朱 歡， 翟殿鋼

(長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙 410114)

長益高速公路K72～K76段病害成因及處治措施分析

朱 歡， 翟殿鋼

(長沙理工大學(xué)， 湖南 長沙 410114)

通過結(jié)合長益高速公路K72～K76段結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)、典型病害分布特征及芯樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對該路段的裂縫、車轍、坑槽成因進(jìn)行了分析，其結(jié)果表明在素混凝土板上直接加鋪薄層瀝青是不合理的，反射裂縫能很快發(fā)展到面層，混合料級配組成對車轍的形成較大的影響。同時，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分段設(shè)計了銑刨加鋪和霧封層的處治方案。最后，現(xiàn)場檢測結(jié)果顯示處治效果良好，可為長益及其他同類型高速公路養(yǎng)護(hù)維修提供參考。

長益高速； 復(fù)合路面； 病害成因； 處治措施

1 工程概況

長益高速公路是“白+黑”復(fù)合路面結(jié)構(gòu)的高速公路。其特點(diǎn)是交通流量大，超載、重載頻繁。其中K72～K76段是為了主線大修工程的設(shè)計、施工提供經(jīng)驗(yàn)，先行在2009年修筑，全長約3km，路面結(jié)構(gòu)類型如表1(上面層均為橡膠和Domix雙改性瀝青面層)。

表1 K72～K76現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)表K72+030～K75+368K75+368～K76+000左幅(靠中央分隔帶半幅)左幅(靠路肩側(cè)半幅)右半幅SMA-16(6cm)SMA-16(5cm)SMA-16(5cm)SMA-16(6cm)AR-SAMI(1cm)SBR乳化瀝青粘層SBR乳化瀝青粘層AC-20C(SBS)6cmAC-20C(SBS)6cmAR-SAMI(1cm)PCC(21cm)蠟質(zhì)養(yǎng)護(hù)隔離劑SBR乳化瀝青粘層SBR乳化瀝青粘層AC-25C(7cm)AC-25C(7cm)AR-SAMI(1cm)AR-SAMI(1cm)C15貧混凝土(18cm)C15貧混凝土(23cm)PCC(18cm)C15貧混凝土(15cm)換板灌漿綜合處治舊路破碎穩(wěn)固處治舊路破碎穩(wěn)固處治、人工清除破碎層換板灌漿綜合處治

2 典型病害成因機(jī)理分析

2.1 病害分布特征

對該段病害及病害分布進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計。

通過分析表2～表4、圖1中的統(tǒng)計情況并結(jié)合雷達(dá)探測、現(xiàn)場調(diào)查和檢測報告的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，路面破壞主要特征如下：

1) 該路段PCI均為優(yōu)，病害主要集中在行車道，主要表現(xiàn)形式為反射裂縫、車轍及局部坑槽。

2) 平整度僅對行車道進(jìn)行檢測，評定等級均為良，右幅較左幅較差。

3) 右幅行車道車轍最為嚴(yán)重，平均車轍深度超過10 mm，評定等級為中，已對道路通行產(chǎn)生影響，其余車道保持在優(yōu)良水平。

表2 DR及PCI分公里統(tǒng)計表起點(diǎn)樁號路段長度/m右幅行車道右幅超車道左幅行車道左幅超車道DR/%PCIDR/%PCIDR/%PCIDR/%PCIK72+030～K73+0009700.22691.870.03296.320.35490.230.23591.74K73+000～K74+00010000.2391.810.08594.560.26791.290.13293.49K74+000～K75+000(資江二橋)10000.00798.0301000.00698.140.00598.25K75+000～K76+00010000.24691.580.06295.240.06395.210.03396.32平均值0.17793.320.04596.540.17393.720.10194.95

表3 平整度分公里統(tǒng)計表起點(diǎn)樁號路段長度/m右幅行車道左幅行車道IRIRQIIRIRQIK72+030～K73+0009702.4188.042.3588.63K73+000～K74+00010002.5787.292.190.09K74+000～K75+000(資江二橋)10002.1989.232.0790.04K75+000～K76+00010002.5886.42.2787.53平均值2.4487.742.289.07

