海南省東線高速公路病害調(diào)查及成因分析

秦楚瀚 張映雪

(1.長沙市麓山國際實驗學校，湖南 長沙 410004； 2.長沙理工大學，湖南 長沙 410004)

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海南省東線高速公路病害調(diào)查及成因分析

秦楚瀚1張映雪2

(1.長沙市麓山國際實驗學校，湖南 長沙 410004； 2.長沙理工大學，湖南 長沙 410004)

調(diào)查研究了海南省環(huán)島高速公路(G98)東線瀝青路面的主要病害類型，并通過鉆芯取樣，分析了反射裂縫、疲勞裂縫、網(wǎng)裂、推移、壅包等路面病害的產(chǎn)生原因，為路面大修方案的擬定提供了依據(jù)。

高速公路，路面病害，疲勞裂縫，瀝青路面

0 引言

1995年12月27日，海南省環(huán)島高速公路(G98)全線通車，從此海南省結(jié)束了沒有高速公路的歷史。隨著海南經(jīng)濟的快速發(fā)展、交通量持續(xù)激增、大型車輛增多以及大型車輛超載比例較高，路面在繁重的交通荷載、環(huán)境因素以及二者的反復作用下，產(chǎn)生了大面積龜裂、連續(xù)縱橫向裂縫、大面積坑槽等病害現(xiàn)象，瀝青路面達到或基本接近設計使用壽命。而海南地區(qū)高溫、多雨以及近幾年多臺風影響的氣候特點更加重了瀝青路面病害的惡化，直接影響其路網(wǎng)服務水平，制約其功能、地位的發(fā)揮，也制約了區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展[1，2]。同時G98高速公路作為連接海南省兩大中心城市三亞和?？谝约安椀闹饕ǖ?，為滿足“十三五”海南省路網(wǎng)升級改造需求，推動區(qū)域經(jīng)濟社會進一步發(fā)展，提升海南省國際旅游島對外形象并確保博鰲論壇順利召開，分年度對環(huán)島高速公路進行大修意義重大，刻不容緩。

1 現(xiàn)有病害類型調(diào)查

G98高速公路采用水泥混凝土路面，一級公路標準，雙向兩車道，設計速度80 km/h；1999年9月本次大修路段左幅擴建工程開工建設，2001年2月竣工通車，路基橫斷面擴建形式分為兩種：一般路段由原右幅16 m路基寬度拼接擴寬8.5 m，該類路段所占比例為99.81%；局部由原12.25 m路基拼接擴寬12.25 m，擴寬后路基橫斷面寬度統(tǒng)一為24.5 m。

本次調(diào)查主要是針對2015年—2016年實施的石梅灣至三亞段大修工程，范圍為環(huán)島高速公路(G98)東線石梅灣(K155+340)至三亞段(K237+937.291)，總長82.597 km。目前路面的主要病害類型有：網(wǎng)裂、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、車轍等，如圖1所示。

現(xiàn)階段路面主要病害類型[3-6]：1)原水泥混凝土板病害(或板塊接縫)反射至瀝青面層的病害，主要表現(xiàn)為橫向裂縫、縱向裂縫、局部塊狀裂縫、沉陷等；2)道路改擴建時，原道路中分帶水泥混凝土局部填補引起的三亞方向超車道右側(cè)輪跡帶位置較長且出現(xiàn)連續(xù)的網(wǎng)狀裂縫；海口方向超車道右側(cè)位置擴建接縫引起的縱向裂縫；3)瀝青混凝土路面老化導致的疲勞開裂，主要表現(xiàn)為行車道輪跡帶大面積龜裂；4)部分路段存在嚴重沉陷、波浪壅包和松散等病害。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，大修路段病害呈現(xiàn)如下特點：1)雙向路面病害程度存在明顯差異性，三亞方向總體病害嚴重，?？诜较虿『ο鄬^少；2)三亞方向典型病害主要為行車道連續(xù)分布的網(wǎng)裂、超車道右輪跡帶位置網(wǎng)裂最多，其次為輪跡帶位置縱向裂縫和舊水泥板反射橫向裂縫；3)三亞方向大茅隧道前后(K230+860～K236+160)，2011年進行了加鋪罩面，路面狀況相對較好；文羅至英州互通段(K192+720～K208+090)路面破損極為嚴重，主要病害類型為大面積網(wǎng)裂；4)?？诜较虻湫筒『樗喟宸瓷涞臋M向裂縫、縱向裂縫，局部路段龜裂較嚴重；5)?？诜较騅233+997～K237+920段路面網(wǎng)裂病害較為嚴重。

