浅析坛百高速公路沥青路面预防性养护技术

浅析坛百高速公路沥青路面预防性养护技术

1车辙破损为主,车辕速率较快祭坛100道路于2007年12月开通，七年运营历史。通车以来,随着交通量的迅速增加、汽车轴载的加大、超载重载严重、渠化交通的形成以及高温多雨的天气特点,路面病害发展较为迅速,尤以车辙为主要破损类型,且车辙增速较快。2010年起坛百公司开始对路面病害进行专项维修,维修方案主要采取微表处、薄层罩面、铣刨重铺等养护处治措施,期间通过与长安大学、东南大学开展技术合作对预防性养护技术作了探索和试验,2012年建立路面养护决策支持系统并制定了坛百路路面养护中期规划,通过推进公路养护信息化建设,努力提高公路养护决策的科学化水平和养护资金使用效率,初步实现在最佳时间对最需要实施养护的路段,采取最恰当的养护措施。2坛百高速公路现状2.1案例1:美国合成期2005年12月28日广西南宁(坛洛)至百色高速公路是国道主干线G80广州至昆明高速公路在广西境内的一段,是我国贯通中西部地区的重要通道之一,主线全长188km,双向四车道,设计行车速度为80～120km/h,工程于2005年6月23日正式开工建设,于2007年12月28日建成通车。坛百高速公路路面结构形式多样,绝大多数路段采用了半刚性基层沥青路面的结构形式,面层结构为18cm沥青混凝土(4cm改性沥青AC-13+6cmAC-20+8cmAC-25),另有12.6km的复合式路面结构类型,复合式路面结构中有2km黑加白路面结构(面层:30cm厚水泥混凝土+3/4cm厚AC-10F沥青混凝土),通车至今未出现路面裂缝和断板,路面养护费用投入最小,仅在2010年进行了一次缩缝填缝料的更换,是值得在今后区内高速公路推广的一种路面结构形式。2.2中国理解社会主义事业法在中国不同时期的路面病害表现为自2011年起,采用路面综合检测设备对坛百路路面使用性能进行定期检测,包括车辙、平整度、弯沉、横向力系数和路面破损。情况如下。(1)通车以来,坛百高速公路路面整体结构强度均较高,没有发生严重的结构性损坏,目前各结构层状况仍保持相对较好的水平。但面层状况衰退较快,沥青混合料存在不同程度的老化。(2)车辙是坛百路主要路面病害,且发展速度较快。现阶段坛百高速路面车辙状况严重,坛百方向车辙状况要优于百坛方向,双向行车道车辙状况要严重于双向超车道,其中百坛方向行车道车辙状况最为严重。(3)现阶段,坛百高速公路路面平整度状况良好,除2km水泥混凝土路面外(主要是路面类型特点导致的,IRI均值超过了2.3m/km),各路段IRI均值均小于2m/km,行驶质量较优。(4)路面破损随时间呈现增长趋势,自2011年起破损开始大量出现,增长速率较快。坛百高速路面早期破损以松散类为主,水损坏较多,而随着通车时间的增加,逐渐产生裂缝类破损和其他类破损,尤以裂缝类破损为主,数量占总破损量的75%,其中白加黑复合式路面结构反射裂缝占了很大比重。2.3力学性能分析通车以来,坛百路交通量逐年增加,货车比例不断升高,轴载具有重载多,超载运输现象严重,夜间车辆重载比例高等特点。根据坛百高速公路历年的交通量统计数据和气候资料,对坛百高速公路的交通量、交通组成状况、轴载分布特征及气候特征进行分析,从而为合理分析路面病害成因和制定养护方案奠定基础。具体结论如下。(1)坛百路处于中国的西南部广西区,所在地区气候炎热,春夏季多雨,对高速公路沥青路面的高温稳定性和水稳定性提出了很高的要求。全年气温高于25℃的天数超过200d,全年气温高35℃的天数超过50d,可见坛百路全年约有一半以上的时间路面处于车辙变形发展期,约有2个月的时间处于车辙变形迅速发展期。