朱 樸，肖啟揚(yáng)，蔡芬芳

黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,福建 泉州 362000

0 引言

福建省屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,西北有山脈阻擋寒風(fēng),東南又有海風(fēng)調(diào)節(jié),溫暖濕潤(rùn)為氣候的顯著特點(diǎn).年平均氣溫15 ℃～22 ℃,從西北向東南遞升.極端最低氣溫-9.5 ℃,極端最高氣溫為43.2 ℃，年平均降水量800 mm～1 900 mm,每年5～6月降水最多,多臺(tái)風(fēng)且常有暴雨.雨水對(duì)路面結(jié)構(gòu)(特別是瀝青路面)的損壞不容忽視.水損害是指瀝青路面在水的作用下,瀝青逐漸喪失與礦料的黏結(jié)力,從礦料表面脫落,在車輛的作用下瀝青面層呈現(xiàn)松散狀態(tài),以至集料從路面脫落形成坑槽,瀝青路面水損害是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、施工難度大的災(zāi)害防治工程[1].秦康康對(duì)不同浸水狀態(tài)對(duì)瀝青混凝土路面損壞的程度及影響因素開展研究,試驗(yàn)表明浸水狀態(tài)對(duì)路面破壞影響的大小依次為飽水>干濕循環(huán)>無(wú)水[2].瀝青路面與混凝土路面相比具有無(wú)縫、少塵、抗滑、方便維修等諸多優(yōu)點(diǎn).城市舊水泥路面加鋪瀝青面層(這里簡(jiǎn)稱“白改黑”)以其施工便捷、行車舒適的優(yōu)勢(shì)被廣泛采用.截止2020年,福建泉州市主要城區(qū)市政道路基本完成“白改黑”的升級(jí)改造.但隨著時(shí)間的推移,加鋪瀝青層的病害也日益顯現(xiàn),且部分路段的病害超出預(yù)期.與普通公路相比,市政道路有其不同的行車特點(diǎn),路面病害及破壞機(jī)理與普通公路略有差異.李輝提出城市道路的變形類病害以車轍形式為主,這也符合城市道路交通渠化、行車緩慢、方向不定、剎車啟動(dòng)頻繁的行車特點(diǎn)[3].袁照杰通過對(duì)市政道路瀝青路面改造工程病害處治及加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行有效分析,提出了舊路的綜合評(píng)價(jià)、病害處治原則與對(duì)策、市政道路瀝青路面改造工程加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[4].城市建設(shè)中瀝青道路在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的相關(guān)病害問題種類多樣,并且造成這些病害的原因也相對(duì)比較復(fù)雜,必須細(xì)致研究導(dǎo)致病害的因素,并有針對(duì)性地選擇合適方法,盡可能提前且有效預(yù)防,從而提升道路的管理水平[5].于玲運(yùn)用路面數(shù)值計(jì)算程序Bisar分析在車輛不同行駛狀況和不同荷載狀況下，信號(hào)交叉路口路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng),建議根據(jù)交叉路口不同車流量種類來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)，以減少交叉路口路面受損[6].

因此,不同類型瀝青路面在不同使用工況及氣候條件下產(chǎn)生的病害及機(jī)理有所差異,各種病害的防治方法也不同.以泉州市城區(qū)某市政瀝青道路為例,對(duì)其開展路面使用指標(biāo)檢測(cè)及早期病害分析,提出適合高溫多雨地區(qū)瀝青加鋪層的早期病害防治措施.

1 瀝青路面病害

1.1 市政道路普通瀝青路面病害

由于瀝青路面存在抗彎拉強(qiáng)度低、溫度穩(wěn)定性差、抗疲勞和耐久性不足等缺點(diǎn)，因此在城市日益增長(zhǎng)的交通活載作用及自然氣候條件的雙重影響下,市政道路中的瀝青路面主要病害按其嚴(yán)重程度可以分為“功能性衰退”和“結(jié)構(gòu)性破損”.所謂功能性衰減是指路面的服務(wù)能力降低(如抗滑性、抗?jié)B性、平整性降低)，而結(jié)構(gòu)性破損主要指路面出現(xiàn)如裂縫、車轍、坑槽等損壞.實(shí)踐表明,市政瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)性破損病害,按其出現(xiàn)頻次由高到低分別是:裂縫、車轍、松散、坑槽、沉陷、泛油等.

