论文部分内容阅读
摘要: 本文针对某高速公路沥青路面早期水损害的原因,提出了结构设计设计方案。对一般路段和长大纵坡路段处治结构分别进行考虑。并提出在结构设计中采用沥青稳定碎石排水层ATPB-25排除路面结构内部积水。
关键词: 高速公路 沥青路面 缺陷病害
中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：
Abstract: In this paper a highway asphalt pavement of early water damage reasons and puts forward the structure design design scheme. On the general roads and grow up ZongPo sections will consider structures were. And some in the structural design of the drainage layer by asphalt stable macadam ATPB-25 exclude pavement structure internal water.
KeyWords: highway asphalt pavement defects diseases
一、工程概况
赣定高速公路是赣粤高速公路的组成部分，是国家重点干线阿荣旗至深圳公路的一段，是江西省“十五”期间的重点工程项目。是江西省第一条地方投资修建的高速公路。路线起于南康市龙岭乡，与泰赣高速公路相连，途经南康、信丰、龙南、定南等四个县市，止于定南县老城野猪塘，与广东省的粤赣高速公路相接。
二、目前沥青路面存在的主要问题
全线按A、B、C三段分期实施，其中A段（南康至信丰）路线长46.3 km，于2002年2月28日正式开工，2004年1月16日建成通车，建设工期为23个月；B段（信丰至龙南）路线长52.55 km，于2002年8月中旬正式开工，2004年1月16日建成通车，建设工期为17个月；C段（龙南至定南）路线长27.858 km，2004年7月1日建成通车，建设工期为22个月。
江西省交通工程质监站试验检测中心于2006年4月19日至4月28日对赣定高速公路工程项目路面工程进行了检测，依据《公路工程质量检验评定标准》和《公路工程质量鉴定办法》，车辙、构造深度、抗滑性能、平整度检测项目的合格率见表1:
赣定高速公路沥青路面检测项目结果汇总表表1
检测项目及合格率
桩号
检测项目合格率（%）
车辙 构造深度 抗滑性能 平整度
K0+000-K10+500 95 58.8 100 80.0
K10+500-K26+500 87.5 81.3 100 58.6
K26+500-K45+850 97.1 67.6 94.1 79.3
K45+850-K73+100 89.8 93.9 92.6 57.3
K73+100-K98+400 100 53.6 100 69.9
目前赣定高速公路出现了不同程度的工程缺陷及病害，主要的破坏形式有水损害（坑槽、露骨、冒浆）、搓板、沉陷、平整度差等。根据江西华安高速公路养护公路工程有限公司，2006年3月提供的“赣定高速公路路面病害修复专项工程数量一览表”及“赣定高速公路路面病害汇总及维修措施报告”（2006年4月20日），江西省交通工程质监站试验检测中心2006年4月19日至4月28日的弯沉检测结果，2006年9月中旬赣州高速公路有限责任公司联合养护公司和监理处联合进行的病害统计资料，进行综合统计分析结果见表2
全路段（k0+000-k126+858）行车道病害统计表表2
病 害 类 型(长度：m或％) 完好
路段
水损害 推移 车辙 横向裂缝 纵向裂缝 弯沉超标 搓板 沉陷
左幅 长度 31770 136 2262 2301 1550 28503 750 3299.6 85734
百分比 25.0 0.1 1.8 1.8 1.2 22.5 0.6 2.6 67.6
右幅 长度 43033 7310 7228 18693 19310 42464 5848 5953 76628
百分比 33.9 5.8 5.7 14.7 15.2 33.5 4.6 4.7 60.4
右幅值/左幅值 1.4 53.8 3.2 8.1 12.5 1.5 7.8 1.8 0.9
