重慶市普通干線公路特征與養(yǎng)護(hù)狀況調(diào)查

劉道坤, 鄒曉翎，2，張童童，高陽

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶市 400074；2.重慶交通大學(xué) 土建材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室)

普通干線公路是國家公路網(wǎng)的重要組成部分，在綜合交通運(yùn)輸體系中承擔(dān)著承上啟下、銜接連通的重要功能，對促進(jìn)國家及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。然而普通干線公路的養(yǎng)護(hù)管理卻相對落后，尤其是養(yǎng)護(hù)資金投入、養(yǎng)護(hù)設(shè)備及新技術(shù)的應(yīng)用。“十二五”國檢顯示西部省份對普通干線公路的投入為每公里27.5萬元，遠(yuǎn)小于東、中部的75.9萬元、39.5萬元及中國平均水平44.1萬元。重慶市地處西南山區(qū)，氣候濕潤多雨，急彎陡坡路段較多，路面病害更為復(fù)雜，為普通干線公路的養(yǎng)護(hù)管理帶來了難題。而每種養(yǎng)護(hù)技術(shù)都有其適用條件，與路面結(jié)構(gòu)、病害特征、交通量、環(huán)境等因素密切相關(guān)。因此有必要調(diào)查重慶市普通干線公路特征及養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用狀況，為做好重慶市普通干線公路養(yǎng)護(hù)奠定基礎(chǔ)。

1 重慶市普通干線公路概況

截至2017年底，重慶市公路總里程達(dá)14.8萬km，其中國省道1.8萬km,農(nóng)村公路13萬km，全市國道二級以上比例達(dá)78%，省道三級以上比例達(dá)57%，路網(wǎng)密度達(dá)180 km/(100 km)2，二級以上公路里程超過1萬km，位列中國西部第一，中國第四。在未來3年，重慶將繼續(xù)推行交通建設(shè)3年行動(dòng)計(jì)劃，到2020年,實(shí)施普通干線公路改造10 000 km,其中國道3 000 km,省道4 000 km,重要連接公路3 000 km。重慶市普通干線公路中，國道二級及以上、省道三級及以上比重分別提高到90%和65%，優(yōu)良路率達(dá)到80%以上，這為普通干線公路的養(yǎng)護(hù)管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2 調(diào)查方案

2.1 調(diào)研路段的選取

為了使選取的路段具有代表性，主要考慮了以下幾個(gè)方面：① 不同地區(qū)：選取了永川、涪陵、忠縣3個(gè)區(qū)縣作為調(diào)研地點(diǎn)；② 養(yǎng)護(hù)技術(shù):選取的路段包括采取微表處、薄層罩面等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的路段，采取泡沫瀝青冷再生基層、白改黑等大中修技術(shù)的路段及未采取養(yǎng)護(hù)措施的路段；③ 基層類型：包括半剛性基層、冷再生基層及剛性基層；④ 通車時(shí)間：為1～7年。此次實(shí)地調(diào)查的養(yǎng)護(hù)路段共有13個(gè)，包括6條國道和7條省道，各路段的分布情況如圖1所示。

2.2 調(diào)查內(nèi)容

此次調(diào)查的主要內(nèi)容包括路面病害統(tǒng)計(jì)并計(jì)算路面破損狀況指數(shù)(PCI)、鉆芯取樣、彎沉檢測、面層混合料空隙率和凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)的測定，路面病害的調(diào)查依據(jù)JTG H20-2007《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，空隙率測定和凍融劈裂試驗(yàn)依據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行。

圖1 調(diào)研路段及分布狀況

3 普通干線公路特征分析

路面大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與原路面結(jié)構(gòu)及性能、路面病害特征等密切相關(guān)，對路面結(jié)構(gòu)及病害特征的分析是采取養(yǎng)護(hù)措施的前提。此次路面結(jié)構(gòu)特征的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于重慶市養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，主要是 “十二五”期間34條普通干線公路135個(gè)路段的大中修狀況，路段廣泛分布于各區(qū)縣，代表了重慶地區(qū)普通干線公路常見的路面結(jié)構(gòu)形式，具有良好的代表性，反映了普通干線公路路網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)狀況。

