（土木工程专业论文）辽宁省高速公路沥青路面养护技术对策研究.pdf

摘要 随着高速公路通车里程的增加，高速公路的养护维修显得越来越重要。高速 公路沥青路面的早期破坏，路面使用功能的急速衰减，实际使用年限的降低等问 题的出现，对高速公路养护技术提出了新的要求，迫切需要研究制定适合高速公 路的养护技术，从而科学地指导养护工作。 现行的公路沥青路面养护技术规范规定：路面综合评价采用p q i 作为 评价指标，是对路面使用性能( 包括p c i 、r q i 、s s i 、s f c 在内) 加权平均后的 综合评价，反应了路面在使用和养护过程中的总体情况。 我国对高速公路路面养护技术的研究刚刚起步，尚需实践的进一步检验。我 国高速公路养护历史较短，养护评价多采用人工的方法，缺乏一定的先进性和准 确性，养护对策缺乏科学性，路面养护技术的研究应用还需进一步加强和深化。 辽宁省高速公路路面养护，目前仍采用传统的养护管理模式，一般是依靠对 路面状况的定性观察，和工程师们的个人经验，确定哪些路段需要进行养护，以 及采取哪一种技术措施。 本文将从我省高速公路养护的实际需要出发，全面系统地归纳、总结我省高 速公路沥青路面病害类型及成因，广泛调研和收集国内外在高速公路沥青路面养 护中所采用的最新技术，结合我省高速公路沥青路面的养护现状，遵循技术先进、 应用简便的原则，提出适合我省的行之有效的养护评价指标和维修对策，在分析 以往高速公路维修经验的基础上，提出评价指标的优先级，并采用层次分析法确 定维修对策的选择次序，为高速公路沥青路面养护工作提出指导性意见，并使之 具有一定的可行性、可操作性。 通过对养护技术的研究，提高我省沥青路面养护技术水平，从理论上，研究 探讨符合我省实际的养护技术；从实际上，对我省养护工作提供指导和借鉴作用， 从而，促使养护工作规范化、标准化、科学化、现代化，提高路面使用性能和使 用年限。 关键词：高速公路路面养护病害评价指标维修对策 层次分析法 a b s t r a c t a st h ee x p r e s s w a ym i l e a g eg r o w s ，t h em a i n t e n a n c eo f e x p r e s s w a y s h a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t t h ea s p h a l tr o a d so f e x p r e s s w a y sa r e d a m a g e d i nt h e e a r l yd a y s t h er o a df u n c t i o n sd e t e r i o r a t ed r a s t i c a l l y a n d t h ea c t u a ll i m i t e d y e a r s o fr o a d sa r e d r o p p i n g a l l t h e s e p r e s s i n g p r o b l e m sr e q u i r em o r e a d v m l c e dm a i n t e n a n c et e c h n o l o g y t h e r e f o r e i ti s u r g e n t t os t u d ya n dd e v e l o pe x p r e s s w a ym a i n t e n a n c et e c h n o l o g i e s ，s oa s t og u i d et h em a i n t a i n i n gw o r k s c i e n t i f i c a l l y i ti s s t i p u l a t e di nt h ec u r r e n t r u l e & r e g u l a t i o n so nm a i n t e n a n c e t e c h n o l o g yo fa s p h a l tr o a d s ”t h a t ，p q ia r ea d o p t e da st h ee v a l u a t i o n i n d e x e si nt h er o a dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，w h i c hi st h e w e i g h t e d a v e r a g eo f t h er o a df u n c t i o n s ( i n c l u d i n gp c i ，r q i ，s s i ，a n ds f c ) t h e r o a d s w h o l es i t u a t i o ni sr e f l e c t e di nt h eu s i n ga n d m a i n t a i n i n gp r o c e s s i n c h i n a ，w eh a v ei u s ts t a r t e ds t u d y i n g o nt h em a i n t e n