1.2 市政道路瀝青加鋪層路面病害

城市已投入使用的水泥路面由于交通量激增導(dǎo)致水泥板過早出現(xiàn)斷裂、錯(cuò)臺(tái)等病害,其維修工作量大且對(duì)交通影響顯著,同時(shí)考慮水泥路面強(qiáng)度高、剛度大、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)沒有得到充分發(fā)揮,因此“白改黑”的處治方法因其施工便捷、對(duì)交通影響小而被廣泛采用.而加鋪的瀝青面層經(jīng)常在使用初期就容易出現(xiàn)各類病害,其常見主要病害有裂縫、松散、坑槽、推移、擁包等.

2 實(shí)際市政道路路面指標(biāo)檢測(cè)

福建泉州市豐澤區(qū)通港西街建于“十五”期間,是泉州臺(tái)商區(qū)進(jìn)出市區(qū)、惠安往來(lái)晉江石獅的交通要道,車流量大且重型車輛多,屬于城市主干道,總長(zhǎng)約2.5 km,設(shè)計(jì)時(shí)速為60 km/h,雙向六車道,為水泥混凝土路面,見圖1.

(a)橫斷面示意圖(m)

通港西街在服役10年后出現(xiàn)混凝土路面板開裂、破碎、錯(cuò)臺(tái)等病害.泉州市相關(guān)政府部門于2017年6月進(jìn)行了“白改黑”的升級(jí)改造,而加鋪的瀝青面層在使用初期便出現(xiàn)一些病害.這里以泉州市豐澤區(qū)通港西街為研究對(duì)象,對(duì)其開展路面使用功能的指標(biāo)檢測(cè)及病害分析.

2.1 路面平整度檢測(cè)

路面平整度是評(píng)定路面使用質(zhì)量、施工質(zhì)量以及現(xiàn)有路面破壞程度的重要指標(biāo)之一.路面平整度直接關(guān)系到行車安全性、舒適性以及營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性,并影響路面的使用壽命.目前路面平整度的檢測(cè)設(shè)備分為斷面類與反應(yīng)類兩大類.斷面類檢測(cè)設(shè)備是測(cè)定路面表面凸凹情況的一種儀器,如最常用的3 m直尺及連續(xù)式平整度儀,國(guó)際平整度指數(shù)便是以此為基準(zhǔn)建立的,是平整度最基本指標(biāo).反應(yīng)類檢測(cè)設(shè)備是測(cè)定由于路面凹凸不平引起車輛顛簸的情況,這是駕駛員和乘客直接感受到的平整度指標(biāo),它實(shí)際上是舒適性能指標(biāo),最常用的檢測(cè)手段是車載式顛簸累積儀.考慮被測(cè)道路長(zhǎng)度不大,故采用國(guó)際通用的3 m直尺檢測(cè)法,嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求對(duì)本工程開展路面平整度檢測(cè),檢測(cè)過程見圖2.道路平整度實(shí)測(cè)結(jié)果匯總見表1和表2,為便于說(shuō)明,這里將東北一側(cè)(左幅)定義為黎明大學(xué)一側(cè),將西南一側(cè)(右幅)定義為泉州市豐澤區(qū)第四中心小學(xué)一側(cè),下同.

圖2 路面平整度檢測(cè)過程

表1 通港西街(黎明大學(xué)一側(cè))瀝青路面平整度測(cè)試結(jié)果

表2 通港西街(第四中心小學(xué)一側(cè))瀝青路面平整度測(cè)試結(jié)果

道路平整度沿縱向的分布情況見圖3.由圖可知,黎明大學(xué)一側(cè)路面平整度有4處超規(guī)范規(guī)定值(規(guī)范限值≤5 mm),其測(cè)點(diǎn)合格率為88 %,說(shuō)明該側(cè)路面在服役2年后其平整度出現(xiàn)了明顯下降.而中心小學(xué)一側(cè)路面僅有1處平整度超規(guī)范限值,其測(cè)點(diǎn)合格率為96 %,說(shuō)明該側(cè)路面的平整度在使用階段保持了較高的水平.

圖3 道路平整度沿道路縱向分布示意

由表1、表2可知,通港西街兩側(cè)路面平整度在使用2年后出現(xiàn)了超規(guī)范限值情況,但其超出幅度保持較低水平,大概2 mm左右，對(duì)市政道路交通的行車舒適性及安全性尚未構(gòu)成影響.從平整度超規(guī)范限值測(cè)點(diǎn)的位置分布來(lái)看,大致位于學(xué)校門口及通港西街和云鹿路的十字交叉路口附近,其原因可能是該處通行車輛啟?；騽x車比較頻繁,對(duì)瀝青面層產(chǎn)生剪切作用較為明顯.

