高速公路路面結(jié)構(gòu)性能大修后評(píng)價(jià)

葉文亞，李 繼，周師師

（1.寧波工程學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.寧波招商公路交通科技有限公司，浙江 寧波 315000；3.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

引言

道路的使用性能在運(yùn)營期間會(huì)隨著時(shí)間延長逐漸衰弱，而交通量要求道路需保持較好的服務(wù)水平[1]。因此，對(duì)于運(yùn)營期間性能弱化的道路，采取養(yǎng)護(hù)維修措施是提高路況的必要途徑。對(duì)于路面性能衰變較為嚴(yán)重的道路，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)有交通量增長和荷載的需求，因此，需要對(duì)道路進(jìn)行綜合修理，以全面恢復(fù)到原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，稱為道路大修工程[2]。

路面結(jié)構(gòu)性能是路面諸多使用性能中最為關(guān)鍵的一類，若路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，則會(huì)對(duì)維修造成很大困難。且由于維修時(shí)要求封閉部分路段甚至完全封閉道路，嚴(yán)重影響道路通行能力，使得相鄰路段交通量突增，造成交通擁堵。故應(yīng)當(dāng)采取有效的措施對(duì)高速公路的路面結(jié)構(gòu)性能開展檢測(cè)和評(píng)估。瀝青路面加鋪罩面是一種有效的養(yǎng)護(hù)措施，不僅可以修復(fù)路面的功能性損壞，而且通過調(diào)節(jié)加鋪層厚度可以處理路面結(jié)構(gòu)性損壞，提高路面結(jié)構(gòu)的承載力[3]。

路面養(yǎng)護(hù)的效果后評(píng)價(jià)是道路養(yǎng)護(hù)中重要的一環(huán)，后評(píng)價(jià)可以跟蹤養(yǎng)護(hù)路段的路面使用性能，對(duì)養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，用以指導(dǎo)后續(xù)養(yǎng)護(hù)決策，從中吸取教訓(xùn)，從而提高公路養(yǎng)護(hù)決策和管理水平[4-5]。

1 試驗(yàn)路段

1.1 路面結(jié)構(gòu)組合

甬臺(tái)溫高速公路指的是浙江省境內(nèi)寧波市經(jīng)臺(tái)州市至溫州市的高速公路，其中甬臺(tái)溫高速公路寧波段（一期）連通北侖港和奉化市，路段全長49 km。自2000 年12 月建成通車以來，甬臺(tái)溫高速寧波段車流量逐年增長。由于路面運(yùn)營期限較長，交通量大，路況已無法滿足交通量的需求。因此，于2014—2015 年對(duì)路段開展了路面更新改造工程。

甬臺(tái)溫高速寧波段（一期）路面的實(shí)際路況為路面破損較嚴(yán)重，局部路段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，特別是基層厚度總體較設(shè)計(jì)偏薄，瀝青表面層老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，宜采用加鋪罩面進(jìn)行處理。

根據(jù)路面性能聚類劃分，路面破損較少路段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本處于中及以上水平，該類路段主要以功能性加鋪為主。路面破損狀況評(píng)價(jià)為次和差的路段，根據(jù)鉆取芯樣并結(jié)合路面彎沉測(cè)試，該路段基層狀況較差，局部路段基層完全破損，對(duì)于該類路段主要以結(jié)構(gòu)性加鋪為主。兩種加鋪形式見圖1。其中原路面結(jié)構(gòu)從上到下依次為4 cm AC-13 改性瀝青混凝土上面層+5 cm AK-16 中粒式瀝青混凝土中面層+7 cm AC-30 粗粒式瀝青混凝土下面層+1 cm 下封層+18 cm 二灰穩(wěn)定碎石基層+18 cm 二灰穩(wěn)定碎石底基層+15 cm 級(jí)配碎石墊層。

圖1 路面加鋪結(jié)構(gòu)

1.2 測(cè)試路段選取

甬臺(tái)溫高速公路寧波段（一期）路段較長（49 km），且交通量很大，2020 年主線雙向的斷面流量日均已達(dá)2.9 萬輛。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)狀況檢測(cè)，彎沉值一直是路面結(jié)構(gòu)層承載能力的重要檢測(cè)指標(biāo)。鉆芯取樣是一種傳統(tǒng)檢測(cè)方法，但該方法不僅測(cè)試速度低，而且安全性差，無法滿足要求，常用于局部抽樣檢測(cè)。目前貝克曼梁法已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但其速度慢，且是靜態(tài)測(cè)試，難以有效模擬行車荷載的作用。落錘式彎沉儀（FWD）利用重錘自由落下的瞬間產(chǎn)生的瞬間產(chǎn)生的沖擊荷載測(cè)定彎沉，屬于動(dòng)態(tài)彎沉，測(cè)試效率大大提高，是目前常用的一種路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法[6-7]。但仍然無法做到不停車連續(xù)檢測(cè)，為確保安全，需要封道測(cè)試，一定程度影響車輛通行。

