广东省高速公路典型结构沥青路面使用性能调查与分析*

许新权　吴传海　李善强

(公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心1)　广州　510420)　(广东华路交通科技有限公司2)　广州　510420)



广东省高速公路典型结构沥青路面使用性能调查与分析*

许新权1,2)吴传海1,2)李善强1,2)

(公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心1)广州510420)(广东华路交通科技有限公司2)广州510420)

为提高广东省高速公路沥青路面的使用寿命，降低沥青路面结构选用不当所带来的各种风险，对广东省13条高速公路沥青路面的结构类型、养护措施以及使用性能进行了调查分析.结果表明，在保证使用性能优良的条件下，重载交通高速公路典型半刚性基层沥青路面沥青面层的平均使用寿命为10年；中、上面层不采用改性沥青，沥青路面易出现严重车辙病害；组合式基层沥青路面更适合在湿热地区特重载高速公路上使用.

高速公路；沥青路面；使用性能；调查分析

0　引　　言

1989年，广东省第一条高速公路(广佛)建成通车，从此拉开了广东省高速公路建设的序幕，截至2015年底，广东省高速公路通车里程已经达到6 880 km.研究表明，根据区域的交通和环境条件，选用合理沥青路面结构，能够有效地减少沥青路面早期损害发生的几率，提高沥青路面的服务水平，延长沥青路面的使用寿命[1-3].从全寿命周期成本的角度来看，可节约高速公路总投资，降低路面长期维修所带来的不良社会影响[4].国内道路工程技术人员对沥青路面的使用性能进行了大量的调研工作，为当地的路面结构选型奠定基础[5-7].因此，为降低高速公路沥青路面全寿命周期内的总费用及路面结构选用不当所带来的各种风险，文中对我省使用性能优良的13条高速公路的沥青路面的养护状况与使用性能进行系统的调查与分析，调查结论可为我省后续沥青路面的选用、养护决策提供科学依据.

1　路面调查方案

1.1路段选择的基本原则

(1) 通车年限，选取不同通车年限的沥青路面，通车年限分布在3～15年之间；(2) 结构类型，选取不同基层类型的沥青路面，如半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面、刚性基层沥青路面、组合式基层沥青路面；(3) 沥青层厚度，选取不同沥青层厚的沥青路面；(4) 交通量，分别选取中等交通、重交通、特重交通量的高速公路；(5) 区域分布，选取的高速公路分布在珠三角、粤东、粤西和粤北4个区域.

1.2选取的调查路段

根据调查路段选取原则，选择广东省代表性的13条高速公路进行沥青路面结构使用状况调查，路段选择的情况见表1.

云梧高速公路包含2种类型的碾压混凝土基层沥青路面试验段、渝湛高速包含4段柔性基层和组合式基层沥青路面试验段、粤赣高速公路包含1段组合式基层沥青路面试验段、广贺高速(怀集至山水段)包含过渡段路面(两层沥青层)，总计23个代表性路段.其中通车10年以上高速4条，5～10年高速6条，5年以下高速3条.

表1　不同区域沥青路面路段选择情况

1.3调查内容

调查内容如下：(1) 路面结构及相关路面设计参数、设计交通量、设计标准等；(2) 路面配合比设计资料、施工质量；(3) 路面历年养护措施、养护前后路面检测数据；(4) 路段各出入口和主线的交通量及车型数据；(5) 历年路面破损、平整度、车辙、抗滑等检测数据.

2　沥青路面结构与材料概况

经过近30年的高速公路建设实践，广东省高速公路沥青路面结构形式的发展可以分为如下3个阶段：

第一阶段(1989～2000年)沥青路面厚度差别较大、材料类型多样化发展阶段.广东省沥青路面结构、面层类型、材料多种多样，沥青层厚度和路面结构总厚度都有明显差别，例如沥青面层厚度薄者仅7 cm(广花高速公路)，厚者为32 cm(广深高速公路)，沥青层数从2层变化到4层；水泥稳定材料基层厚度从20 cm变化到40 cm；底基层(或加垫层)厚度从15 cm变化到55 cm；沥青路面总厚度最薄的为57 cm，最厚的达110 cm.

