廣東省高速公路典型結(jié)構(gòu)瀝青路面使用性能調(diào)查與分析*

許新權(quán)　吳傳?！±钌茝?qiáng)

(公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心1)　廣州　510420)　(廣東華路交通科技有限公司2)　廣州　510420)

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廣東省高速公路典型結(jié)構(gòu)瀝青路面使用性能調(diào)查與分析*

許新權(quán)1,2)吳傳海1,2)李善強(qiáng)1,2)

(公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心1)廣州510420)(廣東華路交通科技有限公司2)廣州510420)

為提高廣東省高速公路瀝青路面的使用壽命，降低瀝青路面結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)所帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)，對廣東省13條高速公路瀝青路面的結(jié)構(gòu)類型、養(yǎng)護(hù)措施以及使用性能進(jìn)行了調(diào)查分析.結(jié)果表明，在保證使用性能優(yōu)良的條件下，重載交通高速公路典型半剛性基層瀝青路面瀝青面層的平均使用壽命為10年；中、上面層不采用改性瀝青，瀝青路面易出現(xiàn)嚴(yán)重車轍病害；組合式基層瀝青路面更適合在濕熱地區(qū)特重載高速公路上使用.

高速公路；瀝青路面；使用性能；調(diào)查分析

0　引　　言

1989年，廣東省第一條高速公路(廣佛)建成通車，從此拉開了廣東省高速公路建設(shè)的序幕，截至2015年底，廣東省高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)達(dá)到6 880 km.研究表明，根據(jù)區(qū)域的交通和環(huán)境條件，選用合理瀝青路面結(jié)構(gòu)，能夠有效地減少瀝青路面早期損害發(fā)生的幾率，提高瀝青路面的服務(wù)水平，延長瀝青路面的使用壽命[1-3].從全壽命周期成本的角度來看，可節(jié)約高速公路總投資，降低路面長期維修所帶來的不良社會影響[4].國內(nèi)道路工程技術(shù)人員對瀝青路面的使用性能進(jìn)行了大量的調(diào)研工作，為當(dāng)?shù)氐穆访娼Y(jié)構(gòu)選型奠定基礎(chǔ)[5-7].因此，為降低高速公路瀝青路面全壽命周期內(nèi)的總費(fèi)用及路面結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)所帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)，文中對我省使用性能優(yōu)良的13條高速公路的瀝青路面的養(yǎng)護(hù)狀況與使用性能進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查與分析，調(diào)查結(jié)論可為我省后續(xù)瀝青路面的選用、養(yǎng)護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù).

1　路面調(diào)查方案

1.1路段選擇的基本原則

(1) 通車年限，選取不同通車年限的瀝青路面，通車年限分布在3～15年之間；(2) 結(jié)構(gòu)類型，選取不同基層類型的瀝青路面，如半剛性基層瀝青路面、柔性基層瀝青路面、剛性基層瀝青路面、組合式基層瀝青路面；(3) 瀝青層厚度，選取不同瀝青層厚的瀝青路面；(4) 交通量，分別選取中等交通、重交通、特重交通量的高速公路；(5) 區(qū)域分布，選取的高速公路分布在珠三角、粵東、粵西和粵北4個區(qū)域.

1.2選取的調(diào)查路段

根據(jù)調(diào)查路段選取原則，選擇廣東省代表性的13條高速公路進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)使用狀況調(diào)查，路段選擇的情況見表1.

云梧高速公路包含2種類型的碾壓混凝土基層瀝青路面試驗(yàn)段、渝湛高速包含4段柔性基層和組合式基層瀝青路面試驗(yàn)段、粵贛高速公路包含1段組合式基層瀝青路面試驗(yàn)段、廣賀高速(懷集至山水段)包含過渡段路面(兩層瀝青層)，總計(jì)23個代表性路段.其中通車10年以上高速4條，5～10年高速6條，5年以下高速3條.

表1　不同區(qū)域?yàn)r青路面路段選擇情況

1.3調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查內(nèi)容如下：(1) 路面結(jié)構(gòu)及相關(guān)路面設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)交通量、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等；(2) 路面配合比設(shè)計(jì)資料、施工質(zhì)量；(3) 路面歷年養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)前后路面檢測數(shù)據(jù)；(4) 路段各出入口和主線的交通量及車型數(shù)據(jù)；(5) 歷年路面破損、平整度、車轍、抗滑等檢測數(shù)據(jù).