注：其中包括超车道桩号为K42+310-K42+550（左）、K44+320-K44+450（左）、K52+810-K44+450（左）、K92+250-K92+350（右）分别出现车辙、水损害、水损害、沉陷和承载力不足等病害。
1)全线行车道水损害严重
根据调查结果，赣定高速公路通车后第一个雨季就开始了水损害，随后水损害不断出现，截止目前，按车道划分，右幅行车道出现水损害的路段最大，按长度计占33.9%。在下雨时，路面坑洞数量明显增多。在雨季的坑洞维修工作中，通常是维修速度赶不上破坏速度，造成工作的被动。水损害也导致了路面平整度下降及抗滑性不足。
2）路面排水效果不佳
中央分隔带采用开口型式，为排出中央分隔带的水，在其内设纵向排水管，再通过横向排水管将其排出，原设计全线中央分隔带有横向排水管2215根，而本次对全线排水情况调查，可见的只有1004根（仅占设计的45.3%），而且其中13处根本没有水流出。同时部分标段设计采用的横向PVC管偏小（只有Φ5，纵向渗沟内埋设的Φ10的PVC管）。路肩下设路面结构内部边缘排水，通过纵向盲沟汇水后，通过横向泄水孔排出，本次调查可见的横向泄水孔数量偏少，而且布设位置偏低（距沟底不到20cm），在下雨后，有的泄水孔根本没有水流出。
主线全长126.858Km，只有C2标（K103+650~K126+858），在挖方地下水位较高路段，路肩下设纵向渗沟，排除路面结构内部水。对于山区高速公路，挖方（特别是深挖）路段，地下水位偏高，导致路基较长时期处于潮湿或过湿状态，严重影响路面的整体承载能力，同时由于地下水位较高，也会影响路面基层甚至面层的强度和水稳性。
综上所述，赣定高速公路沥青路面目前存在的主要问题是沥青面层的水损害。由于路面水损坏严重，若不及时采取措施，赣定高速公路全线将在未来几年内普遍出现大面积的破坏现象。因此及时对路面缺陷病害进行处治。
三、路面病害處治方案设计
1、主要目标
(1)重点解决沥青路面的水损害问题，通过材料选择和级配设计，设计抗水损害能力强的沥青混合料，同时在处治结构设计中，尽可能采用排水类结构层，排除路面结构内部积水；
(2)加强和完善路面防排水措施；
(3)提高路面的结构承载能力；
(4)提高路面平整度与抗滑能力，提高路面整体形象。
2、设计思路
针对赣定高速公路沥青路面的破坏特征和数量，分别制订两种路面病害处治方案，并将其技术特点和经济性进行比较，提出推荐方案及其关键技术。由于时间紧，处治路段工程量大，任务重，可以考虑分阶段实施，对处治的路段，要求一次处理到位，至少是损坏到那个层位（车道），就应处理到那个层位（车道）。
1）水损害路段
主要是指出现坑洞、唧浆、剥落的路段。
（1）整个沥青面层（或基层、底基层）连续破坏路段
按车道，根据设计和施工情况确定处治长度和深度，挖除（或铣刨）旧的沥青面层（或基层、底基层）后，加铺新的沥青面层（或半刚性基层、底基层），通过粘层加强沥青面层与新（或旧）基层连接。
关于新铺半刚性基层和底基层，严格按现行规范进行，基层设计时，严格控制细料含量，水泥采用低标号，剂量根据抗压强度确定。
（2）沥青上中面层连续破坏的路段
按车道，根据设计和施工情况确定处治长度和深度（上面层或上中面层），先将其破坏沥青层铣刨后，加铺新的沥青面层，新旧沥青面层间设粘层，增强层间连接和防止水的下渗。
（3）分散零星破坏的路段
主要是坑槽路段，按现行规范坑槽修补方法进行。处治局部拥包以及滑移裂缝病害也可参照坑槽修补方法进行。
2）弯沉偏大路段处治方案
（1）如果沥青面层没有破坏，建议通过完善中央分隔带排水，减少路面结构内部积水。对于低填或挖方路段，地下水位较高时，通过边沟下设纵向渗沟降低地下水位，提高路基强度和刚度（产生效果可能要2-3个月）；
（2）如果沥青面层破坏，面层和基层重铺，完善中央分隔带排水。
3）搓板路段的处治方案设计思路
（1）如果沥青面层水损害和搓板较严重，考虑重铺整个沥青面层和基层。
（2）如果沥青面层没有出现水损害或只出现轻微的水损害，考虑重铺上面层，提高路面平整度。
4）全线采用封面，减少路表水下渗、减少路表车辙、提高路面的平整性和抗滑性能，同时提升路面的整体形象。
5）为减少路面的水损害，全线建议通过完善中央分隔带排水，减少路面结构内部积水，对于地下水位较高的挖方路段，还要在边沟下增设纵向渗沟，降低地下水位，提高路基强度。