(2)坛百路交通状况处于中等交通级别,双向年平均日交通量AADT呈现逐年快速增加的趋势,百坛方向交通状况要重于坛百方向,历年来货车比例在30%～50%范围内变化。(3)坛百路存在一定的超载现象,双向超载率均呈增长趋势,双向各断面均以超限0～30%的货车居多,坛百方向超载状况要严重于百坛方向。3环保涂料，沥青路3.1预防性养护措施的系统过程在公路寿命期内,为提供和保持路面使用性能、延长公路寿命并将寿命周期内养护成本降到最低,而应用一系列的预防性养护措施的系统过程。也可以说,预防性养护就是指在道路使用状况衰减的初期,在最适当的时机,应用最适当的预防性养护措施,应用在适宜的路面上,以最小的寿命周期成本,最大程度地延缓路况退化,延长大修时间。3.2全寿命周期成本理论预防性养护的核心是成本效益的最大化,要实现成本效益最大化就要树立全寿命周期成本理念,确定一个寿命周期养护费用最低的最佳点,确定养护最佳时机。全寿命周期成本管理是一种谋求最低成本和最大利润的有效方法,在公路养护中运用全寿命周期成本理论,不仅可以有效降低养护成本,延长公路大修周期,而且可以提高养护工作的主动性和科学性,减少公路病害,降低大中修工程对正常交通的影响,保障公路安全畅通,提升社会效益。实施预防性养护需要建立科学的路面技术状况评价体系,通过路面管理系统推进公路养护信息化建设,完善公路数据库及检测、分析、评价体系。根据综合评价检测结果,研究对比技术性能指标,并结合坛百路地域、气候和路段交通组成等特点,科学分析路面技术状况衰变规律,结合路面结构、路面技术状况指标、交通量大小等,确定不同路段的预防性养护措施。3.3预防性维护措施3.3.1面3类养护措施路面养护可分为预防性养护和矫正性养护2种。至目前为止,坛百路路面面层共采用微表处、铣刨重铺、薄层罩面3类共5种养护措施,分别为微表处、铣刨重铺(4cm铣刨重铺AC-13沥青混合料、2.5cm铣刨重铺NAC-10沥青混合料、铣刨重铺2.5cmECA-10高强沥青混合料车辙填补)、薄层罩面(2.5cm改性沥青ECA-10)。其中铣刨重铺属于矫正性养护,微表处、薄层罩面属于预防性养护。3.3.2显微目标与路面规划相结合,突出路面养护功能为了全面改善坛百路路面技术状况,提高路道路服务能力,必须针对坛百高速公路路面技术状况,制定科学合理的中期路面养护规划,有利于管理者能全面把握道路各项技术状况在规划期内的发展状况以及规划期内每年需投入的养护资金,能从根本上改善路面状况,保全基层、底基层等承重层位,对延长路面使用寿命具有重大的现实意义。目前坛百路路面存在的主要问题是车辙变形,分析路面养护规划方案的可行性和有效性时应从路面主要破坏特征入手,分析各个控制指标下路面的使用寿命,因此将车辙作为坛百路路面养护规划的首要决策指标。同时明确中期规划目标:即规划前期养护目标以病害处治,恢复道路服务能力为主,后期养护规划目标以提高路面结构强度,延长路面使用寿命为主,后期将以罩面方案为主导方案。2013年底坛百路采取新的预防性养护措施进行试验段施工,即2.5cm改性沥青ECA-10薄层罩面方案,现将目前运用的两种预防性养护措施对比分析,见表1。3.3.3对薄厚层材料的处理(1)设计时需要对中、下面层是否出现结构破坏进行判断,若路面病害是中、下面层原因引起,必须考虑进行处治。(2)薄层罩面和铣刨重铺设计时,若路面存在裂缝,应考虑采用聚酯玻纤布进行处治,防治后期反射裂缝。