李 巍

（廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510635）

引言

普通干線公路是指除高速公路外，在一定范圍內(nèi)地區(qū)的公路網(wǎng)中占據(jù)主干地位和起到主導(dǎo)作用、具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)、政治、文化或國(guó)防等重要服務(wù)職能的國(guó)道和省道，是連接城市與城市之間的重要通道[1]。近年來(lái)，廣東省交通運(yùn)輸事業(yè)伴隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛而蓬勃發(fā)展，普通干線公路交通量日益增長(zhǎng)，大型重載車(chē)輛不斷增加。在碼頭、水泥廠、電廠、采礦區(qū)等大型工礦企業(yè)周邊，普通干線公路以貨運(yùn)為主[2]，道路一幅車(chē)輛超載運(yùn)輸，車(chē)輛荷載特征表現(xiàn)為大軸重、高輪壓和多軸化超載最高達(dá)到200%～300%，甚至更高。而公路另一幅車(chē)輛空載，造成普通干線公路左右幅路況水平差異較大，受到重載交通頻繁碾壓的路面普遍存在早期損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響道路的行車(chē)舒適性和安全性，大大縮短了路面的使用壽命。因此，減少路面早期病害是管養(yǎng)單位的重中之重。然而，由于受到公路病害快速綜合診斷技術(shù)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)等關(guān)鍵技術(shù)因素的制約，造成普通干線公路的養(yǎng)護(hù)狀況不盡人意[3]。

1 路面病害調(diào)查

梅州市位于廣東省東北部，該地水泥實(shí)際生產(chǎn)能力和實(shí)績(jī)均占全省的15% 左右，堪稱“水泥大市”。水泥行業(yè)在梅州市工業(yè)經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，近年梅州境內(nèi)主要普通干線公路，如國(guó)道G235 線、國(guó)道G205 線、國(guó)道G238 線等，通行的車(chē)輛基本為運(yùn)輸水泥、砂石料、礦石的大型重載車(chē)輛。加上近年城市建設(shè)的擴(kuò)張，梅州市境內(nèi)公路上重載交通越來(lái)越多，干線公路路面面層出現(xiàn)病害的現(xiàn)象越來(lái)越普遍。國(guó)道G205 線蕉嶺某段2014—2018 年主要交通量構(gòu)成情況，見(jiàn)表1。

表1 國(guó)道G205 線蕉嶺某段歷年平均日交通量觀測(cè)值/輛

由表1 可知，從2014—2018 年，該路段交通量與日俱增，其平均日交通量由2013 年的8 202 輛（折算成小貨車(chē)）增長(zhǎng)至16 967 輛，增長(zhǎng)率為106.88%。其中特大貨車(chē)的平均日交通量由410 輛增長(zhǎng)至1 194輛，增長(zhǎng)率為191.22 %；大貨車(chē)的平均日交通量由757輛增長(zhǎng)至1 281 輛，增長(zhǎng)率為69.22 %。根據(jù)交通部頒布的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014），二級(jí)公路的年平均日設(shè)計(jì)交通量宜為5 000 ～15 000 輛小客車(chē)[4]；一級(jí)公路的年平均日設(shè)計(jì)交通量宜在15 000輛小客車(chē)以上[4]。本路段為二級(jí)公路，但在2018 年年平均日設(shè)計(jì)交通量已經(jīng)達(dá)到16 967，并有進(jìn)一步增長(zhǎng)趨勢(shì)，已經(jīng)達(dá)到一級(jí)公路的年平均日設(shè)計(jì)交通量。

2019 年，對(duì)國(guó)道G205 線蕉嶺段病害進(jìn)行調(diào)查分析。調(diào)查路段起點(diǎn)為廣東蕉嶺縣與福建武平縣交界處，終點(diǎn)位置為接天汕高速文福出口。路段為二級(jí)公路，路基寬度15.0 m，雙向四車(chē)道水泥混凝土路面，道路橫斷面及路面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 G205 線蕉嶺某段道路橫斷面/cm

依據(jù)交通部頒布的《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007），采用人工評(píng)測(cè)方法進(jìn)行路面損壞狀況指數(shù)（PCI）和路面破損率（DR）評(píng)價(jià)，見(jiàn)圖2。結(jié)合路面破損情況、路面維修年限和使用現(xiàn)狀的不同，以每500 m 的路段長(zhǎng)度作為路面狀況調(diào)查及評(píng)價(jià)單位[5]，并按左、右幅分車(chē)道進(jìn)行路面破損狀況調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及評(píng)價(jià)，左幅指文福出口往武平縣方向，右幅是指武平縣往文福出口方向。