a n c e t e c h n o l o g yo ft h e r o a d so fe x p r e s s w a y s t h es t u d i e s r e q u i r e f u r t h e r c h e c k i n gb yp r a c t i c e t h e m a i n t e n a n c eh i s t o r yi ss h o r t m o s to ft h e m a i n t e n a n c ee v a l u a t i o n sa r em a n u a la n d t h e y a r en o ta d v a n c e do r a c c u r a t ee n o u g h t h e m a i n t a i n i n g s o l u t i o n sa r en o t f u l l yb a s e d o ns c i e n c e ， e i t h e r t h e r e f o r ea p p l y i n gt h ef o r e g o i n gs t u d i e sn e e d st ob er e i n f o r c e d a n dm o r e i n t e n s i v e l y i n m a i n t a i n i n gl i a o n i n g sr o a d s ，t h e t r a d i t i o n a lm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n tm o d ei s s t i l l u s e d u s u a l l y , t h i s m o d ed e p e n d so nt h e q u a l i t a t i v ei n s p e c t i o n o ft h er o a d sa n dt h e e x p e r i e n c e s o fi n d i v i d u a l e n g i n e e r s t h e n i ti sd e c i d e dw h i c hr o a d st om a i n t a i na n dw h i c h t e c h n o l o g i e s t oa p p l y t h i sa r t i c l ew i l lp r o c e e df r o mt h ea c t u a ld e m a n df o rm a i n t a i n i n gt h e r o a a so t e x p r e s s w a y s i n l l a o n i n g ；s y s t e m a t i c a l l y s u m m a r i z ea n d c o n c l u d et h et y p e sa n dr e a s o n so ft h ed a m a g e so ft h ea s p h a l tr o a d s ；a n d e x t e n s i v e l y c o l l e c ta n ds t u d yt h es t a t e - o f - t h e a r t t e c h n o l o g i e sa p p l i e d b o t hh o m ea n da b r o a di nt e r m so fr o a dm a i n t e n a n c e t h e n c o n s i d e r i n g t h ea c t u a ls i t u a t i o no f l i a o n i n g sa s p h a l tr o a d so fe x p r e s s w a y sa n d i nl i n e w i t ht h e p r i n c i p l e o fa d v a n c e d t e c h n o l o g y a n d e a s ya c c e s s i b i l i t y , e f f e c t i v e l i a o n i n g s p e c i f i c m a i n t e n a n c ee v a l u a t i o ni n d e x e sa n d 2 m a i n t a i n i n g s o l u t i o n sa r ep u tf o r w a r d 。