2 路面病害成因分析

從路面損壞狀況來看，對路面病害原因進行了系統(tǒng)分析[7-9]，首先路面裂縫多為反射裂縫；其次是溫度與荷載疲勞裂縫以及水泥破碎板難以承受行車荷載形成的龜裂；第三為行車荷載及瀝青路面設計施工中存在缺陷形成的壅包、推移等。逐一分析病害產(chǎn)生原因如下。

2.1 反射裂縫成因分析

通過鉆取芯樣，如圖2所示，分析得出反射裂縫的成因主要體現(xiàn)在三個方面：1)荷載位于舊水泥面板縫隙一側(cè)時，縫隙兩側(cè)出現(xiàn)較大的位移差，在瀝青加鋪層中造成較大的剪切應力；2)荷載位于舊水泥面板縫隙頂部時，縫隙兩側(cè)位移差較小，在瀝青加鋪層主要造成彎拉應力。車輪荷載每作用1次，瀝青加鋪層承受2次剪切與1次彎曲作用。所以，行車荷載是造成反射裂縫的重要原因；3)四季氣溫作用，使水泥路面裂縫收縮造成反射裂縫，以及路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)各膨脹系數(shù)不同造成原水泥路面裂縫翹起形成反射裂縫。

2.2 疲勞裂縫成因分析

部分縱向裂縫和龜裂芯樣裂縫自上向下發(fā)展，基層完好(芯樣見圖3)，分析得出溫度和荷載(應力與應變小于瀝青路面極限強度)的循環(huán)作用造成瀝青路面疲勞開裂。

1)溫度原因。對照《公路自然區(qū)劃標準》，本路段處于Ⅳ7b區(qū)，屬于熱帶海洋氣候，冬春干旱，夏秋多雨，降水量多，氣溫高且持續(xù)時間長，日照強烈，地面溫度高，終年無霜雪等特征。全年平均溫度24.5 ℃，夏季白天平均溫度32.5 ℃，極端氣溫最高38.7 ℃，冬季平均溫度20 ℃，冬季最低氣溫12 ℃，持續(xù)大約一周。海南4月～10月為雨季，常有強降雨甚至暴雨。當路面處于夏季高溫太陽直射時，溫度常處于60 ℃左右，若驟降暴雨，路表溫度在短時間內(nèi)可以降低到25 ℃，這種溫度急劇變化會使瀝青面層表面產(chǎn)生較大的溫度收縮應力，這種應力的反復作用會使瀝青面層從表面開始產(chǎn)生溫度疲勞裂縫。溫度裂縫與路面的結(jié)構(gòu)和厚度關系不大，主要取決于瀝青路面材料本身的溫度特性，可以通過改善瀝青材料來實現(xiàn)，比如使用粘度較大的瀝青或者使用改性瀝青。