圖2 調(diào)查路段PCI 值分布

根據(jù)路面損壞狀況指數(shù)(PCI)對(duì)各車(chē)道的評(píng)價(jià)結(jié)果，右幅第一車(chē)道路況最差，右幅第二車(chē)道次之，左幅第二車(chē)道路況最好。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，水泥路面面板的破碎、開(kāi)裂、接縫料損壞和露骨情況較為嚴(yán)重。

對(duì)調(diào)研路段水泥混凝土路面斷板率（DBL）指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算和評(píng)定，各車(chē)道各評(píng)定路段的DBL 值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見(jiàn)圖3。

圖3 水泥路面各車(chē)道各評(píng)定路段的DBL 值分布

從全線來(lái)看，左幅的斷板率（DBL）為10.4%，右幅的斷板率（DBL）為30.4%，說(shuō)明左幅路況破壞狀況比右幅好，這與路面損壞狀況指數(shù)PCI 評(píng)定結(jié)果基本一致，其中斷板率（DBL）最大路段為K2539+000—K2541+000 右幅第一次車(chē)道。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本路段全線有多個(gè)石場(chǎng)和塔牌水泥廠，且重載和超重載車(chē)輛主要往天汕高速文福出口方向，也是導(dǎo)致路面損壞的主要原因。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，水泥混凝土路面主要以露骨和破碎板為主，其次則為裂縫和接縫料損壞等。表2 為調(diào)查路段主要路面病害類(lèi)型及比例，典型病害見(jiàn)圖4。

表2 水泥混凝土路面主要病害類(lèi)型及比例/%

圖4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查典型病害

由圖4 可以看出，右幅路面主要病害均為破碎板、塊裂裂縫、修補(bǔ)損壞等嚴(yán)重的病害，左幅則為露骨、縱向裂縫等較輕微的病害。造成全線大面積露骨的原因是施工時(shí)使用不符合規(guī)范要求的砂石料、水泥混凝土配合比不準(zhǔn)確、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)?，此?lèi)病害不存在結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，僅影響美觀及行車(chē)平整度[6]。而右幅大面積的路面板破碎則是本路段右幅全線有多個(gè)石場(chǎng)和塔牌水泥廠，特別是石場(chǎng)路口和城鎮(zhèn)中心路段，出入多為重載和超重載車(chē)輛；同時(shí)雨水滲入板底是水泥混凝土路面病害發(fā)生的主要誘因，而接縫料損壞則為雨水滲入板底提供了直接通道，隨著接縫料大量損壞和雨水的滲入，已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生板體裂縫甚至破碎板的出現(xiàn)。而其他車(chē)道由于大量裂縫和破碎板的發(fā)生，盡管接縫料損壞所占比重較小，但道路狀況已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重破壞。

2 路面病害影響因素分析

2.1 極重、重載交通對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響

通常路面面層病害是多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果[7]，而本調(diào)查路段左右幅路面在同一時(shí)間建成、同一時(shí)間完成路面改造的情況下，路況水平差異顯著，右幅路面普遍存在早期損壞現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路段全線有多個(gè)石場(chǎng)和塔牌水泥廠，且重載和超重載車(chē)輛主要往右幅天汕高速文福出口方向，這也是導(dǎo)致右幅路面損壞情況比左幅嚴(yán)重的主要原因。

在調(diào)查路段的交通量觀測(cè)點(diǎn)使用便攜式汽車(chē)軸重儀在該路段范圍內(nèi)采用隨機(jī)抽取各類(lèi)車(chē)型的軸載的方式進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)。對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析可知，本路段超載現(xiàn)象嚴(yán)重。在進(jìn)行當(dāng)量軸次換算時(shí)，當(dāng)車(chē)輛超載超過(guò)容許載重的一半時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大約3 倍，當(dāng)車(chē)輛超載超過(guò)容許載重的一倍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大6 ～7 倍，當(dāng)車(chē)輛超載超過(guò)容許載重的2倍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量增大23～25倍。由此可知，車(chē)輛的超載很大程度影響了折算后標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)量。在此次統(tǒng)計(jì)的車(chē)輛中，所有的貨運(yùn)車(chē)輛都存在超載現(xiàn)象，只是超載的程度不同。車(chē)輛超載現(xiàn)象的普遍性加重了路面損壞，大大減少了路面的預(yù)期使用壽命。各類(lèi)車(chē)型最大超載倍數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各車(chē)型最大超載倍數(shù)調(diào)查