表4 各車道車轍深度統(tǒng)計表車道平均車轍深度/mm車轍深度指數(shù)右幅行車道10.378.46左幅行車道6.3787.01右幅超車道5.2389.55左幅超車道4.5890.87

圖1 病害所占比例圖

4) 從原路面處治情況分析，進(jìn)行過舊路破碎穩(wěn)固處治的路段的RQI要好于換板灌漿綜合處治的路段。

5) 從加鋪厚度來看，加鋪厚度較厚路段的RQI要好于加鋪厚度較薄路段。

參照長益高速公路收費(fèi)站及交通流量觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并按文獻(xiàn)[1]進(jìn)行軸載換算計算，大修改建后，在15 a的設(shè)計年限一個車道累積當(dāng)量軸次達(dá)到2.764×107次，交通等級為特重。

2.2 病害成因分析

為了進(jìn)一步掌握路面結(jié)構(gòu)性能狀況，對該段芯樣、車轍深度檢測、混合料抽提和篩分試驗(yàn)的檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

從表5分析可知，路面結(jié)構(gòu)與設(shè)計結(jié)構(gòu)基本相同，芯樣內(nèi)部空隙較多，在路面橫向裂縫處取出的芯樣均有貫通裂縫。車轍處取出的芯樣面層厚度與設(shè)計厚度差別很大，瀝青材料有明顯遷移。

對芯樣1和8進(jìn)行了抽提試驗(yàn)，鑒于芯樣個數(shù)的限制，在混合料進(jìn)行抽提后，繼續(xù)進(jìn)行了篩分試驗(yàn)。芯樣1的橡膠瀝青含量為6.37%，芯樣8橡膠瀝青含量為6.10%，設(shè)計瀝青含量為6.5%。其集料級配見圖2、圖3抽提后的瀝青性能指標(biāo)，參照文獻(xiàn)[2]中對熱區(qū)橡膠瀝青的要求進(jìn)行對比，結(jié)果如表6。

從抽提及瀝青性能檢測指標(biāo)分析可知，混合料瀝青含量與設(shè)計含量下降4%左右，可能原因是表面磨耗導(dǎo)致瀝青含量的損傷，這部分對混合料影響很小。舊瀝青針入度和延度均達(dá)不到熱區(qū)橡膠瀝青的要求，老化非常嚴(yán)重。

從圖2、圖3可以明顯看出芯樣1抽提后的礦料級配整體上已經(jīng)遠(yuǎn)超過規(guī)范級配上限，芯樣8也接近級配上限且細(xì)集料比例較大。

針對病害調(diào)查情況和檢測的結(jié)果，分別對長益高速公路的裂縫、車轍、坑槽3種典型病害進(jìn)行成因機(jī)理分析。

表5 芯樣檢測結(jié)果表芯樣編號取芯樁號位置取芯厚度位置描述芯樣描述1K72+345右幅行車道3.5cm面層+22cm混凝土下面層車轍凹點(diǎn)混凝土板有貫通裂縫、芯樣破損成3塊2K72+345右幅行車道6.7cm瀝青面層車轍凸點(diǎn)只取了瀝青面層,芯樣完整,與混凝土面層粘結(jié)不好(用于抽提試驗(yàn))3K72+305右幅硬路肩5.8cm瀝青面層正常路段只取了瀝青面層,芯樣完整4K72+380右幅行車道6cm面層表面縱向裂縫只取了瀝青面層,芯樣完整,有貫通的縱縫5K72+450右幅行車道6cm面層+17cm混凝土表面較寬的橫向裂縫芯樣完整,有豎向貫通裂縫6K72+445右幅行車道5.9cm面層+18cm混凝土表面較寬的橫向裂縫芯樣完整,有豎向貫通裂縫,但氣孔較多,空隙大7K75+420右幅行車道5.8cm面層+17cm混凝土表面的橫向裂縫芯樣完整,有豎向貫穿裂縫8K75+825右幅行車道5.4cm上面層+16.5cm混凝土表面完好,無病害特征芯樣完好,層間粘結(jié)較好,芯樣下部水泥混凝土已開裂

表6 舊混合料橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)對比表類別針入度(25°,100g,5s)/(0.01mm)軟化點(diǎn)/℃延度(5°,5cm/min)/cm芯樣124753.7芯樣838713.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)30～70>65>5

