[分享]我国北部重工区高等级路面病害分析及结构推荐

我国北部地区是我国重工业密集分布区，重载车辆多，超载严重，路面破坏形式尤其自身特征。本文通过对北方某市6条干线公路路面结构、路面超载情况和病害形式进行调查、分析并结合路面结构受力分析，经比对、研究得出病害成因，优选出合理结构进行推荐，以期为重工区路面典型结构提供参考和借鉴。

重工区 | 高等级路面 | 重载 | 网裂 | 车辙

我国高等级路面普遍采用半刚性基层沥青路面作为主要结构形式。同时我国高等级沥青路面因循地域及荷载功能要求的发展方向。南方高温潮湿多雨且轻工业发达地区与北方四季分明冬寒夏热的重工业地区对路面功能的要求有较大的差异。尤其是北方以重工业为主的地区重载、超载道路运输车辆多，传统按常规载重车辆设计的沥青路面设计无法满足重载交通需求，导致沥青路面的早期破坏，缩短了路面的使用寿命和服务性能。重载、超载车辆作用下直接导致沥青路面由于抗车辙能力不足产生严重的早期破损，造成病害的主要形态为车辙、坑槽、网裂、推移和拥包等多种形式。同时对于不同时期按不同理念设计的路面也出现了不同的破坏形式。本文主要通过对不同路面材料和结构下路面的破坏形式进行分析对比，以期提出适合重工业地区的重载路面结构。

路面结构调查

对我国北方某重工业城市的6条重载车辆较多的国道、省道的路面结构进行调查统计如表1。

从表1中可以看出几条不同的国道和省道的面层主要为两种形式:一种是典型的薄面层结构，这也是我国90年代后期“强基薄面”路面设计理论的典型应用。即采用4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青    混凝土组成的形式;一种为典型的厚面层结构，这也是我国近些年学习国外“长寿命沥青路面理论”的应用。

采用5cm细粒式改性沥青混凝土+7cm中细粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土的结构形式。基层设置则基本相同，均采用36cm厚水泥稳定碎石基层，分两层进行铺筑。底基层未全部设置，垫层则除了S262外均有设置。垫层的设置较为普遍，这有助于改善路面的受力环境，改善路面与路基间的过渡，同时对于路面水或是路基水的排除都有益处。以上国、省道均为该市车流量大、重载车辆密集的区域，其路面使用过程中也发现了不同的问题。

路面超载形式和破坏类型调查

对该区域6条国省道重载路段的路面病害调查统计如表2。

对几条国省道调查，因该市主要以矿产、钢材生产等重工业产业为主要经济支柱，几条国道的超载车辆多为五轴、六轴车辆，车辆设计荷载25～50t，实际载荷50～90t，超载达到80%甚至更多。实际调查中还发现了关键一点就是，涉及国省道中并非全段都是破坏如此严重，对于超载相对轻微地区或是管控严格的路段。路面病害明显少得多，这也印证了重载车辆是路面病害早期破坏的直接原因。

对以上几段国省道进行病害调查发现，首先从最后一次大修或是新改建到现在的时间看出S263省道是2年之外其它都超过5年。其病害主要包括车辙、网裂、坑槽、横向裂缝、唧浆、推移等。而以车辙、坑槽、横向裂缝最为普遍，其次病害出现最多的就是网裂和推移。个别出现唧浆的情况。从整体路况来看G205、S263路况最好，路面平顺，只有轻微的车辙和极个别坑槽出现。G102、S262、S362路况基本满足使用的需要，车辙、坑槽较多，网裂偶有发现，个别地方有修补过的坑槽，以S252最差除了发现较严重的网裂、车辙、坑槽外还发现有唧浆问题。

重工区出现的超载现象并非正常现象。对于运输车辆经营者而言，相同的时间相差不大的耗油量带来的是增加近一倍的运力，其运输成本必然大幅降低，为了追求利益不惜铤而走险，但超载车辆对于路面的破坏十分严重。超载必然增加胎压，而荷载的增加和胎压的增加导致轮胎对路面的应力作用增加。这就导致了路面结构层的加速破坏，因此交通部门应该严格按照国家规定对于超载超限运输车辆进行管理和控制。这对于保证路面结构稳定长期使用具有重要意义。

