵冬季雨雪下渗。而且,此时环境温度处于年平均气温,裂缝宽度为一年中的平均宽度。因此,春秋两季施工既有利于将材料灌至最深处,可以填充足够的材料,又有利于选择填缝材料,并使填缝材料与路面结构更好的粘为一体。且在保证灌缝材料充分填充的同时封堵了水、雨雪沿缝隙的下渗,起到了灌缝封堵的目的。③是否开槽。公路养护技术规范规定：由于路面基层温缩、干缩引起的纵向、横向裂缝,缝宽在6mm以内的,宜将缝隙刷扫干净,并用压缩空气吹去尘土后,采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵由于路面基层温缩、干缩引起的纵向、横向裂缝,缝宽在6mm以上的,应剔除裂缝内杂物和松动的裂缝边缘,即开槽填缝。④开槽形状。在开槽形状问题上,传统的施工方法多是沿着裂缝开一条凹槽,使填缝材料免受过分的拉压力及交通荷载的作用,开槽形状一般为矩形。
（3）坑槽处置
坑槽的处置方案多采用冷修补工艺,根据填补料又可分为两种,即冷补料修补和热补料修补。热料冷补工艺是目前普通公路病害修补较常采用的方法,该工艺适用于高温季节沥青路面病害的集中修复和雨后抢救性修复,其施工工艺见图1所示。冷料冷补工艺主要用于快速应急性修补,通常先画施轮廓图,用切割机开槽成型,用液压镐开挖,然后用吹风机将待补坑槽松散物、灰尘及淤泥清除干净,加入冷补料,摊铺均匀,然后用压实机械压实。深度在6cm以上的坑槽必须分层投料压实。修补完毕10分钟即可开放交通。
图1 热料冷补施工艺
2.2运营中期阶段
高速公路在运营多年后,随着面层功能性病害的发生,道路平整度和抗滑性能降低,路面行驶质量下降,路面功能衰减,而整体结构处于平稳工作状态。这一阶段养护维修的主要任务是恢复路面功能,忌大动作的结构性开挖,避免破坏结构平衡,产生新的结构薄弱面。此阶段性养护维修策略主要是：①养护管理以路面功能修复的预防性养护为主,封堵水的下渗、排水,及时的小修保养与预防性养护非常关键。②局部路段采用封层、薄层罩面技术。维修时尽量不采取大动作,不创造新的结构薄弱面,维护路面结构的稳定性。③对局部基层碎裂、弯沉值变异性大的部位根治病害外,如对局部路基施工或地基固结沉陷实施压浆处理对因中央分隔带积水渗入层间造成损害进行路基顶管排水处理对局部路面沉陷变形、开裂、卿浆等病害,进行局部挖除后,进行界面灌缝处理,回填料界面连接,最后进行薄层罩面封水、维护路面功能。尽量不进行大动作的结构性开挖,尽量避免路面结构扰动,确保结构工作的整体性与稳定性。④每年采用先进检测设备对路面结构和功能指标进行检测,通过对检测数据的分析及时了解把握路面状况与结构性能的变化情况,依此确定病害成因、病害程度和病害范围,制定养护维修方案。
2.3运营中后期阶段
随着道路使用年限的增长,车辆荷载特别是重载、超载车辆的反复作用,以及水等自然因素的影响,沥青逐渐老化,面层逐渐产生横向裂缝、纵向裂缝、不规划裂缝和网裂、龟裂、块裂等病害,路面抗滑能力降低,许多路段出现车辙、泛油、拥包、哪浆、破碎、麻面、坑槽、沉陷等病害,严重影响行车舒适性与安全性,有的强度薄弱部位产生基层疲劳破坏,超载车辆的迅猛增加,使路而破损状况有明显加重的趋势。
3.局部挖补及整体罩面维修方案
“局部挖补、整体罩面”是指高速公路养护维修中,为保持罩面层下路面结构层的稳定性,不对路面结构进行大范围的深度开挖,而只对局部基层碎裂、弯沉值变异性大的部位实施挖补,避免对结构造成整体性破坏,挖补后再对路面进行整体罩而处理的施工方法。对某高速公路“局部挖补、整体罩面”路段进行了弯沉检测,检测结果表明罩面维修后总弯沉代表值的变化范围为10.43-45.48×0.01mm,除个别路段外,大部分检测路段的代表弯沉值都远小于设计允许弯沉值,结构处于平稳的支撑刚度工作状态,路面服务功能良好。这说明此高速公路在运营10年后在重载大交通量条件下,尽管结构由平稳工作阶段进入结构疲劳开裂阶段,但“局部挖补、整体罩面”的维修方案是合理的。
4.结论
要特别注重路而的封水、排水与防水,及时科学的裂缝封堵和坑槽修补,避免水损坏引发大规模病害发生。避免扩大开挖范围,不破坏结构自身的协调过程,充分利用原有路面结构潜能和路面构柔性化发展。道路运营初期阶段,路面养护主要是预防早期损坏,封堵开裂,防止水损坏,及时的小修保养是关键。道路运营中期阶段,路面养护仍应以封堵水的下渗、排水、路表功能修复的预防性养护为主,除对局部基层碎裂、弯沉值变异性大的部位根治病害外,亦尽量不宜进行大动作的结构性开挖。道路运营中后期阶段,当路面由结构疲劳导致路面综合服务水平严重下降时,采用以“局部挖补、整体罩面”的主养护维修方案,进行专项维修工程来护持道路结构寿命。
参考文献
[1]王寿辉.高速公路病害诊断与养护决策研究[D].山东大学,2011.