3、沥青面层的设计原则
针对赣定高速公路目前沥青路面的现状，并根据目前国内外用于沥青路面维修工程的各种结构与材料特点、施工工艺，并适当考虑施工单位的施工经验，进行多种沥青路面缺陷病害处治方案，重新进行沥青混合料的设计。
1）基于沥青面层各功能的考虑
高等级公路沥青面层多采用三层，路面面层不同深度处的功能是不相同的，因此可以根据各层的功能采取有针对性的设计。
（l）上面层
上面层一般为三向受压区，力学上以剪应力为主，主要功能是在足够长的时间内提供平整的行驶表面和足够的抗滑性能。是沥青路面要求最高的层次，为保证实现这些功能，上面层必须具有足够的耐久性。研究主要通过材料选择和加工、材料组成设计和沥青混合料类型选择等，确保集料具有足够的粗糙度，上面层有适当的构造深度、较强的高温抗变形能力、足够的低温韧性和强度以抵抗荷载的重复剪切作用和其他疲劳作用的能力，并有很强的抗水损害能力。
（2）中面层
中面层一般为竖向受压区，力学上以抗竖向压缩为主。中面层的主要功能是抗车辙、抗低温缩裂和抗渗。要实现这些功能，主要通過选择低标号的沥青或改性沥青、材料组成设计、适当的中面层厚度和沥青混合料类型，确保中面层具有很强的高温抗变形能力和足够的低温韧性以抵抗荷载的重复作用，并具有很强的抗水损害能力和很强的耐久性。
（3）下面层
下面层在一般情况下极少出现可计量的永久变形，其主要功能是抗疲劳、抗渗和排水。对于半刚性基层，沥青下面层抗疲劳不是主要的（采用现行沥青路面设计程序设计，一般都不会出现拉应力），要实现这些功能，主要通过选择适当的沥青用量、材料组成设计、层厚和沥青混合料类型，确保下面层具有很高的强度以抵抗荷载的重复疲劳作用，并具有较强的抗水作用能力和足够的耐久性。
四、结束语
在临汾段高速公路沥青路面出现的早期病害中，沿线发现和处治最多的是横向裂缝，局部路段路面病害为纵缝、松散、坑槽、车辙等，个别路面病害严重路段，往往是裂缝、唧浆、坑槽交织在一起，形成复合式路面病害，主要原因是还是水破坏，这也是目前沥青混凝土路面病害中最常见、破坏力最大的一种病害，因此加强日常养护，灌缝防水是关键。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 高速公路 沥青路面 缺陷病害
中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：
Abstract: In this paper a highway asphalt pavement of early water damage reasons and puts forward the structure design design scheme. On the general roads and grow up ZongPo sections will consider structures were. And some in the structural design of the drainage layer by asphalt stable macadam ATPB-25 exclude pavement structure internal water.
KeyWords: highway asphalt pavement defects diseases
一、工程概况
赣定高速公路是赣粤高速公路的组成部分，是国家重点干线阿荣旗至深圳公路的一段，是江西省“十五”期间的重点工程项目。是江西省第一条地方投资修建的高速公路。路线起于南康市龙岭乡，与泰赣高速公路相连，途经南康、信丰、龙南、定南等四个县市，止于定南县老城野猪塘，与广东省的粤赣高速公路相接。
二、目前沥青路面存在的主要问题
全线按A、B、C三段分期实施，其中A段（南康至信丰）路线长46.3 km，于2002年2月28日正式开工，2004年1月16日建成通车，建设工期为23个月；B段（信丰至龙南）路线长52.55 km，于2002年8月中旬正式开工，2004年1月16日建成通车，建设工期为17个月；C段（龙南至定南）路线长27.858 km，2004年7月1日建成通车，建设工期为22个月。