超载是路面早期破坏和病害的主要原因，对于不同路面结构影响也存在很大的差异。对于重工区高等级路面结构和病害进行比对分析可以看出，对于面层较薄的沥青路面其病害的严重程度远超过面层较厚的沥青路面，其最为显著的病害就是网裂和推移，这是厚面层路面所没有的。对于路面而言网裂意味着基层的破坏，而推移则意味着层间结合的破坏，即表示路面结构发生了损坏。

病害发生存在差异性，从荷载传递和路面材料性能分析可知:

第一，通过对比基层发现薄面层路面其基层厚度与厚面层路面结构相同但是基本未设计底基层。基层发挥着传递行车荷载的作用，其将荷载传递并使其均匀分布于路基之上。底基层的设置一方面增加了承载力，减少了荷载作用下基层的应变，同时使荷载更加均匀的分散到路基上减少了应力作用。因此底基层的设置，无论对于基层整体承载力，还是对于保护路基减小路基变形都十分有利。

第二，面层厚度的差异也影响到外界环境因素对于基层的作用。一方面，面层厚度不同荷载分布有很大差异，较厚的面层会使基层受力更均匀，避免引力集中;另一方面，面层厚度增加使开裂减少，地表水不容易进入基层，避免发生荷载作用下对基层的冲刷，也保证了层间结合，同时温度的波动对于基层影响也会削弱，这从一定程度上减少了基层的收缩裂缝。

对较厚面层的两个路面结构及病害进行分析，其出现病害主要是坑槽、横向裂缝和车辙。坑槽的出现并非基层引起，而是施工过程中因沥青混合料拌合不均匀、骨料离析以及混合料温度离析造成的材料性能的变化造成的。车辙主要因沥青面层受剪应力的影响所产生，试验表明通过对沥青混合料配合比进行优化可以减少部分车辙，另外采用改性沥青提高材料整体性能有助于减少车辙的发生。横向开裂为半刚性基层的普遍问题，实际根据调查可以得到这样的结果，较厚沥青面层的路面其横向裂缝发生的频率以及裂缝宽度远低于薄面层路面，也说明较厚沥青面层对于横向裂缝的改善作用。

根据上述分析可以得出这样的结论，从以上分析可以得出如下结论，底基层的设置有利于减少路基变形提高路基承载力，有利于更均匀地分散基层传递的压应力从而提高路面的承载能力。沥青层的加厚有利于保护基层处于相对封闭的环境，减小了温度和水对基层的影响，减少了开裂和冲刷的病害，实现基层与面层见更好的层间结合。因此强基厚面的结构形式对于重工区沥青路面更为适合。

据此对于重工区高等级沥青路面建议采用较厚的沥青面层+稳固的基层+底基层+垫层的结构形式。从上述路面结构中可知面层沥青混凝土应不低于20cm，上面层和中面层建议采用改性沥青;基层水泥稳定碎石采用18cm+18cm的形式，底基层采用不低于18cm的水泥稳定碎石，其下设置级配碎石垫层不低于20cm。

根据所调查的国省道的交通荷载分布特点、路面结构、破坏形式并结合路面受力等综合分析得出如下结论:

(1)超载是导致路面破坏的主要原因，因此必须采取严格管控措施治理超载，降低对路面的损害。

(2)在荷载条件和使用时间类似的情况下，薄面层高等级沥青面病害与厚面层高等级沥青路面相比，网裂和推移是其典型病害，也意味着其路面结构层发生了破坏。

(3)厚面层沥青面层有助于改善基层受力环境、温度波动和干湿环境，改善其使用性能。底基层的设置有助于提高路面的整体承载力。

(4)重工区路面结构宜采用强基础厚面层的结构形式，注意垫层的设置保证路基和基层的过渡和排水。