郭 濤

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 晉中 030600)

JTG D50-2017 《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中規(guī)定可采用鉆芯、探坑取樣、路面雷達(dá)、切割等方式，調(diào)查分析既有路面厚度、層間結(jié)合及病害程度等情況，并取樣測(cè)定試件模量、強(qiáng)度等，分析路面材料組成與退化情況。但是目前相關(guān)規(guī)范的試驗(yàn)方法都是針對(duì)新鮮的瀝青混合料，對(duì)于已經(jīng)投入使用的瀝青路面，并無相應(yīng)的試驗(yàn)方法。

本文對(duì)某運(yùn)營(yíng)期高速公路瀝青路面進(jìn)行了取樣室內(nèi)試驗(yàn)，以探討運(yùn)營(yíng)期瀝青路面工作性能的檢測(cè)方法。

1 瀝青路面主要病害類型

某高速公路瀝青路面狀況總體較好，但不同程度地出現(xiàn)了一些病害，如車轍、坑槽、松散、橋面白斑、網(wǎng)裂等，其中橋梁路段病害所占比例較大。

車轍病害是其主要病害，主要發(fā)生在橋面行車道上，在橋面彎道、橋梁伸縮縫兩側(cè)的車轍則更為嚴(yán)重，部分路段車轍深度達(dá)6 cm，并已形成壅包，嚴(yán)重影響了路面行車安全性。部分行車道輪跡上的車轍部位同時(shí)也出現(xiàn)了網(wǎng)裂、白斑等病害。

坑槽、松散病害在2個(gè)方向均存在，其中下行方向更為嚴(yán)重；從發(fā)生的路段上來看，該病害主要發(fā)生在橋面上，部分路基段的匝道進(jìn)出口位置也發(fā)生了坑槽、松散等病害。并且從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，大部分坑槽、松散病害與車轍、網(wǎng)裂等病害同時(shí)存在，主要發(fā)生在行車道輪跡帶上，部分坑槽、松散已連成一片。

橋面白斑情況在全線橋面普遍存在，其中硬路肩、超車道更為明顯。據(jù)調(diào)查，該情況在路面通車后不久就出現(xiàn)，部分行車道上的白斑后期發(fā)展成了坑槽等病害。

橫向裂縫在路段的路基段普遍存在，部分間距不足10 m，裂縫大多貫穿半幅路面，裂縫寬度不等，目前均已進(jìn)行灌縫處理。

其他病害如網(wǎng)裂、修補(bǔ)破壞、表層剝落、縱向推移等在部分路段存在。其中網(wǎng)裂主要發(fā)生在橋面行車道輪跡上，大多與車轍病害、坑槽、松散同時(shí)存在，同時(shí)伴有推移現(xiàn)象，是后期發(fā)生大面積破壞的前兆；修補(bǔ)破壞主要表現(xiàn)在沿已修補(bǔ)部位邊緣發(fā)生松散、白斑等病害，導(dǎo)致出現(xiàn)重復(fù)修補(bǔ)現(xiàn)象。

2 路面取芯及試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)試樣均隨機(jī)選取自K118+482-K192+775路段。在典型路段病害處取芯，每種病害取芯不少于3處，每處病害要求至少取2個(gè)芯樣，并在對(duì)應(yīng)的硬路肩未發(fā)生病害處取不少于2個(gè)芯樣，路面取芯采用直徑150 mm的鉆頭。取芯過程中，要詳細(xì)記錄芯樣的完整性、厚度、層間聯(lián)結(jié)情況等，并與彎沉測(cè)試結(jié)果、雷達(dá)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。取芯結(jié)束后，分層(上、中、下面層)將芯樣進(jìn)行切割以備室內(nèi)試驗(yàn)。

對(duì)于橋面路段，芯樣厚度為瀝青鋪裝層厚度；對(duì)于非橋面路段，芯樣厚度應(yīng)為瀝青層總厚度。芯樣試驗(yàn)項(xiàng)目包括：①芯樣高溫穩(wěn)定性檢測(cè)。采用SPT性能試驗(yàn)機(jī)，通過測(cè)試芯樣流變次數(shù)進(jìn)行高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[2]；②芯樣壓實(shí)度、現(xiàn)場(chǎng)空隙率試驗(yàn)。通過測(cè)試芯樣密度和混合料的最大理論密度測(cè)試其現(xiàn)場(chǎng)空隙率和壓實(shí)度；③芯樣級(jí)配篩分試驗(yàn)。對(duì)芯樣二次加熱后對(duì)其混合料進(jìn)行抽提試驗(yàn)，對(duì)集料進(jìn)行級(jí)配分析；④芯樣的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。采用凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；⑤芯樣水穩(wěn)定性試驗(yàn)。采用浸水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[3-5]。

擬通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率、壓實(shí)度，混合料級(jí)配組成和油石比、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性試驗(yàn)等進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體試驗(yàn)內(nèi)容見表1。

表1 路面芯樣試驗(yàn)方案表

3 路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率試驗(yàn)

1) 上面層芯樣。上行方向上面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。由表2可見，芯樣空隙率離散性較大，其中路肩空隙率普遍偏高，行車道由于受到重復(fù)車輛荷載的不斷壓實(shí)作用，空隙率普遍偏低。出現(xiàn)白斑的地方空隙率普遍偏高，在壅包附近空隙率偏低。

表2 上面層代表芯樣的密度和空隙率

2) 中面層芯樣。上行方向中面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

由表3可見，中面層空隙率離散性較大，且空隙率普遍偏高。

表3 中面層芯樣的密度和空隙率

4 瀝青混合料抽提試驗(yàn)