2.2.1 裂縫

裂縫類病害主要表現(xiàn)為橫向裂縫，以反射裂縫為主，部分裂縫已經(jīng)貫通發(fā)展為坑槽。

圖2 芯樣1抽提后集料級配曲線圖

圖3 芯樣8抽提后集料級配曲線圖

K72+030～K75+368段中，僅一層6 cm厚的改性瀝青層，面層下緊接著1 cm AR-SMAI應(yīng)力吸收層，較K75+368～K76+000段前段部分，少了14 cm的瀝青層過渡段，反射裂縫數(shù)量明顯增加，雖然采用了應(yīng)力吸收層和基層接縫錯位等措施對反射裂縫的形成有抑制的作用，但效果不明顯，短期內(nèi)仍產(chǎn)生明顯的反射裂縫。這也證明素混凝土板上直接加鋪薄層瀝青在這類交通量大的高速公路不可行。

從表5芯樣描述中可以看出，芯樣1、7、8的處治后的原混凝土有豎向貫穿裂縫，路表面表現(xiàn)為橫向裂縫，下端已經(jīng)開裂，最為嚴(yán)重的1號芯樣，裂縫過大，取樣后整體出現(xiàn)破碎，其原因是混凝土施工縫的反射裂縫自下而上發(fā)展，并與溫度收縮共同作用形成貫通裂縫。其次，橡膠改性瀝青的材料特性也對裂縫發(fā)展有很大影響，由表6可知，橡膠瀝青已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重老化，針入度、延度已達(dá)不到要求，混合料抗裂能力已顯著下降，難以緩解裂縫的產(chǎn)生。同時，其軟化點(diǎn)達(dá)到75 ℃，更可能表現(xiàn)出硬、脆性，在低溫條件下更容易發(fā)生破壞。

2.2.2 車轍

該段左右幅車轍情況有很大不同，從路況指標(biāo)和路面結(jié)構(gòu)分析，在強(qiáng)基層、薄面層的復(fù)合路面中，車轍主要是面層范圍內(nèi)的沉陷，無結(jié)構(gòu)變形。

K72+030～K74+000右幅(長沙至益陽方向)現(xiàn)階段以流動性車轍為主，從芯樣分析可知，芯樣1取自凹點(diǎn)，厚度僅為3.5 cm，芯樣2取自凸點(diǎn)，厚度為6.7 cm，而此處設(shè)計厚度為6 cm，有明顯遷移。從瀝青面層力學(xué)響應(yīng)和溫度效應(yīng)分析，一般在4～8 cm的位置，剪應(yīng)力達(dá)到最大值，高溫情況下，抗剪強(qiáng)度下降，發(fā)生失穩(wěn)破壞。從篩分結(jié)果圖2、圖3可以看出，混合料礦料級配嚴(yán)重偏細(xì)，接近甚至超過上限，導(dǎo)致集料更容易發(fā)生移動，且其瀝青針入度、延度均已達(dá)不到改性瀝青的要求，抗車轍能力顯著下降。

部分車轍發(fā)生的整個橫斷面上，僅有凹陷，沒有凸起，為明顯壓密型車轍。同時，該段修筑施工期為冬季，氣溫低且材料運(yùn)距遠(yuǎn)，施工溫度沒達(dá)到設(shè)計要求，存在壓實(shí)度不足，在車輛荷載作用下，形成壓密性車轍。

2.2.3 坑槽

該段坑槽多為一個個孤立的小坑槽，深度在1.5～4 cm之間，面積多在0.05 m2以內(nèi)，數(shù)量很多?？硬坌纬芍饕敲鎸泳植炕旌狭蠅簩?shí)和粘結(jié)力不均勻、裂縫、面層石料顆粒間存在較大空隙，在水的作用下，混合料中集料與瀝青粘結(jié)力下降，最終失去粘結(jié)作用，造成面層材料松散，形成坑槽。還有一部分坑槽是裂縫貫穿發(fā)展，相互交叉，導(dǎo)致該處材料分隔、松散后形成坑槽。其次是施工時降溫過快壓實(shí)不均勻、油量過少，同時雨水天氣較頻繁，隨著瀝青老化加速，加速了坑槽病害發(fā)展。