3.1 路面結(jié)構(gòu)特征

3.1.1 路面材料及厚度

(1) 普通國省道路面面層材料及厚度

普通國省道路面面層材料及厚度見圖2～5。

圖2 普通國道上面層材料及厚度

由圖2～5可知：重慶市普通干線公路常用上面層材料為SBS改性AC-13，占73.3%，其次為普通AC-13，占18.5%，而SBS改性AC-16、SMA-13則應(yīng)用較少，面層厚度絕大部分采用4 cm，占94.2%。普通國道下面層以AC-20為主，占60.9%；而普通省道則以AC-16為主,占51.8%，其次是AC-20,占42.0%；普通國道和省道下面層在厚度上差別不大，均是以5 cm為主。

(2) 普通國省道路面基層材料及厚度

普通國省道路面基層材料及厚度見圖6～9。

圖3 普通省道上面層材料及厚度

圖4 普通國道下面層材料及厚度

圖5 普通省道下面層材料及厚度

由圖6～9可知：重慶市普通干線公路常用基層材料為水泥穩(wěn)定碎石，在國省道中分別占81.0%和72%，其次是原路面處治基層，常見基層厚度為20 cm，在國省道中分別占34.8%和44.9%。對底基層而言，也是以水泥穩(wěn)定碎石為主，但是在厚度上有所差別，國省道分別是25 cm和20 cm，分別占50.0%和35.1%。

圖6 普通國道基層材料及厚度

圖7 普通省道基層材料及厚度

圖8 普通國道底基層材料及厚度

圖9 普通省道底基層材料及厚度

3.1.2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

路面結(jié)構(gòu)彎沉見圖10、11。

圖10 國省道路面彎沉

圖11 不同基層類型路面彎沉

從圖10、11可以看出：重慶市普通省道彎沉要略高于普通國道，在面層材料和厚度差別不大的情況下，與路面結(jié)構(gòu)厚度有一定關(guān)系，從前面分析可以發(fā)現(xiàn)普通國道底基層常見厚度為25 cm，而省道為20 cm。調(diào)研中未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損壞的情況，但是不同基層類型路面的彎沉有所差別，其中剛性基層瀝青路面彎沉值最小為19.39(0.01 mm)，冷再生層與半剛性基層復(fù)合結(jié)構(gòu)路面的彎沉最大為33.26(0.01 mm)。剛性基層及半剛性基層由于具有較高的剛度、荷載擴(kuò)散能力及整體性，能滿足重慶國省干線公路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的使用要求，但是其較大的剛度、溫縮及干縮也是引發(fā)路面產(chǎn)生反射裂縫的主要原因。半剛性基層和冷再生層復(fù)合結(jié)構(gòu)路面彎沉雖高出半剛性基層路面和冷再生基層路面40%～60%，但是通過調(diào)研來看，不同基層瀝青路面均能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

3.2 路面病害特征

對重慶市普通干線公路病害調(diào)查及路況等級評定結(jié)果如圖12～14所示。

從圖12、13可以看出：重慶市普通干線公路以龜裂、塊狀裂縫、橫縫、縱縫等裂縫類病害為主，普通國道病害主要是龜裂和縱向裂縫，而普通省道則是龜裂、塊裂、縱向裂縫和松散，每公里病害面積達(dá)74 m2，是普通國道的1.6倍，病害情況更為嚴(yán)重。從路面優(yōu)良率上來看，國省道分別為76%、53%, 表明普通國道的路況要優(yōu)于普通省道。交通量是影響路面病害的重要因素之一,而調(diào)研路段交通量均為中等交通等級或輕交通等級,且在國省道中均存在,故在此次分析中認(rèn)為由交通量不同引起的路面病害的差異不明顯。