沿路選擇病害嚴(yán)重路段對(duì)上、中、下面層瀝青混合料進(jìn)行了抽提試驗(yàn)，分析其混合料的油石比和集料的級(jí)配狀況。

1) 上面層混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果分析。從抽提結(jié)果來看，抽提級(jí)配中4.75，9.5 mm通過率超出控制上限，混合料級(jí)配明顯偏細(xì)，且粉塵含量偏大，按近控制上限，混合料生產(chǎn)過程中級(jí)配控制較差。上面層混合料抽提級(jí)配結(jié)果見表4。

表4 上面層瀝青混合料抽提級(jí)配結(jié)果

抽提級(jí)配中大部分篩網(wǎng)通過率不滿足要求，級(jí)配整體偏細(xì)，且粉塵含量均偏大或超出控制上限，混合料生產(chǎn)過程中級(jí)配控制較差。

上面層油石比抽提結(jié)果見表5。

表5 上面層瀝青混合料油石比抽提結(jié)果 %

由表5可見，實(shí)際油石比與設(shè)計(jì)油石比均有一定偏差，但偏差較小；粉膠比過大，不滿足要求。

2) 中面層混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果分析。中面層混合料級(jí)配抽提試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 中面層瀝青混合料抽提級(jí)配結(jié)果

由表6可見，部分芯樣抽提級(jí)配遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)級(jí)配，級(jí)配波動(dòng)性較大，級(jí)配嚴(yán)重偏細(xì)處與現(xiàn)場(chǎng)行車道發(fā)生嚴(yán)重車轍相對(duì)應(yīng)。同時(shí)，從抽提結(jié)果來看，0.075 mm通過率偏大。

中面層瀝青混合料油石比抽提結(jié)果見表7。

表7 中面層瀝青混合料抽提油石比結(jié)果 %

由表7可見，所抽檢芯樣油石比偏低，這可能也是取芯過程中發(fā)生芯樣脫落，集料外露的原因。從粉膠比指標(biāo)來看，芯樣的粉膠比過大，不滿足要求。

3) 下面層混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果分析。下面層混合料級(jí)配抽提試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 下面層抽提級(jí)配結(jié)果

由表8可見，下面層瀝青混合料級(jí)配波動(dòng)性較大，級(jí)配嚴(yán)重偏細(xì)處與現(xiàn)場(chǎng)行車道發(fā)生嚴(yán)重車轍相對(duì)應(yīng)。

綜合分析，從芯樣抽提試驗(yàn)結(jié)果來看，檢測(cè)路段混合料生產(chǎn)過程中級(jí)配控制均較差，均存在混合料級(jí)配偏細(xì)和粉塵含量偏大的現(xiàn)象，級(jí)配偏細(xì)、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產(chǎn)生車轍、水損害的重要原因之一。

5 芯樣SPT試驗(yàn)結(jié)果分析

通過SPT試驗(yàn)(簡(jiǎn)單性能試驗(yàn))流動(dòng)次數(shù)指標(biāo)對(duì)混合料的高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。試件采用鉆芯并切割出尺寸為100 mm×150 mm(直徑×高度)的試件，切割過程中盡量保持上面層的完整。試驗(yàn)前，將試件放置于空氣浴中保溫5 h 以上，同時(shí)在試驗(yàn)過程中，保持腔內(nèi)溫度為試驗(yàn)溫度。

由于試驗(yàn)條件的苛刻，本路段可做SPT試驗(yàn)的芯樣受到很大的限制，最后挑選了5個(gè)符合試驗(yàn)條件的試件進(jìn)行了該試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 SPT試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從芯樣的流動(dòng)次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果來看，K118+482處試件所反映出的高溫性能最佳，而路面K151+850處的2組試件測(cè)試結(jié)果相差較大，其兩者平均值與K192+775處相當(dāng)，兩者高溫性能基本相當(dāng)。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，K118+482處混合料表現(xiàn)出了較好的高溫性能，但根據(jù)以往試驗(yàn)資料，F(xiàn)n大部分為2 000～3 000次，本次試驗(yàn)中，K118+482處2個(gè)試件的Fn達(dá)到了8 500次以上，初步分析認(rèn)為該試驗(yàn)結(jié)果可能受芯樣影響較大。

該試驗(yàn)受現(xiàn)場(chǎng)取芯條件限制，各芯樣均存在較大的不同，故其試驗(yàn)結(jié)果僅供參考，高溫性能評(píng)定時(shí)應(yīng)結(jié)合其他試驗(yàn)共同進(jìn)行。

6 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果分析

按規(guī)范進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)所用芯樣均取自硬路肩白斑處，所用芯樣為中面層芯樣，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

從試驗(yàn)結(jié)果來看，各芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明發(fā)生白斑后，路面抗水損害性能并沒有明顯下降。

7 結(jié)語

舊路路面的檢測(cè)結(jié)果是新路路面設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，通過綜合分析各種檢測(cè)指標(biāo)的結(jié)果，再結(jié)合最新的路面設(shè)計(jì)技術(shù)就可以確定新路路面方案。通過現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，可以看出舊路面實(shí)測(cè)油石比與設(shè)計(jì)油石比偏差較小，但粉膠比過大，不滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)合芯樣抽提試驗(yàn)結(jié)果，表明混合料生產(chǎn)過程中級(jí)配控制較差，級(jí)配偏細(xì)、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產(chǎn)生車轍、水損害的重要原因。各檢測(cè)芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明白斑病害對(duì)路面抗水損害性能沒有明顯影響。檢測(cè)試件的高溫性能結(jié)果偏離通常的試驗(yàn)結(jié)果較多，應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他試驗(yàn)綜合考慮新路面材料的高溫性能指標(biāo)。另外路肩空隙率普遍偏高，說明新路建設(shè)中需要加強(qiáng)施工工藝，進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。