江西省交通工程质监站试验检测中心于2006年4月19日至4月28日对赣定高速公路工程项目路面工程进行了检测，依据《公路工程质量检验评定标准》和《公路工程质量鉴定办法》，车辙、构造深度、抗滑性能、平整度检测项目的合格率见表1:
赣定高速公路沥青路面检测项目结果汇总表表1
检测项目及合格率
桩号
检测项目合格率（%）
车辙 构造深度 抗滑性能 平整度
K0+000-K10+500 95 58.8 100 80.0
K10+500-K26+500 87.5 81.3 100 58.6
K26+500-K45+850 97.1 67.6 94.1 79.3
K45+850-K73+100 89.8 93.9 92.6 57.3
K73+100-K98+400 100 53.6 100 69.9
目前赣定高速公路出现了不同程度的工程缺陷及病害，主要的破坏形式有水损害（坑槽、露骨、冒浆）、搓板、沉陷、平整度差等。根据江西华安高速公路养护公路工程有限公司，2006年3月提供的“赣定高速公路路面病害修复专项工程数量一览表”及“赣定高速公路路面病害汇总及维修措施报告”（2006年4月20日），江西省交通工程质监站试验检测中心2006年4月19日至4月28日的弯沉检测结果，2006年9月中旬赣州高速公路有限责任公司联合养护公司和监理处联合进行的病害统计资料，进行综合统计分析结果见表2
全路段（k0+000-k126+858）行车道病害统计表表2
病 害 类 型(长度：m或％) 完好
路段
水损害 推移 车辙 横向裂缝 纵向裂缝 弯沉超标 搓板 沉陷
左幅 长度 31770 136 2262 2301 1550 28503 750 3299.6 85734
百分比 25.0 0.1 1.8 1.8 1.2 22.5 0.6 2.6 67.6
右幅 长度 43033 7310 7228 18693 19310 42464 5848 5953 76628
百分比 33.9 5.8 5.7 14.7 15.2 33.5 4.6 4.7 60.4
右幅值/左幅值 1.4 53.8 3.2 8.1 12.5 1.5 7.8 1.8 0.9
注：其中包括超车道桩号为K42+310-K42+550（左）、K44+320-K44+450（左）、K52+810-K44+450（左）、K92+250-K92+350（右）分别出现车辙、水损害、水损害、沉陷和承载力不足等病害。
1)全线行车道水损害严重
根据调查结果，赣定高速公路通车后第一个雨季就开始了水损害，随后水损害不断出现，截止目前，按车道划分，右幅行车道出现水损害的路段最大，按长度计占33.9%。在下雨时，路面坑洞数量明显增多。在雨季的坑洞维修工作中，通常是维修速度赶不上破坏速度，造成工作的被动。水损害也导致了路面平整度下降及抗滑性不足。
2）路面排水效果不佳
中央分隔带采用开口型式，为排出中央分隔带的水，在其内设纵向排水管，再通过横向排水管将其排出，原设计全线中央分隔带有横向排水管2215根，而本次对全线排水情况调查，可见的只有1004根（仅占设计的45.3%），而且其中13处根本没有水流出。同时部分标段设计采用的横向PVC管偏小（只有Φ5，纵向渗沟内埋设的Φ10的PVC管）。路肩下设路面结构内部边缘排水，通过纵向盲沟汇水后，通过横向泄水孔排出，本次调查可见的横向泄水孔数量偏少，而且布设位置偏低（距沟底不到20cm），在下雨后，有的泄水孔根本没有水流出。
主线全长126.858Km，只有C2标（K103+650~K126+858），在挖方地下水位较高路段，路肩下设纵向渗沟，排除路面结构内部水。对于山区高速公路，挖方（特别是深挖）路段，地下水位偏高，导致路基较长时期处于潮湿或过湿状态，严重影响路面的整体承载能力，同时由于地下水位较高，也会影响路面基层甚至面层的强度和水稳性。
综上所述，赣定高速公路沥青路面目前存在的主要问题是沥青面层的水损害。由于路面水损坏严重，若不及时采取措施，赣定高速公路全线将在未来几年内普遍出现大面积的破坏现象。因此及时对路面缺陷病害进行处治。
三、路面病害處治方案设计
1、主要目标
(1)重点解决沥青路面的水损害问题，通过材料选择和级配设计，设计抗水损害能力强的沥青混合料，同时在处治结构设计中，尽可能采用排水类结构层，排除路面结构内部积水；
(2)加强和完善路面防排水措施；
(3)提高路面的结构承载能力；
(4)提高路面平整度与抗滑能力，提高路面整体形象。