圖12 國省道路面病害類型及面積

圖13 調(diào)研路段中不同路況占比

圖14 不同基層類型路面破損狀況

由圖14可以看出：基層類型不同，路面破損狀況有明顯差別，剛性基層路面破損最為嚴(yán)重，冷再生基層路面路況較好。這主要是由于剛性基層模量大于半剛性基層和冷再生基層，在車輛荷載和溫度應(yīng)力的作用下容易產(chǎn)生反射裂縫，導(dǎo)致路面出現(xiàn)大量開裂，而泡沫瀝青冷再生基層及復(fù)合基層能降低溫縮應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生。

4 普通干線公路養(yǎng)護(hù)狀況分析

對采取不同養(yǎng)護(hù)技術(shù)的路段調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出：

(1) 從微表處的應(yīng)用效果來看，不管是剛性基層還是半剛性基層路段采取了微表處之后，由于在原路表加鋪了0.8～1 cm的表面層，起到了封閉路表微裂縫，防止水分下滲、瀝青老化與集料松散，增加路面耐磨耗性能等作用，其PCI均明顯高于未采取路段，且面層混合料的水穩(wěn)定性也較好，結(jié)合調(diào)研情況發(fā)現(xiàn)微表處對麻面、輕微裂縫的處置效果明顯，但受層間黏結(jié)狀況影響，與原路面良好的黏結(jié)是保證微表處使用性能的關(guān)鍵。

表1 調(diào)研路段性能指標(biāo)

(2) 涪陵G319高速公路路口至白濤段采取了薄層罩面技術(shù)，同路段6相比，在相同的使用年限下，路面PCI仍然達(dá)到90.12，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未采取養(yǎng)護(hù)措施的75.3，且原路面上面層凍融劈裂比接近90%。薄層罩面技術(shù)的應(yīng)用大大延緩了路面裂縫的發(fā)展，由于層間黏結(jié)處理較好，雖然已經(jīng)實(shí)施了7年，但路面仍然處于較好的狀態(tài)。

(3) 對比2、12、13路段及7和9路段可以發(fā)現(xiàn)，在相同使用年限下，采取了泡沫瀝青冷再生基層或是在半剛性基層上加鋪冷再生層的大中修技術(shù)后，由于基層溫縮而產(chǎn)生的路面橫向裂縫明顯減少。說明了泡沫瀝青冷再生基層及復(fù)合基層能降低溫度應(yīng)力,減少基層溫縮裂縫的產(chǎn)生。

(4) 路面使用年限直接影響路面空隙率的大小，使用時(shí)間越長，路面空隙率越大，可以看出路面的水穩(wěn)定性和空隙率緊密相關(guān)，導(dǎo)致面層結(jié)構(gòu)抗水損害能力降低。

5 結(jié)論

(1) 重慶市普通國道典型結(jié)構(gòu)為4 cm SBSAC-13+5 cm AC-20+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+25 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層；普通省道典型結(jié)構(gòu)為4 cmSBSAC-13+5 cmAC-16+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層。

(2) 國道病害主要是龜裂和縱向裂縫，而省道則是龜裂、塊裂、縱向裂縫和松散，且國道彎沉略小于省道，總體來看，國道的路況要優(yōu)于省道。

(3) 4種基層類型路面均能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的使用要求,其中剛性基層路面的彎沉在4種基層類型中最小，復(fù)合基層路面彎沉值最大。冷再生基層的抗反射裂縫效果最好，主要是其能降低溫度應(yīng)力，減少基層溫縮裂縫的產(chǎn)生。

(4) 微表處是重慶市普通干線公路中應(yīng)用最多的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，使用效果良好，可防止路面松散及水分下滲，提高路面抗水損壞性能，薄層罩面的使用效果最好,但要保證與原路面有良好的黏結(jié)狀態(tài)。

(5) 從對路面結(jié)構(gòu)、病害及養(yǎng)護(hù)技術(shù)使用效果的調(diào)研來看，微表處的應(yīng)用雖然較好，但是略顯單一，可嘗試新的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。