2.2 路面滲水性檢測(cè)

大氣降水(雨、雪)通過路面孔隙或裂縫滲入瀝青路面結(jié)構(gòu)中會(huì)導(dǎo)致道路基層軟化、瀝青面層開裂、坑槽、松散等病害，在多雨地區(qū)應(yīng)特別重視路面結(jié)構(gòu)層的水穩(wěn)定性和面層的透水性問題.而衡量路面透水性的重要指標(biāo)就是路面滲水系數(shù),滲水系數(shù)是指在規(guī)定的條件下,單位時(shí)間內(nèi)滲入路面結(jié)構(gòu)中水的體積.這里采用路面滲水儀嚴(yán)格按照檢測(cè)規(guī)范對(duì)通港西街瀝青路面的滲水系數(shù)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)過程見圖4,路面滲水參數(shù)沿縱向分布情況見圖5.檢測(cè)數(shù)據(jù)詳見表3和表4.

圖4 路面滲水系數(shù)檢測(cè)過程

圖5 路面滲水系數(shù)沿道路縱向分布情況

表3 通港西街(黎明大學(xué)一側(cè))瀝青路面滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表4 通港西街(第四中心小學(xué)一側(cè))瀝青路面滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

從表3可得出，黎明大學(xué)一側(cè)平均滲水系數(shù)為13.6，最大滲水系數(shù)67.3，標(biāo)準(zhǔn)差17.61，變異系數(shù)130 %，合格率100 %；從表4可得出第四吣小學(xué)一側(cè)平均滲水系數(shù)為83.3，最大滲水系數(shù)147.3，標(biāo)準(zhǔn)差26.56，變異系數(shù)32 %，合格率92 %.

由圖5可知,黎明大學(xué)一側(cè)路面路面滲水系數(shù)平均值為13.6 mL/min,各測(cè)點(diǎn)的滲水系數(shù)均遠(yuǎn)低于規(guī)范限值120 mL/min,合格率為100 %,因此可以判定黎明大學(xué)一側(cè)的瀝青路面幾乎不滲水.而中心小學(xué)一側(cè)路面的平均滲水系數(shù)為83.3 mL/min,明顯高出黎明大學(xué)一側(cè)的路面實(shí)測(cè)值,且有一處滲水系數(shù)(147.3>120)超規(guī)范限值,合格率為92 %.從兩側(cè)路面的滲水系數(shù)總體測(cè)試結(jié)果來(lái)看,說(shuō)明通港西街瀝青面層在使用階段仍保持較高的抗?jié)B性,但道路兩側(cè)的滲水系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果存在明顯差異.在兩側(cè)路面施工質(zhì)量一致的前提下,初步判定與瀝青路面受到的日照條件有一定關(guān)系.由于受到綠化植物遮擋和太陽(yáng)光斜射角度的影響,黎明大學(xué)一側(cè)路面受到的全年總體日照時(shí)間略大于第四中心小學(xué)一側(cè)的路面,路面保持干燥時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),可推斷其瀝青面層受到水損害影響相對(duì)較小,瀝青對(duì)集料的包裹性和混合料的密實(shí)性保持在較高水平.

2.3 路面抗滑性檢測(cè)

輪胎打滑極易導(dǎo)致車輛失控及剎車距離明顯增長(zhǎng),因此路面具備較好的抗滑性對(duì)車輛行駛安全十分重要.目前衡量路面抗滑性指標(biāo)有路面粗糙度(構(gòu)造深度)和路表抗滑系數(shù)兩種.路表抗滑系數(shù)常用的測(cè)定方法有擺式儀擺值測(cè)試法、橫向力系數(shù)測(cè)試法等.橫向力系數(shù)測(cè)試法比較適用于高速公路和一級(jí)公路等車速較高的路段,因此這里采用標(biāo)準(zhǔn)擺式儀嚴(yán)格按照相關(guān)檢測(cè)規(guī)范要求進(jìn)行測(cè)試.其檢測(cè)過程見圖6,路面摩擦系數(shù)沿縱向分布情況見圖7.檢測(cè)數(shù)據(jù)詳見表5和表6.