b a s e do nt h e p r e v i o u se x p r e s s w a y m a i n t a i n i n ge x p e r i e n c e s ，e v a l u a t i o ni n d e x e sa r ep r i o r i t i z e da n dt h eo r d e r o fp r e f e r e n c eo fm a i n t a i n i n gs o l u t i o n sa r em a d eo na n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s t h i sw i l ls e r v ea st h eg u i d e l i n e si nm a i n t a i n i n ga s p h a l tr o a d so f e x p r e s s w a y s a n dm a k et h em a i n t e n a n c ef e a s i b l ea n dd o a b l e b ys t u d y i n ga n di m p r o v i n gt h em a i n t e n a n c et e c h n o l o g y , w ew i l l d i s c u s st h et h e o r i e so ft h et e c h n o l o g i e st h a ta r es u i t a b l ef o rl i a o n i n g ；i n p r a c t i c e ，w ew i l ld e v e l o pg u i d e l i n e sf o rm a i n t a i n i n g a c c o r d i n g l y , r o a d m a i n t e n a n c ew i l lb em o r es t a n d a r d i z e d ，s c i e n t i f i ca n dm o d e r n i z e d a sa r e s u l t ，r o a df u n c t i o n sa n d l i m i t e d y e a r s w i l lb ei m p r o v e d k e y w o r d ： e x p r e s s w a y ：p a v e m e n t ： m ain t e n a n c e ：d a m a g e s ： e v a i u a t i o ni n d e x e s ：m a in t a i n i n gs o i u t i o n s ：a n a i y t i eh ie r a r c h y p r o c e s s 3 第一章绪论 第一章绪论 1 1 所研究问题的提出及研究的目的 本文对辽宁省高速公路沥青路面养护技术进行研究，属于管理领域中应用 技术研究，是一个既有较深的理论性，又有较强实践性的综合性课题。本文重点 在高速公路养护评价指标和维修对策上进行探索和研究。 本文的研究期望能够对我省高速公路沥青路面的养护起一定的指导和借鉴 作用，从而增强养护理念，提高养护质量，降低养护成本。 高速公路沥青路面养护的目的：“经常保护公路公共设旌的完好状态，及时 恢复损坏部分，保障行车安全、舒适、畅通”。通过研究分析我省高速公路沥青 路面养护现状，分析路面病害的类型和原因，提出养护评价指标和维修对策，发 展现代化沥青路面的养护技术。 养护工作一般分为两种：预防性养护和修复性养护。预防性养护工作旨在 保护路面并减小路面质量下降速度，修复性养护工作旨在修复特定的路面破坏或 损坏区域。及时的预防性养护能延缓在交通与环境施加的荷载作用下路面损坏的 时间。延迟养护与延期养护增加了缺陷数量、增大了严重程度，以致在改建时修 补费用增加。不断地推迟养护与完善修复措施，缩短罩面与改建之间的时间间隔， 因而显著增加路面寿命周期费用。 问题的提出： 1 、高速公路通车里程的增加 自1 9 8 4 年我国正式批准修建高速公路以来，我国高速公路建设发展迅速。 到目前为止，高速公路通车总里程达2 万多公里，尤其是辽宁省率先实现了所辖 1 4 个城市全部通高速公路的目标，通车总里程已达1 6 3 7 公里。 2 、公路运输比重的增大 公路运输凭借机动灵活、门到门、快速便捷的优势，在运输方式中显出较强 的竞争力。我省高速公路交通量以每年8 一1 0 增长率递增，特别是沈山、沈 四高速公路重型交通的增长。 3 、沥青路面的破损加剧 随着高速公路通车里程的增加，早期修建的高速公路使用年限也在增加， 大连理工大学工程硬士学位论文 高速公路的养护维修显得越来越重要。高速公路沥青路面的早期破坏，路面使用 功能的急速衰减，实际使用年限的降低等问题的出现，对高速公路养护技术提出 了新的要求，追切需要研究毒口定适台赢速公路舶养护规范和技术对策，从而科学 地指导养护工作。 4 、近几年养护维修费用的增加 我省高速公路养护维修的费用在近几年呈几i 珂级数增长，主要是j 对路面养护维修的重视，从以前的小修小补到现在的大中修，养护维修的力度和 标准加大了：重型车超载严重，对路面的破坏作用呈现出重复上升的趋势，给维 修工作带来不必要的重复浪费。 5 、预防性养护的重视 由于我省高速公路建设较早，前几年大多进行修复性维修，缺乏预防性养护， 现在我省高速公路养护上歼始重视预防性养护，并安捧在大修前滋行一次罩面中 修，提高路面使用功能。 6 、现行养护规范的缺陷 规范规定的路面综合评价指标的许算魄较简苹并采用直接赋值，缺乏灵活 性，不能充分反映各地沥青路面的实际状况，缺乏定的科学性。 