因此，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與各結(jié)構(gòu)檢測(cè)方案的優(yōu)劣，選取測(cè)試路段，采用落錘式彎沉儀檢測(cè)其路面結(jié)構(gòu)性能，并加以分析。路段選取時(shí)考慮的因素：各典型路段不宜太過密集，應(yīng)當(dāng)盡量覆蓋大范圍；均衡考慮上下行方向；由于路段重車多，故應(yīng)在重車道測(cè)試。綜合考慮試驗(yàn)選擇了4 個(gè)測(cè)試路段，路段基本參數(shù)見表1。

表1 測(cè)試路段基本參數(shù)

2 路面結(jié)構(gòu)性能評(píng)估

2.1 彎沉盆數(shù)據(jù)采集

2019 年，采用SHN-FWD-MV 多點(diǎn)車載落錘式彎沉儀，對(duì)選取的4 個(gè)路段進(jìn)行了FWD 動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)試。測(cè)試過程各測(cè)點(diǎn)的間隔為縱向20 m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都能基于9 個(gè)傳感器的測(cè)試結(jié)果得到彎沉盆數(shù)據(jù)。傳感器距荷載中心點(diǎn)的距離分別為0 mm、200 mm、300 mm、450 mm、600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm，編號(hào)為D1～D9，對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)值為d1～d9。測(cè)試用的荷載板半徑為15 cm，荷載為50 kN。4 個(gè)典型路段的平均彎沉盆見圖2。

圖2 各路段平均彎沉盆

由圖2 可知，路段3 的彎沉值整體偏大且曲線斜率較陡，說明路段3 路面結(jié)構(gòu)狀況較差。同理可知，路段4 的結(jié)構(gòu)狀況也較弱。路段1 和路段2 路面結(jié)構(gòu)狀況較好，且相差不大。

2.2 彎沉盆參數(shù)分析

除直觀地用彎沉盆圖進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)外，也可以采用彎沉盆參數(shù)對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。通常用中心彎沉值（d1）評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，d1 值越大，則結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越差。此外，表面曲率指數(shù)（SCI）和基層損壞指數(shù)（BDI）分別可以表征路面結(jié)構(gòu)面層結(jié)構(gòu)和基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱，一般來說，指數(shù)值越大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越弱。SCI 和BDI 計(jì)算：

計(jì)算4 個(gè)典型路段的彎沉盆參數(shù)均值，柱狀圖見圖3。

圖3 彎沉盆參數(shù)均值

綜合彎沉盆曲線和彎沉盆參數(shù)均值來看，4 個(gè)典型路段路面結(jié)構(gòu)狀況優(yōu)良關(guān)系：路段2＞路段1＞路段4＞路段3，其中路段3 的各彎沉盆參數(shù)均值較大，說明結(jié)構(gòu)相對(duì)較弱。

2.3 大修前后對(duì)比分析

大修前對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了檢測(cè)，采用路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）進(jìn)行評(píng)價(jià)。將此次FWD 檢測(cè)得到的各路段的平均中心彎沉值與大修前測(cè)得的PSSI 進(jìn)行比較，見表2。

表2 各路段中心彎沉值與PSSI 值

中心彎沉值越小，路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高；PSSI 值越大，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越好。由表2 可知：（1）根據(jù)彎沉值看，路段1、路段2 的結(jié)構(gòu)性能要優(yōu)于路段3 和路段4。（2）根據(jù)大修前的PSSI 值，路段2的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于路段3、路段1 和路段4；其中路段3 大修時(shí)采用雙層罩面，由此可知，經(jīng)過雙層罩面后，路段3 的結(jié)構(gòu)性能有較大提升，但在4 個(gè)路段中仍是相對(duì)最差。

3 結(jié)語

通過對(duì)甬臺(tái)溫高速公路寧波段（一期）大修前后的路面結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行檢測(cè)與分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過大修后，各路段結(jié)構(gòu)性能都有較大的提升。其中，大修前路段3 的結(jié)構(gòu)性能最弱，而經(jīng)過雙層罩面后其結(jié)構(gòu)性能提升最為顯著。由此可見，對(duì)于路面結(jié)構(gòu)弱化較為嚴(yán)重的道路，采取雙層罩面是一種有效的維修措施。因此，對(duì)于路段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不低于“中”的路段，維修時(shí)可以采取以單層功能性加鋪罩面。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)前度評(píng)價(jià)為“次”和“差”的路段，可以雙層結(jié)構(gòu)性加鋪罩面為主要維修措施。