甘肃省高速公路沥青路面裂缝类病害不同养护方案效果分析

陈天峰

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州730030）

1 概 况

甘肃省首批高速公路自2002 年底至2018 年底累计通车里程4016 km，其中使用0～5 年的高速公路里程为1238 km，使用6～10 年的为1474.8 km，使用11～15 年的为902.9 km，使用15 年以上的为400.3 km，使用超过5 年的路段占比69.2%。甘肃省高速公路路面的主要结构为：12～18 cm 沥青混凝土+30～36 cm 水泥稳定类基层+16～20 cm 水泥稳定类底基层。因结构特性与早期对性质认识不足，高速公路在使用3～5 a 便出现裂缝类病害，5～10 a 间则大规模爆发。

经调查，使用0～5 年的高速公路裂缝病害主要以横向反射裂缝为主[1]，少量出现纵向裂缝。一般情况下横向裂缝间距20～100 m，表现为一条主缝，缝宽小于3 mm。使用5～10 年间，横向裂缝周边出现支缝，并且纵向裂缝快速发展。纵向裂缝的主要原因为疲劳开裂[1]。另外，因为冬季沥青变硬导致强度不足，纵、横缝灌封不及时造成局部出现龟裂、坑槽、唧浆病害。使用超过10 年后，纵、横缝互相贯通呈网状，块度一般为3 m×3 m 左右，在河西戈壁区块度最密达20 cm×20 cm,养护不及时导致坑槽病害急速出现。

2 裂缝类病害的影响

从行车舒适性来看，裂缝并不会直接引起行驶车辆的颠簸；灌缝、封缝会造成行车的轻度颠簸。但纵、横缝类是其它龟裂、坑槽病害的源头之一，当路面出现坑槽类病害时便会严重影响行车安全。

3 病害发展分析及解决思路

裂缝类病害的出现和发展主要与路面施工质量、荷载、动水压力等因素有关[2]。路面施工质量对于养护来说属于先天因素；车辆荷载由收费管理控制，本文不再论述。而针对避免水进入路面的问题则可以依靠路面养护解决。虽然裂缝类病害的起因是反射裂缝、疲劳裂缝，但其发展速度与水进入路面息息相关。降雨进入路面后，重车荷载下引起沥青膜从集料上剥落，沥青混凝土强度降低，进而引起路面破坏[2]。因此，裂缝类病害养护，主要应控制裂缝发展变化速度。方案选择以减少水进入路面为目的，其次要提高路面损坏状况指数PCI。

4 养护方案性能观测

在甘肃省经济不发达、资金规模有限的情况下，需要研究各类养护措施性价比，为科学养护决策提供依据。本文主要论述养护方案对裂缝发展的延缓情况观测以及施工运营中出现的问题。

4.1 灌缝、贴缝

甘肃省高速公路裂缝养护主要采用胶与热沥青灌缝、沥青贴缝带贴缝的方式，有效使用周期为2～3 a。通过对G30 嘉安段与G6 兰海段相邻灌封、未灌封路段路面损坏情况指数PCI 统计得知，灌封段年破损增长率4.55%～8.91%，未灌封段年破损增长率8.77%～16.27%，说明灌封可有效控制路面破损，延长路面使用寿命（见表1）。经调查，甘肃省灌封、贴缝整体使用情况良好，但仍存在部分灌封脱落现象，主要是灌封前路面清扫不干净、路面潮湿作业、路面低温作业所致。

表1 灌封对路面损坏状况指数PCI 效果对比表

灌封可有效延缓路面破损，但对于破损严重的路段，灌封作用有限。2012 年调查G6 白兰段，2013～2014 年调查G30 永山段，降雨后的路面坑槽，路面养护作业队在下次降雨前已不能修补完毕。恶性循环后路况越来越差，需采用其它方案进行养护。

灌封的主要问题为自动化程度低、长时间养护作业影响行车效率、养护人员安全不易保证。

4.2 微表处

沥青混凝土表面层因车辆轮胎摩擦，导致沥青膜和细集料剥落，部分灰岩类粗集料会出现磨光现象。为解决此类问题，养护部门对全省高速路面进行了大规模MS-3 型微表处加铺。经观测，微表处铺筑在当年夏、秋季反射裂缝发展并不迅速，但在当年冬季反射裂缝迅速出现，说明微表处对裂缝类病害处治效果甚微。

4.3 开普封层

沥青碎石封层在甘肃省二、三、四级公路上取得了良好的效果，碎石、沥青经车辆碾压进入路面裂缝，减少了水进入路面的通道，增加了路面使用寿命。碎石封层表面石料早期脱落且噪声大，不宜直接用于高速公路养护。养护管理部门在G30 古永段XK1954～XK1960、XK1973～XK1979+500 安排12.5 km 开普封层试验段。开普封层以橡胶碎石封层为底层，微表处为表层，计划兼具二者优点。橡胶碎石封层减缓反射裂缝发展，且具有防水、填塞裂缝效果；微表处形成密实、低噪声表面，兼具稳固封层石料防止脱落效果。