1 、2 国内外研究现状及发展趋势 我国现行的公路沥青路面养护技术规范规定： 路面综合评价采用p q i 作为评价指标是对路面使用性能( 包括p c i 、r 0 1 、 s s i 、s f c 在内) 加权平均后的综合评价，反应了路面在使用和养护过程中的总 体情况。p c i 、r q i 、s s i 、s f c 的权重可能因公路等级、环境、交通量等因素的 差异而不同。 对沥青路面养护对策的选择除了考虑公路等级、交通量以外主要是依据各 单项路况指标的评价结果。 根据公路等级和分项路况的评价结果，对路面破损状况与强度、路面的平整 度、路面抗滑性等指标分别制定相应的对策。 路面的综合评价指标( p q i ) ： 路面的综合评价采用p q i 作为评价指标，p q 用分项指标加权计箕得出。p q j 蔓二皇堕堡 的数值范围为0 1 0 0 。其值越大，路况越好。 p q i = p c i x p i + r q i p 2 + s s i p 3 + s f c x p 4 式中：p 1 、p 2 、p 3 、p 4 为相应指标的权重，按p c i 、r q l 、s s i 、s f c ( 或 b p n ) 的重要性确定。 建议值见表4 5 6 - - i 。p c i 、r q i 、s s i 、s f c 的赋值见表4 5 ，6 2 。 ，：、p z 、也、戌权重建议馕 表4 5 6 - j 1 、芝 迎般航 速公路、一缴公路 缀公蹄 二级以f 公路 ，l f 】2 5o3 03 5 ，2 0 3 5o ” 0 2 ， oio 2 50 3 5 ， 03o2 0 i p c l 、r q l 、s s i 、s f c 7 的赋值 袭4 5 6 2 等级 1 ：i 、r q i 、s s i 、s ( 或b p n ) 订定结聚 枉f | l i 、 优良中玖 船 # ”i j # f t 】i 纳赋 i q 2 1 1 06 55 ( )3 0 路面综合评价的评价标准宜符合表4 , 5 6 3 的规定。 路面综合评价标准表4 5 6 3 、等级 优 照中次爱 评价增扫； 路面缘合评价指标 1 7 0 -5 5 一4 0 一 8 5 柏 l 珈l ( 8 5 7 0( 5 5 1 9 8 6 年出版的美国a a s h t o 路面设计指南所推荐的可靠度水平表和 为国内学者所推荐的水泥混凝土路面可靠度水平见下表。 大连理工大学工程硕士学位论文 a a s h t o 路面设计指南建议的可靠度水准( ) a a s h o ( ( g u i d ef o rr o u d d e s i g n ) ) r e c o m m e n d e dr e l i a b i l i e y l e v e l 道路功能等级城市非城市 州际及其它高速公路 8 5 9 9 98 0 9 9 9 其它主要干道 8 0 9 97 5 9 5 集散道路 8 0 9 57 5 9 5 地方道路5 0 一8 05 0 一8 0 国内文献推荐的水泥混凝土路面可靠度水准( ) r e c o m m e n d e d r e l i a b i l i t y l e v e lo fc o n c r e t e p a v e m e n t i n d e m e s t i cd o u u m e n t l 公路等级高速公路一专 一亨 一鳓 三级四级 i 可靠度水平 9 7 9 99 5 9 99 0 一9 68 0 一9 96 0 8 06 0 7 0 a a s h t o 设计方法采用现时服务能力指数( p s i ) 作为衡量路面使用性能的 指标，其值可通过对路面的使用性能进行客观量测和主观评价相结合的方法确 定。a a s h t o 试验路建立的关系式为： p s i = 5 0 3 1 9 1 i o g ( i + s v ) 1 3 8 r d 2 0 0 1 c + p 式中，p s i 现有耐用性指数 s v - 坡度变化，用c h l o e 断面仪在6 英寸轮距上量测的坡度变化 r d 平均车辙深度( 英寸) c 路面表面裂缝长度( 英尺10 0 0 英尺：；路面表面) p 一路面表面修补面积( 英尺t 1 0 0 0 英尺z ；路面表面) 国际上对行驶质量的评价可以采用5 分或1 0 分评分制。评分小组的成员应 能覆盖对行驶舒适性有不同反应的各类人员；所选择的评分路段，其平整度和路 面类型应能覆盖可能遇到的范围和情况；评分时所乘坐的车辆，应选择其振动特 性有代表性的试验车。 日本道路维修纲要中规定： p s i = 4 5 3 - - 0 5 1 8 1 9 0 一压瓦- - 0 0 0 1 7 4 r d 2 第一章绪论 养护决策选择标准 lp s io p s i i l p s i 22 p s i 33 p s i i 养护对策大修补强中修罩面小修不采取养护对策 国外对高速公路路面养护工作的研究已进行了几十年，取得了显著的成果 在路面结构、沥青材料、粗细集料以及新材料、新技术、新工艺等方面的研究 应用上积累了成熟的经验。 