淺談廣州市北二環(huán)高速公路破損情況及原因分析

張晨 程磊 張航 余航

摘要：路面病害的作用機(jī)理往往呈現(xiàn)多方面綜合因素，實(shí)踐中常以彎沉作為路面承載力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)而忽略了其他指標(biāo)的可能性，本文以廣州市北二環(huán)高速改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，將彎沉與其他指標(biāo)交叉對(duì)比后分析其病害產(chǎn)生原因，為相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：路面病害、彎沉、鉆芯、機(jī)理分析

引言：

本文通過結(jié)合北二環(huán)高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)例，針對(duì)公路路面的破損情況進(jìn)行合理的分析，并將路面承載力與其他指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行交叉評(píng)價(jià)，能夠幫助相關(guān)人員進(jìn)一步了解高速公路典型病害的發(fā)生機(jī)理，后期采取良好的修復(fù)措施，延長(zhǎng)公路的運(yùn)行壽命。

1案例概況

本項(xiàng)目起于廣深高速相交的火村互通，東部和二環(huán)高速公路連接，公路北部經(jīng)過崗、長(zhǎng)平后轉(zhuǎn)向西經(jīng)太和、人和等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最終和廣清高速相交的龍山實(shí)現(xiàn)互通。為了更好的了解該公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路面的基本情況，我司相關(guān)人員對(duì)既有道路進(jìn)行了實(shí)地勘察。

2路面破損和性能評(píng)價(jià)分析

2.1路面結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

經(jīng)查閱建設(shè)期竣工圖紙及歷年養(yǎng)護(hù)、大修圖紙，整理后北二環(huán)的路面結(jié)構(gòu)如下表所示。

針對(duì)不同類型的路面病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得知，路面破損指數(shù)PCI為92.31，路面病害主要表現(xiàn)為橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀修補(bǔ)，局部存在龜裂與坑槽病害，具體見表二。

經(jīng)過計(jì)算，病害密集段落的橫縫間距率高達(dá)5～15m（每百米6～20條不等），且與縱縫交錯(cuò)并伴隨支縫。

2.2路面彎沉檢測(cè)

在2021年1月份，檢測(cè)人員對(duì)北二環(huán)高速公路硬路肩與行車道進(jìn)行彎沉檢測(cè)，進(jìn)而更好的掌握路面承載力，為了更好的展示項(xiàng)目地的路面承載力，在彎沉測(cè)試過程當(dāng)前，對(duì)傳感器進(jìn)行了合理的布設(shè)，傳感器的布設(shè)距離分別是0、20cm、30cm、45cm、60cm、90cm、120cm、150cm、180cm，這樣能夠得到有效的彎沉盆，并反算各結(jié)構(gòu)層模量。

結(jié)合各個(gè)測(cè)點(diǎn)單點(diǎn)彎沉值，通過準(zhǔn)確計(jì)算可以得出各個(gè)路段的路表彎沉代表值，并以1km作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，因荷載中心彎沉值和遠(yuǎn)端彎沉值與路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、土基回彈模量具有比較強(qiáng)的線性關(guān)系，故分析其數(shù)據(jù)樣本中的變異系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差能夠較為準(zhǔn)確的反映路面的受力情況[3]。

經(jīng)實(shí)測(cè)路面整體的彎沉代表值為12.5（0.01mm），設(shè)計(jì)彎沉為20.4（0.01mm）;彎沉盆反演模量后表明瀝青面層模量在6127MPa，基層模量在5787MPa，底基層模量在3372MPa，土基模量在192MPa。但各單元的彎沉代表值及反算模量的標(biāo)準(zhǔn)差在3～15之間變化，經(jīng)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)差較大段落與裂縫密集段落有顯著的正比關(guān)系，說明雖然彎沉代表值未超過設(shè)計(jì)值，各結(jié)構(gòu)層模量也在合理范圍內(nèi)，但不意味著路面結(jié)構(gòu)層受力良好。

2.3路面鉆芯取樣

結(jié)合路面的實(shí)際破損情況及彎沉標(biāo)準(zhǔn)差較大段落，進(jìn)行鉆芯取樣，檢測(cè)頻率為全幅1個(gè)/km，確保覆蓋硬路肩與行車道。在此次鉆芯取樣過程當(dāng)中，總共取芯40個(gè)，病害處20個(gè)，完好處20個(gè)。根據(jù)鉆芯取樣結(jié)果可以得知，路面出現(xiàn)的橫向裂縫，主要表現(xiàn)為面層、基層開裂，且縫痕下寬上窄，為典型的反射型裂縫;縱向裂縫主要表現(xiàn)為上、中面層開裂，基層完好，且縫痕上寬下窄，多為輪跡帶，為疲勞型裂縫;但在局部完好部位，也發(fā)生了基層開裂現(xiàn)象。觀察取芯孔壁的情況能夠得知，病害處芯樣的結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)較差，且有粒料剝落、啃邊現(xiàn)象，可能由于公路運(yùn)營年限較長(zhǎng)，其自身的膠結(jié)能力不斷下降，使得基層的強(qiáng)度逐漸衰減[4]。