2、设计思路
针对赣定高速公路沥青路面的破坏特征和数量，分别制订两种路面病害处治方案，并将其技术特点和经济性进行比较，提出推荐方案及其关键技术。由于时间紧，处治路段工程量大，任务重，可以考虑分阶段实施，对处治的路段，要求一次处理到位，至少是损坏到那个层位（车道），就应处理到那个层位（车道）。
1）水损害路段
主要是指出现坑洞、唧浆、剥落的路段。
（1）整个沥青面层（或基层、底基层）连续破坏路段
按车道，根据设计和施工情况确定处治长度和深度，挖除（或铣刨）旧的沥青面层（或基层、底基层）后，加铺新的沥青面层（或半刚性基层、底基层），通过粘层加强沥青面层与新（或旧）基层连接。
关于新铺半刚性基层和底基层，严格按现行规范进行，基层设计时，严格控制细料含量，水泥采用低标号，剂量根据抗压强度确定。
（2）沥青上中面层连续破坏的路段
按车道，根据设计和施工情况确定处治长度和深度（上面层或上中面层），先将其破坏沥青层铣刨后，加铺新的沥青面层，新旧沥青面层间设粘层，增强层间连接和防止水的下渗。
（3）分散零星破坏的路段
主要是坑槽路段，按现行规范坑槽修补方法进行。处治局部拥包以及滑移裂缝病害也可参照坑槽修补方法进行。
2）弯沉偏大路段处治方案
（1）如果沥青面层没有破坏，建议通过完善中央分隔带排水，减少路面结构内部积水。对于低填或挖方路段，地下水位较高时，通过边沟下设纵向渗沟降低地下水位，提高路基强度和刚度（产生效果可能要2-3个月）；
（2）如果沥青面层破坏，面层和基层重铺，完善中央分隔带排水。
3）搓板路段的处治方案设计思路
（1）如果沥青面层水损害和搓板较严重，考虑重铺整个沥青面层和基层。
（2）如果沥青面层没有出现水损害或只出现轻微的水损害，考虑重铺上面层，提高路面平整度。
4）全线采用封面，减少路表水下渗、减少路表车辙、提高路面的平整性和抗滑性能，同时提升路面的整体形象。
5）为减少路面的水损害，全线建议通过完善中央分隔带排水，减少路面结构内部积水，对于地下水位较高的挖方路段，还要在边沟下增设纵向渗沟，降低地下水位，提高路基强度。
3、沥青面层的设计原则
针对赣定高速公路目前沥青路面的现状，并根据目前国内外用于沥青路面维修工程的各种结构与材料特点、施工工艺，并适当考虑施工单位的施工经验，进行多种沥青路面缺陷病害处治方案，重新进行沥青混合料的设计。
1）基于沥青面层各功能的考虑
高等级公路沥青面层多采用三层，路面面层不同深度处的功能是不相同的，因此可以根据各层的功能采取有针对性的设计。
（l）上面层
上面层一般为三向受压区，力学上以剪应力为主，主要功能是在足够长的时间内提供平整的行驶表面和足够的抗滑性能。是沥青路面要求最高的层次，为保证实现这些功能，上面层必须具有足够的耐久性。研究主要通过材料选择和加工、材料组成设计和沥青混合料类型选择等，确保集料具有足够的粗糙度，上面层有适当的构造深度、较强的高温抗变形能力、足够的低温韧性和强度以抵抗荷载的重复剪切作用和其他疲劳作用的能力，并有很强的抗水损害能力。
（2）中面层
中面层一般为竖向受压区，力学上以抗竖向压缩为主。中面层的主要功能是抗车辙、抗低温缩裂和抗渗。要实现这些功能，主要通過选择低标号的沥青或改性沥青、材料组成设计、适当的中面层厚度和沥青混合料类型，确保中面层具有很强的高温抗变形能力和足够的低温韧性以抵抗荷载的重复作用，并具有很强的抗水损害能力和很强的耐久性。
（3）下面层
下面层在一般情况下极少出现可计量的永久变形，其主要功能是抗疲劳、抗渗和排水。对于半刚性基层，沥青下面层抗疲劳不是主要的（采用现行沥青路面设计程序设计，一般都不会出现拉应力），要实现这些功能，主要通过选择适当的沥青用量、材料组成设计、层厚和沥青混合料类型，确保下面层具有很高的强度以抵抗荷载的重复疲劳作用，并具有较强的抗水作用能力和足够的耐久性。
四、结束语
在临汾段高速公路沥青路面出现的早期病害中，沿线发现和处治最多的是横向裂缝，局部路段路面病害为纵缝、松散、坑槽、车辙等，个别路面病害严重路段，往往是裂缝、唧浆、坑槽交织在一起，形成复合式路面病害，主要原因是还是水破坏，这也是目前沥青混凝土路面病害中最常见、破坏力最大的一种病害，因此加强日常养护，灌缝防水是关键。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。