重載交通下高軸載、高輪胎壓力、多輪軸載綜合作用以及車(chē)輛的專用化帶來(lái)了斷板、唧泥以及脫空等問(wèn)題。由于水泥路面基礎(chǔ)不扎實(shí)、排水不暢，在過(guò)大壓力下導(dǎo)致路基沉陷，積水、沖刷脫空、斷板等多個(gè)問(wèn)題相互聯(lián)系在一起，進(jìn)一步加劇了路面的破壞。

2.2 路面設(shè)計(jì)的不足

（1）現(xiàn)行規(guī)范[4]中取用的荷載應(yīng)力計(jì)算荷載圖式范圍相對(duì)狹小，適用于單軸載荷13 t，輪壓在0.5 ～0.7 MPa 之間的情況。而超重載現(xiàn)象使得載重車(chē)輛的荷載參數(shù)、交通構(gòu)成與規(guī)范設(shè)定的都有著較大的不同。（2）軸載換算問(wèn)題。目前使用的《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40—2011），仍采用單軸一雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)作設(shè)計(jì)軸載，針對(duì)超重載交通條件下的水泥混凝土路面，將貨車(chē)中比重最大的特重車(chē)型對(duì)應(yīng)的軸載用作設(shè)計(jì)軸載[8-9]。換算之后，往往和實(shí)際情況有一定的脫節(jié)。（3）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單一。沒(méi)有考慮路面早期齡期施工對(duì)路面長(zhǎng)期性能的影響，路面基層抗沖刷能力不足，目前廣東省內(nèi)道路設(shè)計(jì)不夠精細(xì)，不能區(qū)分不同路基支撐條件和不同交通軸載情況下路面結(jié)構(gòu)的不同，十幾年使用一套標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖[9]。

2.3 養(yǎng)護(hù)施工過(guò)程中的不規(guī)范

（1）改建時(shí)原舊路面病害未得到處理。一些路段舊路面的錯(cuò)臺(tái)和板角斷裂等病害嚴(yán)重，尤其是錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。但在實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)舊路面病害的處治往往不夠徹底就直接進(jìn)行加鋪，而新加鋪的路面由于舊路面錯(cuò)臺(tái)、板角斷裂、坑洞等病害的存在，使得攤鋪厚度不均勻，當(dāng)加鋪厚度本身就很薄的情況下，這種不均勻的現(xiàn)象更加明顯。而攤鋪厚度的不均勻往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均勻，再加上路基和基層的承載能力本身偏低，當(dāng)路面受到密集而頻繁的重載交通作用時(shí)，路面病害必然頻繁的產(chǎn)生。（2）水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠。根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）、《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.1—2001），新建水泥混凝土路面開(kāi)放交通時(shí)，其路面強(qiáng)度必須超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90 %。而項(xiàng)目組實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在施工過(guò)程中，部分項(xiàng)目并未嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間提前開(kāi)放交通，最終導(dǎo)致水泥混凝土路面的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.4 其他原因

如廣東省地處亞熱帶氣候、氣溫高、降雨量大等情況也會(huì)造成道路施工和基層沖刷不利，從而影響路基穩(wěn)定性，產(chǎn)生路面病害。

3 路面病害防治建議

國(guó)內(nèi)外大量研究已經(jīng)證明，對(duì)公路病害遵循早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早預(yù)防的養(yǎng)護(hù)策略，是公路養(yǎng)護(hù)最科學(xué)、有效的養(yǎng)護(hù)方法[3]。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)重載交通方向道路破壞程度遠(yuǎn)高于另一方向道路，對(duì)此提出左右兩側(cè)單獨(dú)進(jìn)行路面結(jié)合設(shè)計(jì)的方案。受重載破壞嚴(yán)重的路面采用極重或特重交通等級(jí)進(jìn)行水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受損較輕的道路按重交通等級(jí)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)兩側(cè)設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)的高度差采用碎石進(jìn)行補(bǔ)足或?qū)υ型临|(zhì)較好地區(qū)采用填高路基的方式進(jìn)行補(bǔ)足。

重載是使水泥混凝土路面產(chǎn)生早期損壞的主要因素，它非常容易導(dǎo)致水泥混凝土路面板發(fā)生極限破壞，所以現(xiàn)在國(guó)外很多重載公路工程項(xiàng)目均選擇使用半剛性材料作為基層材料。在對(duì)左幅進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用極重或特重交通等級(jí)，參照要求，基層選用碾壓混凝土或貧混凝土，本設(shè)計(jì)選用碾壓混凝土作為路面基層材料使用。因?yàn)樗怯晒杷猁}水泥、火山灰質(zhì)摻和料、水、外加劑、砂和分級(jí)控制的粗骨料拌制成無(wú)塌落度的干硬性混凝土，故具有強(qiáng)度高、剛度和整體性好，抗疲勞性能良好等特點(diǎn)。