圖6 路面摩擦系數(shù)檢測(cè)過程

圖7 路面摩擦系數(shù)沿道路縱向分布情況

表5 通港西街(黎明大學(xué)一側(cè))瀝青路面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表6 通港西街(第四中心小學(xué)一側(cè))瀝青路面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

由表5可以得出，黎明大學(xué)一側(cè)瀝青路面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果測(cè)點(diǎn)數(shù)13個(gè)，不合格點(diǎn)數(shù)(規(guī)定≥45)2個(gè)，平均值52.8，標(biāo)準(zhǔn)差6.7，變異系數(shù)12.7 %，合格率85 %；由表6可以得出第四中心小學(xué)側(cè)瀝青路面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果測(cè)點(diǎn)數(shù)13個(gè)，不合格點(diǎn)數(shù)(規(guī)定≥45)為0，平均值62.4，標(biāo)準(zhǔn)差7.86，變異系數(shù)12.6 %，合格率100 %.

由圖7可知,黎明大學(xué)一側(cè)路面路面摩擦系數(shù)平均值為52.8 BPN,有兩處的摩擦系數(shù)略低于規(guī)范限值(42.0<45，41.6<45),合格率為85 %,說(shuō)明該側(cè)路面在服役2年后的總體抗滑性略有下降.而第四中心小學(xué)一側(cè)路面的平均抗滑系數(shù)為62.4 BPN,合格率為100 %,說(shuō)明該側(cè)路面在使用2年后仍具備較高的抗滑性,且總體上略高于黎明大學(xué)一側(cè)路面抗滑性.兩側(cè)路面抗滑系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的變異系數(shù)相當(dāng),說(shuō)明其檢測(cè)結(jié)果離散性相當(dāng).若兩側(cè)路面施工質(zhì)量基本一致,當(dāng)使用完一段時(shí)間后,路面摩擦系數(shù)的變化規(guī)律與路面滲水系數(shù)變化規(guī)律在一定程度上呈正比例關(guān)系.路面滲水系數(shù)越大,說(shuō)明路面材料越不密實(shí),其骨料間的空隙則越大,一定程度上表現(xiàn)為路面面層的構(gòu)造深度越大,構(gòu)造深度也是路面抗滑性指標(biāo)之一,構(gòu)造深度越大可導(dǎo)致其摩擦系數(shù)較大.然而過大的構(gòu)造深度容易積水,在水和輪載共同作用下可能帶來(lái)坑槽等病害.

3 實(shí)際工程路面早期病害與原因分析

3.1 瀝青路面裂縫病害與原因分析

從路面外觀調(diào)查結(jié)果看出,通港西街的瀝青加鋪層在通車2年后出現(xiàn)大小不一的縱橫向裂縫(見圖8)，這些縱橫向裂縫間距較大且裂縫深度較深,大多數(shù)集中在交叉路口附近.從裂縫的形狀和分布位置看,初步判定為反射裂縫,主要由于作為基層的舊水泥路面板在汽車荷載作用下變形開裂帶動(dòng)上部瀝青加鋪層開裂導(dǎo)致.

圖8 交叉路口出現(xiàn)的縱橫向裂縫

3.2 瀝青路面坑槽病害與原因分析

通港西街瀝青加鋪層在服役2年左右出現(xiàn)了局部坑槽病害,如圖9、圖10所示.瀝青加鋪層出現(xiàn)坑槽的位置主要集中在公交?？空?、交叉路口和最右側(cè)車道附近.最右側(cè)車道為慢車道且多為重型車行駛車道.路口及公交車停靠站站附近車輛剎車和頻繁啟停對(duì)路面產(chǎn)生的作用效應(yīng)較為明顯.由此可初步判斷其加鋪瀝青層坑槽產(chǎn)生的原因?yàn)橹剌d車輛的碾壓作用及汽車頻繁剎車啟停帶來(lái)的剪切作用.同時(shí)由于路面橫坡及平整度超標(biāo)導(dǎo)致最右側(cè)車道積水概率增大(包括雨水、綠化灑水),使其更易受到汽車輪載和水損害的綜合作用,加劇其坑槽病害的產(chǎn)生.

圖9 位于最右側(cè)車道及公交?？空靖浇目硬?/p>

圖10 位于交叉路口附近的坑槽

4 加鋪層瀝青路面病害防治措施

4.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在舊水泥路面進(jìn)行“白改黑”的改造設(shè)計(jì)之前,設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)舊路進(jìn)行承載力和功能性評(píng)價(jià),準(zhǔn)確掌握舊路的運(yùn)行狀況,為后期的加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料.對(duì)通港西街“白改黑”項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)2年后的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,市政道路中的瀝青加鋪層遭受的破壞從力學(xué)角度上可大致歸納為剪切性破壞或疲勞性破壞.因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重瀝青加鋪層的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì),在不超預(yù)算前提下優(yōu)先選用骨架穩(wěn)定密實(shí)型的改性瀝青混凝土(如SMA混合料).在交叉口、公交停靠站、重載車道、大縱坡路段,加鋪層混合料中建議添加抗剝落劑.設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在結(jié)構(gòu)層中增設(shè)應(yīng)力吸收層以減少反射裂縫的產(chǎn)生,可采用瀝青基防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層,既能吸收舊水泥路面板裂縫擴(kuò)展產(chǎn)生的應(yīng)力，又能防止地表水經(jīng)瀝青層下滲到舊水泥路面[7].同時(shí)做好路表排水設(shè)施設(shè)計(jì)，以減少積水對(duì)加鋪層的水損害.

