详情

福泉高速公路沥青路面病害机理分析与治理技术研究

项目名称：	福泉高速公路沥青路面病害机理分析与治理技术研究
摘要：	一、课题立项和研究内容近十年来，我国高速公路呈爆炸式发展，里程迅速上升，目前总里程已突破五万公里，稳居世界第二。随着时间的推移，高速公路沥青路面使用性能的退化，路面的养护维修被摆上了重要的议事日程，病害治理成为一个普遍关注的问题，交通部《更好地为公众服务——“十一五”公路养护管理事业发展纲要》的颁布，更加突显了养护工作地重要性。我国先期建设的高速公路绝大多数为半刚性基层沥青路面结构，而且强基薄面，导致大量早期病害的出现，有的甚至没建成几年即已破败不堪，裂缝、车辙比比皆是。合理运用资金，采取相应的措施维修已损的沥青路面，不仅关系到该段高速公路日后的长期路用性能，更可为财政节余作出贡献。因此，如何对症下药就成了关键，病害检测与分析首当其冲。福泉高速公路起点位于福建省长乐市营前，与罗长高速公路相接，又通过黄石至秀宅的连接线与福州市相通，途径福州、莆田和泉州，终点位于泉州市西福，通过泉州互通立交与已建成德的泉厦高速公路相接，包括福州连接线全长165.913公里，于1999年9月正式通车运营。是沈海高速的重要部分，是福建省规划建设的“三纵八横三环二十联”海西高速公路网中的“一纵”，亦是交通部规划的沿海大通道的重要组成部分。但当着省会福州与闽南金三角主动脉的角色，是福建沿海黄金地带和各港口城市的政治、经济、文化中心和水陆交通运输的枢纽，同时承担着进出口外贸物资和港澳台同胞及华侨归国探亲、观光、投资的运输任务，对海西建设发展及我国的经济、政治、国防具有十分重要的意义。福泉高速公路地处亚热带海洋季风气候，温和湿润，平均气温约20℃，夏季最高气温可高达40℃，冬季最低气温－3℃，偶有霜冻，年平均降雨量达1500mm，台风频繁。主线K233＋559～K260＋359营前～掌溪段按平原重丘高速公路标准建设，双向四车道，设计行车速度100km∕h。最小平曲线半径800m，最大纵坡4%，设计弯沉0.40mm，沥青路面设计寿命15年。全线为半刚性基层沥青路面，沥青面层总厚15cm，结构形式为：22～36cm的3%水泥稳定碎石底基层、30cm5%水泥稳定碎石基层、6cmAC－25Ⅱ下面层、5cm AC－20Ⅰ中面层，4cmAC－16A上面层。自通车运营以后，已有八年多的时间，路面出现大面积不同程度不同类型的破坏，达到了路面中修的标准。从2004年开始，福泉高速公路有限公司针对性的对重点破坏路段进行了维修，取得了一定的效果，但并不能将路面使用性能恢复到一个良好的使用水平并加以保持。大体上究其原因，一是日益增长的远超出设计预期的交通量，二是恶劣复杂的气候条件，三是当初设计施工水平的限制，四是维修养护水平欠佳及由此带来的渠化交通。本课题研究正是基于此，采用全套自动检测设备，结合对福泉高速公路近年的使用状况进行了调查，使用性能进行了全面检测，对其主要病害的产生机理进行深入分析，并提出了针对相关病害的治理方案，尤其是沥青混凝土热再生技术。为后期的维护养护提供充足的依据，使之更有针对性，让有限的养护资源得到充分利用。一来可以保护环境、二来可以节约资金，三则可以提高路养性能，一举三得。为此，本课题进行研究并完成的内容主要有： 1）搜集福泉高速公路设计、施工、验收、养护及交通量等资料； 2）国内外类似高速公路的使用情况和研究现状调查； 3）对福泉高速公路使用质量进行全面的检测与评价，包括破损、弯沉、横向力系数、基层缺陷等； 4）有针对性地进行补充检测，如路面取芯、级配分析及挖坑探槽； 5）以及检测结果，从福泉的地理气候、交通量、原材料、路面结构、建设养护水平等方面对路面病害进行机理分析； 6）提出各类病害相应的预防和治理方案，尤其是热再生沥青混凝土； 7）已采纳治理方案的工程效果跟踪； 8）综合对照各种检测结果，统计破坏严重，需要处理基层的路段桩号区间以及重点治理路段区间。二、研究过程本课题研究从2006年6月开始大致经历了以下几个阶段： 1、课题立项为了进一步落实中英和省委关于建设节约型社会的重大决策，省交通厅出台建设海峡西岸经济区节约型交通管理办法，坚持以科学发展观为统领，转变发展观念、创新发展模式、提高发展质量，使资源节约的理念在交通行业中得到具体贯彻和落实，实现交通行业的可持续发展，另外，高速公路在福建省的发展历经十年，部分路段破损严重，已经开始步入中修阶段，本课题研究正是在这种大环境下应运而生，于2006年上半年申报，得到省交通厅支持，并于2006年6月立项开始研究。 