2　瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料概況

經(jīng)過近30年的高速公路建設(shè)實(shí)踐，廣東省高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展可以分為如下3個階段：

第一階段(1989～2000年)瀝青路面厚度差別較大、材料類型多樣化發(fā)展階段.廣東省瀝青路面結(jié)構(gòu)、面層類型、材料多種多樣，瀝青層厚度和路面結(jié)構(gòu)總厚度都有明顯差別，例如瀝青面層厚度薄者僅7 cm(廣花高速公路)，厚者為32 cm(廣深高速公路)，瀝青層數(shù)從2層變化到4層；水泥穩(wěn)定材料基層厚度從20 cm變化到40 cm；底基層(或加墊層)厚度從15 cm變化到55 cm；瀝青路面總厚度最薄的為57 cm，最厚的達(dá)110 cm.

第二階段(2001～2010年)典型半剛性基層瀝青路面階段.2001～2004年之間，高速公路瀝青面層大多采用3層瀝青混合料，厚度在14～16 cm之間，個別高速公路采用兩層瀝青混合料.2004～2010年之間，省內(nèi)建成的高速公路瀝青路面，除江肇高速公路(一期)瀝青層厚度達(dá)到22 cm外，瀝青層厚度一般采用3層瀝青面層，厚度在17～19 cm之間，個別交通量較小的高速公路采用兩層瀝青面層，厚度在11～12 cm之間，如陽陽高速陽江港支線(瀝青層厚11 cm)；底基層一般采用18～20 cm厚水泥穩(wěn)定碎石，基層一般分兩層，采用32～40 cm水泥穩(wěn)定級配碎石；在土質(zhì)挖方路段或低填方路段(路基潮濕的路段)設(shè)置15～20 cm的未篩分碎石墊層.

第三階段(2010年至今)瀝青路面結(jié)構(gòu)多樣化發(fā)展階段.部分高速公路瀝青路面仍采用半剛性基層瀝青路面，根據(jù)交通量的情況，分別選用3層或2層瀝青路面，3層瀝青層厚度在18～19 cm之間，2層瀝青路面厚度在12～14 cm之間.基層厚度36～40 cm，底基層厚度18～20 cm，墊層采用攤鋪機(jī)鋪筑的級配碎石，厚度一般為15～20 cm.部分高速公路采用組合式基層瀝青路面，瀝青層厚度在26～29 cm之間，如博深高速(瀝青層厚29 cm)、廣河高速廣州段(瀝青層厚26 cm)、廣珠西線二期(瀝青層厚28 cm)、廣樂高速(瀝青層厚28 cm).部分高速公路采用剛性基層(RCC)瀝青路面，根據(jù)交通量的情況，面層采用2層或3層瀝青面層，厚度在12～18 cm之間，云羅一期(瀝青層厚18 cm)、云羅二期(瀝青層厚12 cm)、梅大高速(瀝青層厚12 cm).

3　交通量及貨車比例統(tǒng)計(jì)

由于交通量與貨車比例是影響路面使用性能的關(guān)鍵因素，收集了代表性路段近2013年的斷面交通量數(shù)據(jù)，2013年各代表性路段的斷面年平均日交通量及貨車比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2.結(jié)果表明，(1) 選取的13條高速公路斷面年平均日交通量總體呈現(xiàn)增長趨勢，但差異較大，其中最小的為新臺高速公路，年平均日交通量4 675輛，最大的是京珠南高速公路，太和收費(fèi)站年平均日交通量達(dá)到39 308輛；(2) 省內(nèi)連接縣市之間的高速公路，如新臺、廣珠西、河龍、廣云、廣清北高速車型比例均以小客車為主，小客車比例超過60%，而出省通道高速公路車型比例以貨車為主，貨車比例均在44%以上，其中京珠北高速公路貨車比例達(dá)到62%.

表2　調(diào)查路段年平均日交通量及車型比例統(tǒng)計(jì)表(2013年)

注：一-小客車；二-小型貨車；三-中型客、貨車；四-大型客、貨車；五-重型貨車

4　瀝青路面使用性能對比分析

4.1路面養(yǎng)護(hù)概況

為準(zhǔn)確分析各路段瀝青路面的使用性能，對各路段路面的主要養(yǎng)護(hù)措施及實(shí)施時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表3.從各路段瀝青路面養(yǎng)護(hù)調(diào)查結(jié)果可知：中、重、特重交通等級的高速公路典型半剛性基層瀝青路面在保證使用性能優(yōu)良的條件下，瀝青面層平均使用壽命為13年、10年和7年.