3 處治措施及效果分析

3.1 處治措施

路面處治方案選取需要考慮根據(jù)病害分布情況和路面結(jié)構(gòu)，針對病害成因及發(fā)展趨勢，兼顧考慮該段長度和施工工藝、造價、養(yǎng)護(hù)效果等，分段進(jìn)行采用2種方案進(jìn)行路面處治，并對處治效果進(jìn)行分析。

3.1.1 銑刨加鋪

銑刨加鋪對有一定補(bǔ)強(qiáng)作用，對車轍深度較大，坑槽、裂縫多，功能性損壞嚴(yán)重的路面有很好的處治效果。

3.1.2 霧封層

霧封層能夠修補(bǔ)表面裂縫和穩(wěn)定松散粒料，減少材料老化引起的脆裂，同時造價低廉，能實(shí)現(xiàn)快速修補(bǔ)通車，延遲使用壽命，故該段采用霧封層處治方案。

分段處治措施及施工方案見表7。

表7 分段處治措施及施工方案分段樁號路段特點(diǎn)處治措施施工方案K72+030～K75+368、K75+368～K76+000車轍深度在10～20mm之間,平均深度超過10mm,且較路面結(jié)構(gòu)偏薄銑刨重鋪4cm先對以產(chǎn)生脫空的混凝土面板及反射裂縫進(jìn)行降壓、裂縫灌封、開槽處治后,進(jìn)行銑刨攤鋪K75+368～K76+00主要病害為裂縫霧封層先在原混凝土板脫空注漿處治、裂縫處治后,再進(jìn)行劑霧封層處治

3.2 效果分析

通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處治后，該段車轍、裂縫、坑槽等病害基本消失，路面使用性能良好。參照文獻(xiàn)[3]對路面質(zhì)量的要求，在2015年8月分段進(jìn)行一系列的現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，與90 d后原位檢測結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如表8。

由表8檢測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查情況可知，銑刨重

表8 檢測結(jié)果類別平整度標(biāo)準(zhǔn)差/mm滲水系數(shù)/(mL·min-1)壓實(shí)度/%厚度/cm要求指標(biāo)≤1.2≤200 ≥98 4 霧封層1.129.5——銑刨重鋪1.030.798.44.18

鋪段的面層厚度得到增加，車轍全部消除。霧封層段灑布已經(jīng)滲入上面層一定深度內(nèi)，與混合料融為一體，同時其中活性成分可延緩路面的脆化老化，施工完成后改善了一定厚度內(nèi)的瀝青性能，引起瀝青路面的表層微觀形貌的改變。路面檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求，表明這2種處治方案能有效恢復(fù)路面使用性能。

4 結(jié)論

1) 長益高速公路K72～K76段病害以反射裂縫、坑槽為主，全路段均有分布，車轍病害是影響其路面行駛性能的主要因素。

2) 復(fù)合路面的面層厚度對延緩反射裂縫的發(fā)展有很大作用，通過對比發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合路面設(shè)計中，素混凝土板上直接加鋪薄層瀝青在這類交通量大的高速公路不可行，反射裂縫能夠很快地發(fā)展到面層。復(fù)合路面整個基層強(qiáng)度很大，承載力能滿足要求，無結(jié)構(gòu)破壞，其車轍嚴(yán)重段以流動性車轍為主，產(chǎn)生原因是混合料級配嚴(yán)重偏細(xì)，瀝青老化，抗剪能力顯著下降。其他段以壓密性車轍為主，均發(fā)生在面層范圍內(nèi)的，主要原因是施工時溫度過低導(dǎo)致的壓實(shí)不足。

3) 銑刨重鋪對車轍的處治效果較好，能很大提升路面使用性能，并對路面結(jié)構(gòu)有補(bǔ)強(qiáng)作用，延緩反射裂縫發(fā)展。霧封層處治有效彌合封閉路面裂縫，提高路面的抗水損害能力。

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2016-06-07

朱歡( 1993-) ，男，碩士研究生，研究方向: 道路與鐵道工程。

1008-844X(2017)01-0029-04

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