2)行車荷載原因。根據(jù)疲勞裂縫的發(fā)展模式對行車荷載造成的疲勞裂縫分析如下：a.裂縫的形成——疲勞裂縫開始階段。瀝青混合料中集料表面和混合料內(nèi)部不可避免存在雜質(zhì)和瑕疵，諸如塵粒、水泡、氣泡、孔隙以及表面形狀不規(guī)則等，這些天然缺陷導致瀝青混合料傳遞應力不均勻造成應力集中，荷載重復作用造成瀝青混合料局部反復應力集中，從而開始形成疲勞裂縫，材料一旦形成裂縫即是材料本身承載能力喪失的開始。b.裂縫的擴展——裂縫的穩(wěn)定增長階段。裂縫的尖端在重復荷載作用下，呈現(xiàn)反復的鈍化和銳化的交替過程，進一步造成裂縫斷面不斷改變、發(fā)展。材料在經(jīng)受拉伸荷載周期中，縫端首先趨向開裂，然后由于在縫端前部塑性區(qū)的形成和擴展而產(chǎn)生鈍化，在卸載過程中，裂縫周圍材料的彈性收縮在塑性變形的材料縫端產(chǎn)生一個殘余壓應力，使裂縫尖端兩側(cè)表面逐漸靠攏并向前延伸一段距離而重新出現(xiàn)銳化，材料在連續(xù)周期加載下疲勞裂縫不斷擴展。c.斷裂破壞——不穩(wěn)定的裂縫擴展階段。當疲勞裂縫擴展到臨界裂縫尺寸時，裂縫就產(chǎn)生由穩(wěn)定擴展到不穩(wěn)定擴展的轉(zhuǎn)化而導致材料的疲勞斷裂損壞。

2.3 網(wǎng)裂成因分析

東線高速公路龜裂病害主要產(chǎn)生在輪跡帶位置處，且呈現(xiàn)沿行車方向帶狀分布特點，同時存在均布的網(wǎng)狀裂縫，并伴隨著沉陷產(chǎn)生。通過鉆芯取樣(如圖4所示)分析，部分主要由于水泥混凝土板破碎，承載力不足，在行車荷載作用下形成網(wǎng)裂，并且伴隨著沉陷、唧漿產(chǎn)生。

2.4 推移、壅包成因分析

產(chǎn)生壅包、推移的原因有外因和內(nèi)因，外因主要是外部環(huán)境影響，如車輛荷載、長期高溫、交通量逐年遞增、排水效果不佳等。內(nèi)因則為內(nèi)部因素影響，如瀝青路面設計施工存在缺陷、油石比過高、級配偏細、集料顆粒壓碎值大、針片狀含量多、壓實不足等。

在推移、壅包處取芯(如圖5所示)，芯樣上面層相對完整，下面層松散，取芯洞內(nèi)基層頂面較為光滑，瀝青面層與基層幾乎無粘結(jié)，分析原因主要是由于瀝青層與基層粘結(jié)力較差，導致瀝青層產(chǎn)生推移。

3 結(jié)語

本文依托海南省環(huán)島高速公路東線大修工程項目，對現(xiàn)有瀝青路面的主要病害現(xiàn)象進行了詳細調(diào)查，并利用鉆芯取樣，分析了病害類型及病害成因，同時依據(jù)病害狀況的不同，對路面現(xiàn)狀進行了評價，得到如下結(jié)論：1)海南省環(huán)島高速公路東線雙向道路路面病害嚴重；2)東線高速公路主要病害是網(wǎng)狀裂縫、橫向裂縫和縱向裂縫，部分路段存在車轍、沉陷、波浪、壅包和松散等病害；3)病害主要是由下臥層開裂形成反射裂縫、溫度和行車荷載重復作用造成的疲勞開裂以及瀝青層與下臥層粘結(jié)力較差所導致的。

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Investigation and analysis of pavement disease causes of highway in Hainan province

Qin Chuhan1Zhang Yingxue2

(1.ChangshaLushanInternationalExperimentalSchool，Changsha410004,China；2.ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410004,China)

The paper investigates and studies major east asphalt pavement diseases types of Huandao highway(G98) in Hainan province. Through core-drilling sampling, it analyzes pavement diseases occurring causes including reflection cracks, fatigue cracks, net-shaped cracks, elapse and packaging and so on, which has provided some guidance for formulating pavement maintenance scheme.

highway, pavement disease, fatigue crack, asphalt pavement

1009-6825(2016)31-0169-03

2016-08-21

秦楚瀚(2000- )，男，在校學生; 張映雪(1973- )，女，副教授

U418.6

A