依據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，干燥狀態(tài)下左幅路面結(jié)構(gòu)厚度為78 cm，中濕狀態(tài)下多鋪設(shè)一層15 cm 的級(jí)配碎石墊層，故為93 cm；干燥狀態(tài)下右幅路面結(jié)構(gòu)厚度為68 cm，中濕狀態(tài)下多鋪設(shè)一層15 cm 的級(jí)配碎石墊層，故為83 cm。左幅與右幅設(shè)計(jì)方法與施工方法保持一致，因此，左幅和右幅路面結(jié)構(gòu)的高度差為10 cm，可以采用兩種方式來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。（1）采用10 cm 的級(jí)配碎石進(jìn)行填充，如該地區(qū)右側(cè)交通也偏重或該地區(qū)路基狀況較差，選用級(jí)配碎石來(lái)填充一方面對(duì)路基進(jìn)行剛度補(bǔ)償，另一方面起到路面結(jié)構(gòu)剛度過(guò)渡的作用。（2）采用無(wú)級(jí)配的碎石或填高路基10 cm，此法應(yīng)用于該地區(qū)路基狀況較好且填土較充足，或是該地區(qū)右側(cè)道路的重載車(chē)輛較少的情況。通過(guò)上述兩種方式來(lái)補(bǔ)償右側(cè)路面與左側(cè)路面的高度差，使兩側(cè)道路在整體上能夠有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)。

左右兩幅除路面結(jié)構(gòu)厚度引起的高度差之外，左右兩幅的施工也是重點(diǎn)，但在實(shí)際施工過(guò)程中，左右兩幅本就是單獨(dú)施工，這就為單獨(dú)設(shè)計(jì)提供了可能，即設(shè)計(jì)與施工可以保持一致，并不會(huì)影響路面的質(zhì)量，而且會(huì)達(dá)到兩幅路面結(jié)構(gòu)應(yīng)有的效果。

3.2 施工方面

在施工過(guò)程及養(yǎng)護(hù)方面要采用合理的施工步驟，按照規(guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，及時(shí)切縫、確保切縫深度等[7]。在對(duì)舊路進(jìn)行加鋪、改建時(shí)，錯(cuò)臺(tái)、板角斷裂、坑洞等舊路病害處治必須徹底，避免病害影響加鋪、改建后的路面攤鋪厚度的均勻性。

3.3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

廣東省地處亞熱帶氣候、氣溫高、降雨量大，當(dāng)水泥混凝土路面出現(xiàn)接縫損壞、裂縫、排水系統(tǒng)失效等病害時(shí)，雨水會(huì)沿著路面的裂縫向基層甚至路基滲透，從而使基層、路基軟化，造成唧泥、錯(cuò)臺(tái)和啃邊，因此，應(yīng)及時(shí)更換路面填縫材料，及早進(jìn)行路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。日常養(yǎng)護(hù)中也應(yīng)重視排水系統(tǒng)的維護(hù)，及時(shí)清淤、修復(fù)損壞的排水設(shè)施[7]。

3.4 日常管理

大貨車(chē)的嚴(yán)重超載是引起水泥混凝土面板損壞的主要原因，要求相關(guān)部門(mén)對(duì)現(xiàn)有貨運(yùn)管理模式進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)完善超載超限治理措施，才能減少超載現(xiàn)象的產(chǎn)生。對(duì)公路運(yùn)輸過(guò)程中超限超載現(xiàn)象的治理不僅關(guān)系到公路安全，而且也對(duì)人民群眾的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生很大的影響，相關(guān)管理部門(mén)應(yīng)密切合作，進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合執(zhí)法，并對(duì)治超站點(diǎn)布局進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，提高公路運(yùn)輸從業(yè)人員的上崗前培訓(xùn)和上崗中再教育，建立健全公路運(yùn)輸行業(yè)的市場(chǎng)準(zhǔn)入和退出機(jī)制，加大公路貨運(yùn)中超限超載運(yùn)輸事件的違法成本，確保我國(guó)公路運(yùn)輸行業(yè)能健康穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)梅州地區(qū)典型重載交通區(qū)域普通干線公路路面面層的病害調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)重載交通、汽車(chē)超限超載是導(dǎo)致路面過(guò)早破壞的誘導(dǎo)因素，暴露了以往路面設(shè)計(jì)、施工及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的薄弱環(huán)節(jié)，而且廣東省在氣候方面也存在天然的不足。因此，開(kāi)展廣東地區(qū)重載交通荷載統(tǒng)計(jì)、進(jìn)一步精細(xì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)新的交通發(fā)展需求已越發(fā)重要。