具体实施时，因交通组织压力，无法保证橡胶沥青封层铺筑完成后开放交通1～2 周，碎石封层无法充分与原路面结合，最终施工未达到预期目标。当年冬季反射裂缝便有部分出现，次年冬季纵横向裂缝完全反射至表面。

4.4 改性沥青混凝土罩面

2009 年兰州机场高速罩面，原路面病害处理后铣刨1 cm，加铺3.5 cm 改性沥青混凝土（AC-13）+热熔改性沥青碎石封层。2010～2012 年使用效果较好，裂缝零星出现，但至2013～2014 年裂缝、龟裂大规模出现。2015～2016 年机场高速又在处治病害后加铺了2.5 cm 厚Novachip 超薄磨耗层，2016～2018 年使用效果良好，路面破损状况指数PCI 达到92，2019 年6 月调查发现只有零星裂缝。2010年G75 兰临兰州段罩面，方案为铣刨重铺4 cm 改性沥青混凝土（AC-13），罩面后当年PCI 指数为98，但因为道路属于长上下坡，2011 年底PCI 指数降至92，2013～2014 年裂缝大量反射至表面，PCI指数降至83。

改性沥青混凝土罩面对裂缝的有效处治年限为4 年，延长路面年平均费用17.6 元/m2,与重铺路面年平均费用19.4 元/m2基本相当，Novachip 超薄磨耗层对裂缝的有效处治年限为5 年, 延长路面年平均费用为14.3 元/m2（见表2）。

表2 养护费用对比表

4.5 橡胶沥青混凝土罩面

针对甘肃省沥青路面裂缝发展速度与对路面的影响，多方案比选后推荐橡胶沥青混凝土罩面处治路面裂缝，橡胶沥青掺加了废旧轮胎胶粉，提高了路面混凝土低温弹性，改善了面层抗变形能力和抗疲劳开裂的性能。2010 年养护管理部门在我省气候温差最大、路面裂缝形势最严峻的嘉安高速，安排了1 km 橡胶沥青混凝土罩面试验段。

嘉安高速位于甘肃省嘉峪关，极端最高气温38.4 ℃，极端最低气温-31.6 ℃。最初计划试验段采用美国亚利桑那州的AR-AC13S 级配，厚5 cm，其粗集料形成骨架嵌挤结构，抗车辙能力较好。但从料场取回碎石后发现，因加工工艺问题无法进行级配设计，从而调整为国内规范推荐的ARHM13（W）级配方案，油石比采用8.0。因施工规模小，拌合场至现场的混合料运距160 km，施工过程中混合料中橡胶沥青大量离析，导致试验段路面次年夏季推移、拥包、车辙严重，试验失败。

结合经验，2013～2014 年橡胶沥青混凝土罩面，油石比调整至6.5[3]，并新建了拌合站，混合料运距控制在60 km 以内，橡胶沥青混凝土罩面取得了良好效果，路面损坏状况指数PCI 由62.3 提高到98.2，2018 年底检测PCI 仍为95.7，存在的主要问题是出现0～2 cm 深车辙。鉴于罩面路段出现车辙问题，2014 年二期罩面路段与2016 年罩面路段在橡胶沥青中掺加了1.5%SBS 改性剂，但经观察其效果并不明显。2014 年二期实施段落于2016 年夏季仍出现了车辙。据养护实施部门反应，车辙的原因为橡胶沥青的稳定性不足、混合料连续级配不适用于河西戈壁高温气候。经统计嘉安段共实施橡胶沥青混凝土罩面191.48 km（折合双幅，下同），出现车辙20.9 km，主要位于长上坡路段。

2014 年为解决G75 兰临段SK21～SK29 裂缝问题，采用橡胶沥青混凝土罩面，罩面后路面破损状况指数PCI 由83 提高到97.5，2018 年底检测PCI 仍为93.8，效果良好。橡胶沥青混凝土罩面效果统计见表3。

经统计橡胶沥青混凝土罩面对裂缝类有效处治年限在8 年以上，延长使用寿命年费用为每年10.8 元/m2，低于改性沥青混凝土罩面和重铺路面方案年费用。

表3 橡胶沥青混凝土罩面效果统计表

5 结 语

（1）灌缝对沥青混凝土裂缝类病害有显著意义，主要问题为自动化程度低、长时间养护作业影响行车效率以及养护人员安全不易保证。

（2）开普封层、微表处不能承受高速公路大流量重车荷载的作用，对裂缝类病害养护效果较差。

（3）改性沥青混凝土罩面、Novachip 超薄磨耗层对裂缝的有效处治年限为4～5 年，延长路面年平均费用低于路面重铺年平均费用。

（4）橡胶沥青混凝土罩面可有效解决路面裂缝类病害，费用与改性沥青混凝土罩面、重铺方案相比较低。戈壁区地面高温的长坡路段会出现车辙问题，主要因橡胶沥青离析、混合料连续级配不适用于河西戈壁高温气候。