(3)铣刨重铺设计时,建议提高沥青软化点指标,由规范≥60℃提高到≥70℃,以提高混合料的高温稳定性和抗车辙能力。(4)微表处设计时,石料采用辉绿岩,因辉绿岩石料活性大,为更好控制乳化沥青破乳时间,建议细集料掺入一定量的石灰岩。3.3.4路面病害改性沥青混合料综合质量效果、经济成本、主要病害及各维修方案优缺点,以车辙为路面性能评价主要控制指标,处理坛百高速车辙深度RD小于15mm路面病害可以采用微表处或2.5cm易密实改性沥青混合料ECA-10薄层罩面,车辙深度RD≥15mm且≤20mm路面病害可采用2.5cm铣刨重铺NAC-10或者E-CA10高强沥青混合料,车辙深度RD≥20mm路面病害可采用4cm铣刨重铺AC-13改性沥青混合料。经过这几年的专项处治,坛百路路况质量在交通量大、重载交通比重高的情况下保持在较高水平,具体如图1所示。4养护模式分析坛百路2010—2013年,按照“破坏先修”的原则每年投入一定的日常养护资金和专项资金对路面进行维修,为降低后期养护维修成本,坛百公司2013年通过路面养护规划,综合考虑社会政治、经济和技术条件,全面推行预防性养护理念,适时采取有效的养护措施在路面病害还处于早期阶段时进行病害处治,提高其路面结构强度和使用质量,减少养护维修的寿命周期费用。2013年在执行过程中,为确保方案更加稳妥,放缓实施节奏。为说明各种不同养护模式的经济效益,有必要对各种养护模式的养护周期成本进行对比分析。第一种对比养护模式:不进行路面专项养护只针对病害进行日常小修。这种养护模式即为在分析期内坛百路只针对路面上出现的坑槽、松散、裂缝的破损进行小面积的挖补或灌缝,而不进行任何的专项治理。第二种对比养护模式:依照坛百高速现有路况的发展趋势,按照现有养护模式进行日常和专项养护,即按照“破坏先修”的原则,对于破损严重的地方采用微表处、铣刨重铺等措施进行处治,至路面使用性能或路面结构状况较差时进行一次性大修养护。第三种对比养护模式:是以2.5cm易密实改性沥青混合料ECA-10薄层罩面为主体方案的一种预防性养护与矫正性养护相结合的养护模式。对比采用基于指定养护标准的路面养护管理优化决策方法,分析几种养护模式在分析期内的性能发展状况及养护经费的投入情况,详见表2。由表2可知,在分析期内,三种养护模式所需投入的总资金按由多至少排序为:第一种对比养护模式>第二种对比养护模式>第三种对比养护模式。其中第一种对比养护模式共需投入资金约24亿元,约为第三种对比养护模式所需投入资金的2.0倍,为第二种对比养护模式所需投入资金的1.3倍,资金投入量过大。同时比较三种养护模式下分析期内的路面车辙状况可知,在分析期末,第二种对比养护模式要差于第三种对比养护模式车辙状况,第一种对比养护模式下路面车辙状况相对较差;同时,在分析期内,第三种对比养护模式下分析期内的路面车辙状况较好,均能满足各方的要求。此外,大修养护实施过程中对交通的情况最为严重,在实施过程中需要较长时间封闭交通,对道路使用者的影响也最大。而第一种对比养护模式在分析期内需要进行两次大修养护,这种养护模式虽然在大修前的分析期内仅需投入很少的资金,但是在这段分析期内路面使用性能将有显著下降,路面行驶质量和行驶安全性也将受到较大的影响。因此,不论从性能水平、经济和社会影响上来评价,该种养护模式都是不可取的。第二种对比养护模式在分析期内所需投入的资金约为第三种养护模式所需投入资金的1.6倍,但由于该模式下分析期内每年都需进行一定程度的专项养护,养护过于频繁,且分析期内需要进行一次路面大修养护,一次性投入过大,对道路的通行也将产生较大干扰;也不符合交通部“十二五”提出的公路养护