4.2典型結(jié)構(gòu)瀝青路面使用性能分析

根據(jù)文獻(xiàn)[8]的規(guī)定，對各路段的路面性能指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢測與評價(jià)，結(jié)果見表4.從調(diào)查路段瀝青路面使用性能調(diào)查結(jié)果總結(jié)出以下幾點(diǎn)結(jié)論.

表3　調(diào)查路段路面養(yǎng)護(hù)措施概況

注：表中B-10為半剛性基層瀝青路面；Z-28為組合式基層瀝青路面；G-10為剛性基層瀝青路面；R-25為柔性基層瀝青路面，數(shù)字指瀝青面層的厚度.

1) 從典型結(jié)構(gòu)瀝青路面的病害特點(diǎn)看，通車幾年后，半剛性基層瀝青路面均出現(xiàn)不同程度的唧漿病害，進(jìn)而引起沉陷或坑槽病害，而組合式基層瀝青路面均未發(fā)生此類病害[9-13].

2) 經(jīng)過10年的通車檢驗(yàn)，半剛性基層與組合式基層瀝青路面均有大多路段的路面車轍深度在15 mm內(nèi)，經(jīng)過5年的通車檢驗(yàn)，同一條高速剛性基層和半剛性基層瀝青路面的車轍相差甚微，且均在10 mm內(nèi)，3種路面結(jié)構(gòu)均可以滿足抗車轍的要求.

3) 云梧高速公路剛性基層瀝青路面試驗(yàn)段1(瀝青層10 cm)和試驗(yàn)段2(瀝青層18 cm)均出現(xiàn)較多的縱橫向裂縫，目前，試驗(yàn)段1和試驗(yàn)段2的路面破損狀況PCI分別為86.1和88.6.

4) 通車5年的3條高速公路云梧、二廣(三水至懷集段)、廣珠西二期相比，目前廣珠西二期高速公路路面的破損狀況最好，路面破損病害最少，也說明廣珠西二期高速公路采用的組合式基層瀝青路面更能使用重載交通的條件，路面使用性能較優(yōu).

表4　調(diào)查路段瀝青路面主要病害及性能指標(biāo)匯總表

5) 選取的23個路段中，除二廣高速公路(三水至懷集段)過渡段路面結(jié)構(gòu)1(3層瀝青層均為普通瀝青混凝土)和結(jié)構(gòu)2(2層瀝青層均為普通瀝青混凝土)通車后發(fā)生較嚴(yán)重的路面車轍病害外，其他路段的瀝青路面各項(xiàng)性能指標(biāo)均為優(yōu)良水平.

4.3典型結(jié)構(gòu)瀝青路面裂縫對比分析

對調(diào)查路段瀝青路面2014年度的裂縫進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，從不同路段瀝青路面裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果總結(jié)出如下幾點(diǎn)結(jié)論.

1) 隨著通車時(shí)間的增長，路面縱、橫向裂縫的數(shù)量逐漸增多，2005年通車的高速公路瀝青路面每車道公里總裂縫長度為373～489 m之間，平均橫向裂縫間距14～21 m.而組合式基層瀝青路面試驗(yàn)段每公里裂縫長度109 m，平均裂縫間距32 m.即半剛性基層瀝青路面的裂縫率為組合式基層瀝青路面的2～3倍，見圖1a).

2) 2010年通車的高速公路瀝青路面橫向裂縫的差別也較大，廣珠西二期高速公路采用組合式基層瀝青路面，橫向裂縫極少，而云梧、二廣高速公路采用半剛性基層瀝青路面，7～8條/km橫向裂縫，裂縫間距121～153 m；二廣高速過渡段10 cm瀝青面層的路段，15～20條/km橫向裂縫，裂縫間距48～73 m，見圖1b).雙層式瀝青混凝土，其每車道公里橫向裂縫長度為3層式瀝青路面結(jié)構(gòu)的2～3倍.云梧高速公路試驗(yàn)段1和試驗(yàn)段2均為剛性基層瀝青路面，其橫向裂縫的數(shù)量較半剛性基層瀝青路面多，說明基層強(qiáng)度越高，裂縫出現(xiàn)的時(shí)間越早，裂縫越多.