1 3 本文的主要研究内容及研究成果 本文将从我省高速公路养护的实际需要出发，全面系统地归纳、总结我省高 速公路沥青路面病害类型及成因，广泛调研和收集国内外在高速公路沥青路面养 护中所采用的最新技术，结合我省的地理条件、气候特点、材料分布等具体情况， 遵循技术先进、造价合理、应用简便的原则，提出适合我省的行之有效的养护技 术，为高速公路沥青路面养护工作提出指导性意见。 ( 1 ) 我省高速公路养护现状调查研究； ( 2 ) 沥青路面主要病害特点及原因分析； ( 3 ) 路面养护技术标准： a 、需要维修的标准， b 、要求达到的标准； ( 4 ) 沥青路面养护评价指标研究： 评价指标、指标体系及数值； ( 5 ) 养护技术对策研究。 针对我省高速公路沥青路面的养护现状，总结分析沥青路面早期破损原因， 研究养护评价指标，提出养护技术对策，使之具有一定的可行性、可操作性。 通过对养护技术的研究，提高我省沥青路面养护技术水平，从理论上，研究 探讨符合我省实际的养护技术；从实际上，对我省养护工作提供指导和借鉴作用， 促使养护工作规范化、标准化、科学化、现代化，提高路面使用性能和使用年限。 大连理工大学工程硕上学位论文 第二章概况简介及研究方法 2 1 辽宁省高速公路概况 辽宁省位于我国东北地区的南部，西南与河北相接，西北与内蒙古相邻，东 北与吉林接壤，东南与朝鲜隔江相望，南濒大海与山东半岛遥相对峙，区域面积 1 4 7 万平方公里。辽宁西部、东部均为山区。西部有自西南向东北延伸的努鲁儿 虎山和松岭两条山脉，走向与辽东湾西海岸平行。自北向南延伸的医巫间山，横 亘于义县之东。辽东湾西海岸与松岭南麓之间形成天然的辽西走廊。东部山区属 长白山余脉，自东北向西南一直延伸到辽东半岛南端。中部为土地肥沃的辽河冲 积平原。 辽宁地区属温带季风性大陆气候，最高气温3 6 摄氏度，最低气温负2 8 摄 氏度，大地冻结深度o 8 1 2 米，全年有5 6 个月的冰冻期。 截止到2 0 0 2 年1 0 月，辽宁省高速公路通车总里程已达1 6 3 7 公里，各线通 车时间与里程等概况如表2 一l 。 表2 - 1 辽宁省已通车高速公路 f o r m 2 - 1 e x p r e s s w a y o p e n t ot r a f f i ci n l i a o n i n gp r o v i n c e 路线里程( k m )通车时间设计年限说明 沈大3 7 51 9 9 0 、9 1 5 沈抚 1 31 9 9 4 、91 5 改造时间 沈环8 01 9 9 5 、9 1 5 沈四1 6 01 9 9 7 、1 01 5 沈山3 6 12 0 0 0 、91 5 锦阜1 1 72 0 0 2 、81 5 锦朝 9 32 0 0 2 、81 5 盘海营 1 0 62 0 0 2 、81 5 沈丹 2 2 02 0 0 2 、81 5 大庄 1 1 21 9 9 8 、1 0 由于高速公路的车流量大、车速高、载重日益超限，以及渠化交通等原因， 高等级沥青混凝土路面也相继出现了裂缝、车辙、路面磨光、沉陷、波浪、泛油 等各种病害，其破损类型几乎包含了沥青路面的所有破损类型，其中车辙严重是 第二章概况简介及研究方法 其不同于普通公路的一个显著特点。 2 2 辽宁省高速公路养护概况 辽宁省高速公路建设较早，高速公路养护的历史较长，特别是沈大高速公 路的养护维修积累了丰富的经验，目前沈大高速公路正在进行八车道的改扩建。 辽宁省高速公路路面结构均采用沥青路面，面层分上中下三层，基层分为 基层和底基层，下设垫层。 沥青路面分日常养护和病害维修。规范规定：对高速公路沥青路面应进行 经常性和预防性的日常养护，以保证路面处于良好的技术状态。养护采用人工和 机械相结合的方式，主要内容包括巡视和检查、保洁、排水、绿化、简单病害处 理和除雪防滑等工作。沥青路面病害维修应针对病害类型分析其产生的原因，并 根据路面结构类型、设计使用年限、维修季节、气温等实际情况，采取相应维修 措施。 维修队伍必须是专业化施工企业通过招投标的方式选择，采用现代化机 械作业，所用的沥青混合料集中厂拌。 辽宁省高速公路路面养护，目前仍采用传统的养护管理模式，一般是依靠对 路面状况的定性观察并通过工程师们的个人经验，确定哪些路段需要进行养护， 以及采取哪一种技术措施。 这种传统的养护技术决策，在实施过程中常常由于经验限制和缺乏对路面破 损程度的定量把握，不可避免的会因为工程师之间实际经验的不同，造成判断结 果的差异，使路面养护方案不尽合理，并由此造成养护资金浪费、路面超期服务， 以及路面使用性能迅速下降。同时，由于技术、资金等多方面原因，往往还存在 着沥青路面病害处治方法单一，过多依靠传统经验，缺乏科学性决策的问题。 高速公路路面养护维修时沥青路面评价主要根据路面病害和经验来确定， 人为因素较大，缺乏一定的科学性虽然规范中对路面评价指标做了一些规定， 但是比较简单固定，与实际状况还有差距，不能完全反映出路面的实际状态，有 待进一步研究和完善。 7 大连理工大学工程硕士学位论文 b ：7 b l lb 1 2 ：b ：i l b n lk kl s t 。= s ，= e t ，= 专和n ，2 百1 第二章概况简介及研究方法 瓦百b u 一( i t i = 1 ，2 ，n ) k zl 对正规化后的判断矩阵按行相加 r l w l = b i j ( i = 1 ，2 n ) j = l 再对向量w = w l ，w 2 w n j t 进行正规化 这样得出的向量 中各分量w i 就是表明p 1 p n 各元素相对优先程度的系数。 