4.2 嚴(yán)控施工工藝

在進(jìn)行“白改黑”升級(jí)改造施工前,應(yīng)對(duì)舊水泥路面進(jìn)行銑刨、刻槽、拋丸、撒布粘層油等處理,提高加鋪層與舊路面的粘結(jié)力,并確保攤鋪施工前舊水泥路面處于潔凈、干燥狀態(tài).施工單位應(yīng)對(duì)舊水泥路面存在的脫空、錯(cuò)臺(tái)、破碎板等病害處治到位,減少其在重載交通下帶來(lái)的反射裂縫.加強(qiáng)對(duì)瀝青混合料施工配合比的控制，采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的設(shè)備生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的集料尤為重要(建議采用堿性集料).加強(qiáng)瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪過程中的溫度控制，并采取防離析的技術(shù)措施.合理部署施工現(xiàn)場(chǎng)，使瀝青混合料在規(guī)定溫度下盡快完成初壓、復(fù)壓、終壓.加強(qiáng)瀝青混合料施工過程的質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制,注重施工過程的監(jiān)督管理,避免操作不當(dāng)及違規(guī)操作等情況,發(fā)現(xiàn)不合格的堅(jiān)決返工處理,不留隱患.

4.3 加強(qiáng)路面養(yǎng)護(hù)

保持瀝青路面良好的使用性能離不開強(qiáng)有力的養(yǎng)護(hù)維修保障.路面養(yǎng)護(hù)維修是道路建設(shè)的延續(xù),在路面還處于良好狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)尤為重要.預(yù)防性養(yǎng)護(hù)作為一種周期性的強(qiáng)制保養(yǎng)措施,并不考慮路面是否已經(jīng)有病害,而當(dāng)路面剛好出現(xiàn)病害先兆時(shí)對(duì)路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)比發(fā)生較大病害后再處理更省錢省力[5].加強(qiáng)對(duì)路面排水系統(tǒng)的檢查維護(hù),及時(shí)清理市政道路雨水篦、排水溝、路肩等處的堆積物(如落葉、生活垃圾等),確保路面排水通暢,減少瀝青路面積水產(chǎn)生的水損壞.市政交通主管部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)超載車輛的管控,減少超載車輛對(duì)路面造成的損壞.

5 結(jié)語(yǔ)

以福建泉州豐澤區(qū)通港西街“白改黑”升級(jí)改造工程為研究對(duì)象,對(duì)其早期運(yùn)營(yíng)的路面使用指標(biāo)及外觀進(jìn)行檢測(cè)與分析,得出以下結(jié)論:

(1)用3 m直尺法測(cè)得左右幅路面平整度合格率分別為88 %,96 %,有5個(gè)測(cè)點(diǎn)超出規(guī)范限值(超出約2 mm),路面平整性良好.

(2)采用滲水儀法測(cè)得左右幅路面滲水系數(shù)合格率分別為100 %，92 %.有1個(gè)測(cè)點(diǎn)略超規(guī)范限值,左幅路面滲水系數(shù)平均值為13.6 mL/min,說(shuō)明該路面仍保持較高的抗?jié)B性.

(3)采用擺式儀法測(cè)得左右幅路面摩擦系數(shù)合格率分別為85 %，100 %,有2個(gè)測(cè)點(diǎn)摩擦系數(shù)比規(guī)范限值略小一些,說(shuō)明該路面仍具備較高的抗滑性.

(4)該工程的瀝青加鋪層早期病害主要為反射裂縫及坑槽,主要原因有路面抗剪強(qiáng)度不足、水損壞、重載交通等.

市政道路“白改黑”升級(jí)改造項(xiàng)目正在不斷推進(jìn),而瀝青加鋪層的病害卻在短期內(nèi)顯現(xiàn).本文從瀝青加鋪層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝及路面養(yǎng)護(hù)3個(gè)角度提出幾點(diǎn)建議,旨在為工程相關(guān)技術(shù)人員提供參考.