2、课题开展福泉高速公路沥青路面破损严重，裂缝、坑槽、唧浆、车辙、沉陷等比比皆是。课题组从2006年开始到2007年，陆续采用自动弯沉测试车、落锤式弯沉测试车、横向力系数测试车、路面三维只能测试车、探地雷达，对路面的弯沉、抗滑性能、面破损、面层厚度及基层缺陷进行全面检测，并与2005年的部分检测情况进行对比。同时，大量搜集了该路得设计、施工、验收、养护、交通量等方面的资料，全面地评价了路面状况和结构强度，并结合福泉高速的气候及区域特征，对各类病害进行深入细致的分析。进而提出针对各种病害的预防和治理技术，包括微表处和沥青混凝土热再生技术等。 3、工程应用部分治理技术已经在福泉高速得到应用。2006年到2007年，福泉高速公路路面中修工程尝试了就地热再生工艺。在2006年的基础上，2007年增加了再生沥青混合料的复拌工序，施工后路面质量及使用情况良好，路面压实度、渗水、抗滑性能、平整度等指标全部符合规范要求。 4、工程实施效果跟踪对已经采用的治理技术进行工程实施效果跟踪，如2006和2007年的就地热再生，以及日后即将应用本课题研究成果的治理工程。三、研究成果 1、采用全套自动检测设备，自动弯沉测试车、落锤式弯沉测试车、横向力系数测试车、路面三维只能测试车、探地雷达，对沥青路面的弯沉、模量、抗滑性能、路面破损、面层厚度及基层缺陷进行检测，统计了福泉高速沥青路面的弯沉、模量、路面病害情况、抗滑性能、路面厚度及基层缺陷，全面地评价了路面状况和结构强度。 2、福泉高速路面破损严重，主要病害是裂缝、坑槽，其次是车辙、沉陷等；同时，内部基层亦发生大量水毁现象。以最新的路面病害、落锤式弯沉值、基层缺陷为判据，统计了综合病害较为严重需要重点处治的路段桩号，为该路日后的修补提供有力的指导。 3、根据无损检测结果，结合取芯、挖坑探槽等方法，紧扣福泉高速的区域特性，从福泉高速的交通量化、原材料、气候水温、路面结构、设计因素、施工质量控制标准、建设养护水平、级配变化等方面对各种病害进行针对性的机理分析。得出引起福泉高速破坏的最主要原因是超预期增长的交通量和重载超载比例的增加、充沛的降水和频繁的大雨暴雨、夏季高温、偏薄的沥青面层厚度和不当的路面结构组合，其次是原材料性能不佳、较多的软土地基、建设期控制标准的偏低等。 4、路面维修时不能单纯依靠面层的修补，必须先对受损基层进行彻底处理，根据病害分析结果，提出相应的治理方案。 1）路面强度尚好，表面病害或功能衰减面积较大时，采用就地热再生工艺； 2）对于弯沉偏大，路面强度不足或者病害面积大且严重、基层损坏时应将路面全幅或者单车道铣刨至基层受损部位并率先治理。可以改变基层的结构形式，采用防反射裂缝好的结构，如水泥乳化沥青碎石、冷再生沥青混凝土等，不改变水稳结构时应加铺应力吸收、消散的材料； 3）对于铣刨后的旧沥青混合料可用于厂拌热再生，用于大面积深层受损路面的分层铺筑，并充分碾压。既可充分利用废旧沥青混合料，节约资金、保护环境，又可保证与新建路面差不多的良好平整度、抗滑性能、压实度等； 4）允许的话，可以在整体病害整治完后，在其加铺一层4cm的AC－13C改性沥青混凝土，既可以增加沥青混凝土层的厚度，降低日后病害的发生率，又能进一步提高路面的表面功能，改善行车舒适性和安全性； 5）保证翻修后的沥青路面具有良好的防排水能力，可在新铺上基层的外端增设纵向排水盲沟，盲沟内填充碎石，纵向每隔一定距离设一道横向排水管将水排出路基； 6）在路面翻修需要封闭车道时，应在保证施工条件及施工效率的前提下，尽量缩短车道的封闭长度，以降低车道的渠化交通，但务必要处理好路面施工接缝； 7）保证足够的沥青面层厚度及层厚的连续性和均匀性。 5、就地热再生作为福泉高速病害治理工程尝试使用的新方案，在改善了施工工艺和设备，并完善管理后，2007年福泉就地热再生工程施工质量及目前使用情况良好，但有待时间的考验，并进行跟踪观察，其它病害治理方案也有待进一步研究与实施观测。
关键词：	高速公路沥青路面；沥青路面病害；分析与治理；病害机理分析；治理技术；技术研究；半刚性基层沥青路面；弯沉；再生沥青混凝土；抗滑性能
项目负责人：	陈斌、卜力平
参与人员：	陈斌、陈亨金、杨龙清、卜力平、林伟、王家主、羡蓓蓓、陈怡、马子嵘、翁俊鉴
组织单位：	福建省福泉高速公路有限公司
主持或承担单位：	福建省交通科学技术研究所
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2006-6-1～2008-5-1
立项年份：	2006