除上述方法外，还有求和法，正规化法和特征向量法，其中特征向量法是严格计 算向量w 的方法，实际上，对于评估计算来说，求和正规化方法的程度已足够。 用上述方法完成层次单排序后，还要进行层次总排序，总排序系数值可按下 表计算： 层次cc l ，c2 ，c 。 总排序结果 层次p a 】，a j ，a _ m p 1 w 。1w 1 2 w 。“a 【w 1 i = 1 p 2 w 2 1w 2 2 w 2 “ m a iw 2 1 i = 1 m w 。1w 。2 w ， e a iw 。1 i = l p n 9 p 火连理工大学工程硕士学位论文 最后检验判断矩阵的一致性 c i n 一1 c i c r = r i 式中，入m a x 为n 阶判断矩阵的最大特征根，r i 为平均随机一致性指标， 希望有 c r o 1 0 如果一致性检验结果不令人满意，应适当调整判断矩阵，直到满意。 在层次分析法中，如果将p 1 ，p 2 p n 作评估指标，那么通过上述计算 可得出各指标的相对重要性，从而确定其权重。a h p 法的关键在于得到正确的判 断矩阵，实践中，常用专家对指标的相对重要作出判断，以产生判断矩阵。因此， 专家要深刻了解指标的内涵和评估的目的。 2 、正互反阵最大特征根和特征向量算法一和法 a 将a 的每一列向量归一化得w i j = a 。，a t ， b 对w - 按行求和得w i = w u c 将w t 归一化w i = w t w t ”，w = ( w ”w z ，w 。) 7 即为近似特征向量 i = i d 计算九：土宇型，作为最大特征根的近似值。 n 冒 w f 这个方法实际上是将a 的列向量归一化后取平均值，作为a 的特征向量。因 为当a 为一致阵时它的每一列向最都是特征向量，所以若a 的不一致性不严重， 则取a 的列向量( 归一化后) 的平均值作为近似特征向量是合理的。 1 0 第三章 辽宁省高速公路沥青路面主要病害 第三章辽宁省高速公路沥青路面主要病害 3 1 高速公路路面使用性能调查与分析 路况调查和评价的目的是为管理部门编制公路养护年度计划和维修对策提 供依据，同时，为确定日常养护和维修工作内容也应进行路况调查和评价。路面 调查主要包括路面破损状况、路面结构强度、路面平整度、路面抗滑能力等四项 内容。路面现有使用质量评价的内容包括：路面破损状况、行驶质量、强度及抗 滑性能。 由于沈大高速公路建设比较早，路砸病害类型比较全面，且路况调查资料齐 全，故路面病害类型和原因分析、维修对策多在沈大路的基础上完成。 3 2 高速公路路面典型病害及原因分析 沥青路面的损坏所表现出的形态和特征是多种多样的，这是因为促使路面出 现损坏的原因是多方面的。有车载因素，如：超载、重复加载和水平荷载等：有 环境因素，如：温度、湿度变化和冰冻作用等；有设计、施工、材料和养护管理 等因素。同一种原因可以引起不同程度的损坏，而同一种损坏形态可以由不同因 素所造成。根据我省高速公路沥青路面损坏的形态、特征和因素。可将路面的损 坏形式分为裂缝、变形、表面损坏三大类。细分为1 2 种主要损坏类型。 l 、横向裂缝：即与路面中线近于垂直的裂缝。裂缝起初大多出现在路面两 侧的硬路肩，逐渐发展而贯通全路幅。贯通裂缝沿路面大致呈均匀分布。横向裂 缝通常不是由于荷载作用引起的，而是由于低温收缩或半刚性基层收缩产生的。 冬季低温冻缩是诱发横向裂缝的重要因素。 道路的路基和路面是一种条状构造物，其长度远远大于宽度。物体包括路面 和路基土壤，热胀冷缩是其固有属性，因此冬寒季节必然沿长度方向发生冷缩， 长度越大，冷缩量也越大。当这种冷缩受到阻碍时( 如下面有温度较高、冷缩较 小的基层或土基) ，物体上部即将产生收缩内力。当收缩内力超过物体的抗拉强 度时，物体即将产生垂直于收缩方向的裂缝，对路面来说，就是横向裂缝。路面 ( 包括路基土壤) 由于自然的或人为的原因，都不是均质体，各个部位和各个方 大连理工大学工程硕士学位论文 向的强度不都是一致的，有的地方抗拉强度高一些，有的地方低一些，横向裂缝 将首先在抗拉强度较低的薄弱断面出现，因而必然是随机的不规则的。 低温冻缩横缝有两种类型，一种是路面和路基一起冻裂；一种是仅为路面冻 裂。 在严冬持续低温作用下，不但路面( 包括基层) 冻缩裂缝，而且下面的土基 也冻裂，甚至更下面的大地也冻裂。横向裂缝由一侧大地贯穿路基、路面，直达 另侧大地，这种横缝称之为第一种类型的横向裂缝。沈大高速公路在8 8 、8 9 两 年间相继出现了一些这样的裂缝，甚至( 约有1 0 处) 将分隔带的2 0 号水泥混凝 土预制缘石拉断。另一种类型的横向裂缝即是较为普遍存在的仅有路面( 或包括 基层) 的冻裂缝。该种沥青混凝土路面冻缩横缝的产生，与沥青混凝土预计开裂 温度，沥青材料的抗低温缩裂性能及年冰冻指数有关。还有一些设计和施工方面 的因素加重了路面两侧的薄弱性，例如： ( 1 ) 路肩外缘路基3 0 c m 部位压路机不易靠边辗压，大部分裂缝从边缘开 始产生； ( 2 ) 分隔带排水设旌，自然渗漏，甚至在施工中将砂砾代替填土填入分隔 带，加重了分隔带的渗水和蓄水作用，使靠近分隔带部分的路面含水量加大，影 响该侧路面的整体强度。 