圖1　瀝青路面橫向裂縫間距

4.4典型結(jié)構(gòu)瀝青路面車轍對比分析

車轍是廣東省高速瀝青路面主要病害之一，從省內(nèi)代表性路段瀝青路面車轍深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果可總結(jié)出如下幾點(diǎn)結(jié)論.

1) 路齡10年的高速公路半剛性基層瀝青路面(瀝青面層16～18 cm厚)，經(jīng)過近10年的通車營運(yùn)，除粵贛、渝湛、廣云、陽茂高速個別路段出現(xiàn)過車轍深度大于15 mm的車轍，其他路段車轍性能整體良好，見圖2a)，而瀝青層較厚的粵贛、渝湛組合式基層瀝青路面試驗(yàn)段經(jīng)過近10年的通車營運(yùn)，瀝青路面車轍深度也沒有超過15 mm，說明并不是瀝青層的厚度越厚越容易發(fā)生車轍；

2) 對于京珠北、京珠南特重載交通等級的高速公路瀝青路面通車6～7年，對路面進(jìn)行加鋪罩面，目前瀝青路面的厚度為20 cm，近幾年的車轍深度均小于6 mm，路面車轍性能良好.

3) 從路齡5年的高速公路瀝青路面的車轍狀況來看，見圖2b)，車轍深度相差不大，從云梧高速碾壓混凝土基層瀝青路面試驗(yàn)段車轍深度的結(jié)果來看，剛性基層+雙層式或三層式瀝青面層結(jié)構(gòu)的車轍性能均優(yōu)良，也說明了基層強(qiáng)度的高低對瀝青路面車轍深度的影響不大.

圖2　瀝青路面車轍深度均值

5　結(jié)　　論

1) 中、重、特重交通等級的高速公路典型半剛性基層瀝青路面在保證使用性能優(yōu)良的條件下，瀝青面層平均使用壽命為13年、10年和7年，瀝青路面中、上面層不采用改性瀝青，易出現(xiàn)嚴(yán)重車轍病害.

2) 隨著通車時(shí)間的增長，瀝青路面縱、橫向裂縫的數(shù)量逐漸增多，相同路齡條件下，半剛性基層瀝青路面的裂縫率為組合式基層瀝青路面的2～3倍，雙層式瀝青路面裂縫率為三層式瀝青路面的2～3倍，剛性基層瀝青路面橫向裂縫的數(shù)量較半剛性基層瀝青路面多，且裂縫出現(xiàn)的時(shí)間早.

3) 半剛性基層、組合式基層、剛性基層瀝青路面三種結(jié)構(gòu)型式均可以滿足抗車轍的要求.綜合來看，組合式基層瀝青路面更適合在濕熱地區(qū)特重交通高速公路上使用.

[1]孟書濤.瀝青路面合理結(jié)構(gòu)的研究[D].南京：東南大學(xué)，2005.

[2]許新權(quán).基于APT的重載交通瀝青路面結(jié)構(gòu)研究[D].西安：長安大學(xué),2008.

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Investigation and Analysis on the Performance of Asphalt Pavement of Typical Structure in Guangdong Province

XU Xinquan1,2)WU Chuanhai1,2)LI Shanqiang1,2)

(ResearchandDevelopmentCenteronRoadTransportSafetyandEmergencySupportTechnology&Equipment,MinistryofTransport,Guangzhou510420,China)1)(GuangdongHualuCommunicationsTechnologyCo.LTD,Guangzhou510420,China)2)

In order to improve the service life of the asphalt pavement of Expressway in Guangdong Province, the asphalt pavement structure risks caused by the inappropriate selection are reduced, In this paper, the structural types, maintenance measures and performance of the asphalt pavement of 13 Highway in Guangdong province are investigated and analyzed. In order to ensure the excellent usage performance, the average service life of typical semi-rigid base asphalt pavement of heavy traffic highway is 10 years. The middle and upper layers are not used to modify asphalt and the asphalt pavement is prone to serious rutting disease. The combined base asphalt pavement is more suitable for use in hot humid area of special heavy duty highway.

high way; asphalt pavement; performance; investigation and analysis

2016-06-23

U414

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.024

許新權(quán)(1981- )：男，碩士，高級工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣吩囼?yàn)檢測、路面結(jié)構(gòu)與材料研究、技術(shù)咨詢

*廣東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目資助(科技-2010-02-004)