2.4無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

考慮到北二環(huán)高速公路位于廣東地區(qū)，屬于亞熱帶氣候，常年處于梅雨季節(jié)，故進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試的時(shí)候?qū)⒃嚰菟?4h模擬最不利的水環(huán)境條件，然后開展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。經(jīng)實(shí)測(cè)，易發(fā)生橫向裂縫病害處芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為12.5～16.2MPa，較少病害處或無病害處的測(cè)試結(jié)果在5～8MPa之間。

2.5原因淺談

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果北二環(huán)的路表彎沉遠(yuǎn)未超過設(shè)計(jì)值，但路面病害依然很多，局部橫縫達(dá)到了20條/百米，且彎沉代表值、反演回彈模量標(biāo)準(zhǔn)差較大段落與橫縫密集段具有很好的吻合度，現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣的情況及橫縫密集段與完好處的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度表明路面反射型橫縫的產(chǎn)生與材料有很大的關(guān)系。

橫向裂縫：在高速公路建設(shè)時(shí)期，由于基層水泥的使用量比較高，使得基層的施工強(qiáng)度與承載能力均比較高，但是高強(qiáng)度、高承載力不一定意味著最好的路用性能，這是由于較高強(qiáng)度的半剛性基層會(huì)導(dǎo)致較大的干縮、溫度裂縫的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致面層產(chǎn)生反射裂縫，同時(shí)雨水會(huì)從裂縫中下滲，并聚集在面層和基層中間，降低了瀝青層與半剛性基層層間的鏈接狀態(tài)，從而加速了路面結(jié)構(gòu)的破壞。加之重載交通的情況下，基層作為主要受力層失去了抵抗拉應(yīng)力的能力，在開裂位置將應(yīng)力傳遞給面層，形成面層在開裂縫處的應(yīng)力集中。特別是在冬季，溫度梯度高，瀝青面層的模量較大，它僅能承受較小的溫度應(yīng)力，裂縫處的應(yīng)力集中現(xiàn)象使交通荷載產(chǎn)生在瀝青面層下部的拉應(yīng)力比沒有裂縫的部位要大，容易超過瀝青混凝土的極限拉伸應(yīng)變，致使瀝青面層也跟著開裂。此外，因?yàn)闉r青層厚度薄，攤鋪溫度高，下承層溫度低，巨大溫度差異，導(dǎo)致攤鋪的混合料在接觸面上熱量快速的散失，攤鋪層下部溫度快速降低，瀝青稠度迅速升高，使攤鋪層底部壓實(shí)效果較差[6]更容易導(dǎo)致基層裂縫向面層的蔓延。

縱向裂縫：由于上面層疲勞開裂后，在動(dòng)水壓力作用下，水分聚集在上面層內(nèi)部，在交通荷載的作用下，這些聚集在面層內(nèi)部的有壓水反復(fù)侵蝕瀝青和集料，導(dǎo)致瀝青膜的剝落，瀝青膜在真空吸力等因素作用下，移動(dòng)到路面頂部，加劇了水進(jìn)一步侵蝕到基層的可能性，導(dǎo)致基層開裂、松散。其中還有一個(gè)問題不能忽視，那就是層間分離，造成瀝青面層層面粘結(jié)不好的原因有好幾方面，我們認(rèn)為主要有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)就是前面提到的裂縫開裂后水的進(jìn)入會(huì)形成層與層之間的軟弱夾層，荷載作用下加劇了層間的分離;第二種就是瀝青混合料攤鋪過程中，由于每個(gè)瀝青層的厚度較薄，攤鋪溫度很高，而下承層溫度很低，巨大的溫度差異，使攤鋪的混合料在接觸面上熱量迅速散失，攤鋪層下部溫度迅速降低，瀝青稠度又迅速升高，使攤鋪層底部難以壓實(shí)。

3結(jié)語：

綜上所述，本文主要對(duì)高速公路的路面破損情況及原因進(jìn)行淺要分析，結(jié)合最終的檢測(cè)結(jié)果可以得知，反射型橫向裂縫處的基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較大，是因?yàn)樗嘤昧窟^高，使得路面出現(xiàn)嚴(yán)重的干縮、溫縮裂縫。同時(shí)，在路面病害密集段落，其彎沉值代表值、反算模量的標(biāo)準(zhǔn)差要高于正常路面，故對(duì)路面承載力的評(píng)價(jià)不能單一的靠全線彎沉值判定，需要對(duì)不同病害進(jìn)行段落劃分，并結(jié)合多種指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

參考文獻(xiàn)：

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