横向裂缝在我省各条高速公路普遍出现，北部比南部严重，新修路基比老路 基严重。采用重交通沥青和设预切缝的路段比使用普通道路沥青和没设预切缝的 路段横向裂缝明显减少。裂缝的宽度是上宽下窄；初冬一般3 5 m m ，到严冬可加 宽到l o m m ，最宽达到2 0 m m ，而到春天时又明显缩回。面层开裂处的水稳砂砾基层 也同时开裂。研究表明，由于低温收缩产生的路面开裂是不可避免的。但采用优 质的道路沥青，设计合理的路面结构和精心的施工，可大大减少路面的开裂。 2 、纵向裂缝：即与路面中线大致平行的裂缝。大多出现在半填半挖路基或 路面加宽处。其原因是由于压实度不够，高填方路段路基士滑移，路基或基层出 现不均匀沉降而产生纵向裂缝。混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，也会出现 纵向裂缝。如：沈大公路5 8 8 k m 老路基加宽段。由于路基不均匀沉降在行车 道与硬路肩交接处和硬路肩上出现较长的纵向裂缝，几十米到上百米，缝宽达3 c m 的裂缝。铁四高速公路1 0 5 - - 1 0 6 k m 间在行车道与超车道分道线处出现大面积的 纵向裂缝，1 2 2 k m t - 8 0 0 处一条长5 0 0 m 、缝宽2 c m 的纵向裂缝。同时还伴有局 第三章辽宁省高速公路沥青路面土要病害 部不均匀沉陷，其原因是由于路基土产生滑移而造成。 道路的不均匀冻胀是诱发纵向裂缝的重要因素。冬季低温时由于路面材料尤 其黑色路面热传导性比路肩土壤和分隔带土壤快。路在土壤的冻结过程中在横向 是不均匀的。某些路段，在一定的气温( 如长期持续低温) 、土质( 如粉质上) 、 补给水源充足( 如地下水位高，路基上体原始含水量大) 等条件下，冰冻线附近 将聚集大量的冰层，形成聚冰带。水在结冰过程中体积将膨胀1 9 ，巨大的膨 胀压力将迫使路面向上隆起，形成冻胀作用。由于路在冻结线横向是不均匀的， 路面下的土体含水量和聚冰量也是不均匀的，因而路面的冻胀量也是不均匀的。 横向的不均匀冻胀使路面表面在纵断面上承受拉力。当不均匀冻胀量充分大，引 起路面纵断面上的拉力大于该低温条件下沥青材料所能承受的拉力时，路面即出 现纵向裂缝。 行车道与硬路肩交接处的纵缝。其产生的原因是由于硬路肩与路面的构造不 同。在冰冻期路肩处的冻胀量要远大于路面处，这是因为； ( 1 ) 路肩部分原始含水量大； ( 2 ) 冻结过程有边沟或其它地下水源的不断供给； ( 3 ) 路肩两侧临空，冻结深度大。 硬路肩中部的纵缝，春天产生的原因是； ( 1 ) 距硬路肩中部边缘3 0 c m 范围内辗压不到位，或碾压遍数很少。尤其在 路堤较高的路段； ( 2 ) 路肩外部土壤含水量过大。 上述两点使路肩外侧土壤密实度低，强度不足，在铺筑硬路肩过程中辗压时 土基沉陷，或在铺筑完了后土体水分蒸发，土壤固结下沉。 3 、龟裂：即相互交错的疲劳裂缝，形成一系列多边形小块组成的网状开裂。 龟裂的初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝，而后，在纵缝间出现横 向和斜向连接缝，形成缝网。龟裂是行车荷载反复作用的结果，龟裂的产生，反 应了路面结构的强度不足以承受行车荷载的作用；是沥青路面的一种主要结构损 坏类型。 另外，基层排水不良，低温时沥青混合料变硬或变脆，也能造成龟裂。龟裂 在我省各条高速公路普遍产生，而且面积较大，特别是沈大高速公路更为严重， 大连理工大学工程硕士学位论文 严重的路段在春融季节与雨季出现翻浆、横向推移、拱起，并逐年加重。说明路 面基层结合料已脱落基层结构已松散破坏。现场实地开挖验证，基层破坏形态 与面层出现网裂的开裂缝基本一致，结构破坏是我省早期修建的几条高速公路最 主要的破坏形式。 4 、车辙：即路面表面沿轮迹的纵向凹陷。车辙严重是高速公路病害不同于 一般公路的一个显著特点。我省几条高速公路均产生了不同程度的车辙。如沈本、 铁四线局部产生车辙，深度达2 - - 3 c m 以上。沈大、沈阳绕城高速公路更为严重， 最大的车辙深度达7 c m ，局部路段车辙边缘还伴有推移和拥包。有的路段采取铣 刨后新铺4 c m 面层，不到两年又产生了严重的车辙。调查结果表明车辙破坏是 我省高速公路路面破坏的一种主要破坏现象。 沥青路面上的车辙，除了影响行车舒适性外，还对交通安全有直接影响。造 成沥青路面产生车辙的原因较多，可概括为以下五种原因： ( 1 ) 路面车道在高温季节因沥青面层软化后受车辆荷载的作用侧向位移而 形成的车辙，在高温条件下沥青路面受车辆荷载的反复碾压作用，车辆荷载应力 超过沥青混合料的稳定度极限，使沥青混凝土的侧向流动变形不断累积，最后形 成车辙。这是因为，一方面车辆作用部分下凹，另一方面车辆作用少的车道两侧 反而向上隆起，在弯道处还明显向外推挤，车道线因此可能成为变形的曲线。产 生此种流动性车辙的主要影响因素是沥青混合料的流动特性。沈大高速公路沥青 路面由于大部分采用高标号国产沥青，在沥青流动特性的不稳定及矿料选配的不 尽合理，是局部路段产生车辙的主要原因，这是沈大高速公路车辙的主要形式， 此外，还有： ( 2 ) 车道表面因磨损过度而形成的车辙： ( 3 ) 沥青路面受横向推挤而形成的横向波形车辙； ( 4 ) 因面层与基层之间有不稳定的夹层而形成的车辙； ( 5 ) 因基层强度不足，水稳性能不好等原因。使基层局部下沉而形成的 车辙。 影响车辙形成的因素有以下几方面； ( 1 ) 沥青混合料的影响 沥青混合料是一种粘弹性材料，对密级配沥青混凝土来说，尤其在较高路面 第三章辽宁省高速公路沥青路面主要病害 温度条件下，它可以看成是一种单纯的热流变形材料，完全适用于沥青的流变学 原理。此时弹性因素相对较弱，粘性因素起主导作用，亦即车辙的产生与沥青的 粘度直接相关。 ( 2 ) 集料级配的影响 密级配沥青混凝土而言，增大集料的粒径对提高抗车辙能力有一定效果。但 同时必须保证有较好的级配以增大密实度。因为，孔隙率对车辙的影响非常大 ( 3 ) 沥青面层厚度的影响 沥青面层厚度是影响车辙的重要因素。沈大高速公路局部路段面层厚度小是 产生车辙的主要影响因素。 ( 4 ) 交通及环境条件的影响 交通量、轴载、轮胎气压是影响车辙的重要因素。气候特点对车辙也有重要 影响。 5 、波浪；即路面表面有规律的纵向起伏。产生波浪的主要原因是，路面材 料组成设计不合理和施工质量差，使路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用。基 层平整度不好。由于基层平整度不好，重载车辆不断冲击，使面层产生波浪。面 层与基层之间存在着不稳定的夹层。面层在行车荷载的作用下产生蠕动变形而形 成波浪。基层强度不足或稳定性差等原因造成波浪的产生。 如沈大高速公路2 7 3 0 k m 北行线，由于当时采用l h 一2 0 l 型配合比，混 合料偏细，骨架作用较弱，而且使用感温性较大的高升一1 8 0 # 普通道路石油沥青， 同时当时的旄工设备差，施工中油石比控制不严造成沥青用量偏高。使沥青混合 料的强度和劲度大幅度下降，在车载反复作用下，产生纵向推移和变形。 6 、松散：即集料和沥青逐渐脱开并散失。松散可出现在整个路面表面，但 由于行车的作用，一般轮迹带处比较严重。产生松散的主要原因是由于混合料中 沥青含量偏低。沥青与集料粘附性差，或是由于沥青的老化，水的浸入也是产生 松散的主要原因。雨水浸入沥青混凝土内部，在高温和重载作用下浸入沥青膜使 沥青剥落，面层局部松散失去应有的抗压强度和抗剪强度，导致严重坑槽和坑洞， 如沈四高速公路就发现有局部路段的沥青剥落现象。 7 、坑槽：即路面上出现的坑洞，是龟裂、松散等其它损坏进一步发展的结 果。由于表面水从这些损坏处浸入，停留在基层表面上，在车载反复作用下动水 大连理工大学工程硕士学位论文 冲刷基层的细料并逐渐形成灰浆，使沥青面层与基层脱开，灰浆被车载挤压，通 过面层裂缝或面层混合料中的空隙挤到表面，使沥青面层产生网裂，一些碎裂的 小块面层或基层材料被车轮带走，而逐步形成坑洞，并不断的扩大。坑洞是我省 几条高速公路产生最多维修养护量最大的路面损坏现象。每个管理处年处理坑洞 面积均在2 0 0 0 - - 6 0 0 0 平米以上。坑洞在春融季节和雨季出现频率较高，而且重 复出现。有的坑洞一年要修补4 5 次。调查结果证明沥青面层透水性大，半刚 性基层施工工艺水平低，基层顶面没有有效的防水层，沥青路面网裂和唧浆的路 面产生坑洞的现象特别严重。 8 、冻胀和翻浆：即由于冰冻的作用，路基上层积聚的水分冻结后引起路面 胀起并开裂。春融时，过湿的路段在行车的作用下出现弹簧和冒泥浆。产生原因 是由于水的浸入和路基土的水稳定性差。冻胀和翻浆在我省几条高速公路均有发 生，多发生于挖方段，填挖方交界处和匝道的无路堤路段，其主要原因是由于路 基排水设计不合理所造成。如沈大公路2 6 9 k m 十7 5 0 和2 7 6 k m 十3 0 0 ，沈本公路 4 4 k m + 0 0 _ _ 4 5k m + 8 0 ，由于该段山体水位较高，设计上基本没有考虑排水问题， 冬季在地下水接近地表或路基长期积水的情况下，产生严重的聚冰现象和冰夹 层，春融期该聚冰带融化时，挖开路面即可看到黑色路面以下有积水。这些路段 自开通以来年年发生冻胀和翻浆，冬季最大冻胀高度可达2 0 c m ，严重的影响行 车安全。瓦房店和本溪管理处对严重的路段于9 6 年与9 8 年分别进行了处理。采 用在路面基层以下设置厚o 6 1 o m 的砂砾或碎石垫层，每隔3 0 - - 4 0 m 设置横向 排水盲沟，沿路基纵向设置集水并将地下水排出路基，取得了很好的效果。 9 、沉陷：即路面表面的局部不均匀凹陷。其产生的主要原因是由于路基土 压实度不够，导致路面在横向和纵向产生不均匀沉陷和严重的纵向开裂，同时由 于路基压实度差导致路基强度显著降低和路面承载能力不足而产生路面早期损 坏现象。在一些高填方和半填半挖路段，碾压机械往往很难达到需要碾压的位置 而使填方路堤的下部实际上无法压实，在通车几年后，产生局部沉陷，并使路面 出现纵向裂缝。尤其在构造物两端出现桥头跳车现象更为普遍，沈大高速公路自 通车每年对桥头进行填补，一般填补都在4 5 次，现已基本稳定。 l o 、泛油：即沥青混合料中的沥青在天气炎热时向上迁移到路面表面，而在 冷天时又不存在逆过程，因而沥青积聚