第二阶段(2001～2010年)典型半刚性基层沥青路面阶段.2001～2004年之间，高速公路沥青面层大多采用3层沥青混合料，厚度在14～16 cm之间，个别高速公路采用两层沥青混合料.2004～2010年之间，省内建成的高速公路沥青路面，除江肇高速公路(一期)沥青层厚度达到22 cm外，沥青层厚度一般采用3层沥青面层，厚度在17～19 cm之间，个别交通量较小的高速公路采用两层沥青面层，厚度在11～12 cm之间，如阳阳高速阳江港支线(沥青层厚11 cm)；底基层一般采用18～20 cm厚水泥稳定碎石，基层一般分两层，采用32～40 cm水泥稳定级配碎石；在土质挖方路段或低填方路段(路基潮湿的路段)设置15～20 cm的未筛分碎石垫层.

第三阶段(2010年至今)沥青路面结构多样化发展阶段.部分高速公路沥青路面仍采用半刚性基层沥青路面，根据交通量的情况，分别选用3层或2层沥青路面，3层沥青层厚度在18～19 cm之间，2层沥青路面厚度在12～14 cm之间.基层厚度36～40 cm，底基层厚度18～20 cm，垫层采用摊铺机铺筑的级配碎石，厚度一般为15～20 cm.部分高速公路采用组合式基层沥青路面，沥青层厚度在26～29 cm之间，如博深高速(沥青层厚29 cm)、广河高速广州段(沥青层厚26 cm)、广珠西线二期(沥青层厚28 cm)、广乐高速(沥青层厚28 cm).部分高速公路采用刚性基层(RCC)沥青路面，根据交通量的情况，面层采用2层或3层沥青面层，厚度在12～18 cm之间，云罗一期(沥青层厚18 cm)、云罗二期(沥青层厚12 cm)、梅大高速(沥青层厚12 cm).

3　交通量及货车比例统计

由于交通量与货车比例是影响路面使用性能的关键因素，收集了代表性路段近2013年的断面交通量数据，2013年各代表性路段的断面年平均日交通量及货车比例统计结果见表2.结果表明，(1) 选取的13条高速公路断面年平均日交通量总体呈现增长趋势，但差异较大，其中最小的为新台高速公路，年平均日交通量4 675辆，最大的是京珠南高速公路，太和收费站年平均日交通量达到39 308辆；(2) 省内连接县市之间的高速公路，如新台、广珠西、河龙、广云、广清北高速车型比例均以小客车为主，小客车比例超过60%，而出省通道高速公路车型比例以货车为主，货车比例均在44%以上，其中京珠北高速公路货车比例达到62%.

表2　调查路段年平均日交通量及车型比例统计表(2013年)

注：一-小客车；二-小型货车；三-中型客、货车；四-大型客、货车；五-重型货车

4　沥青路面使用性能对比分析

4.1路面养护概况

为准确分析各路段沥青路面的使用性能，对各路段路面的主要养护措施及实施时间进行了统计，见表3.从各路段沥青路面养护调查结果可知：中、重、特重交通等级的高速公路典型半刚性基层沥青路面在保证使用性能优良的条件下，沥青面层平均使用寿命为13年、10年和7年.

4.2典型结构沥青路面使用性能分析

根据文献[8]的规定，对各路段的路面性能指标数据进行了检测与评价，结果见表4.从调查路段沥青路面使用性能调查结果总结出以下几点结论.

表3　调查路段路面养护措施概况

注：表中B-10为半刚性基层沥青路面；Z-28为组合式基层沥青路面；G-10为刚性基层沥青路面；R-25为柔性基层沥青路面，数字指沥青面层的厚度.

1) 从典型结构沥青路面的病害特点看，通车几年后，半刚性基层沥青路面均出现不同程度的唧浆病害，进而引起沉陷或坑槽病害，而组合式基层沥青路面均未发生此类病害[9-13].

2) 经过10年的通车检验，半刚性基层与组合式基层沥青路面均有大多路段的路面车辙深度在15 mm内，经过5年的通车检验，同一条高速刚性基层和半刚性基层沥青路面的车辙相差甚微，且均在10 mm内，3种路面结构均可以满足抗车辙的要求.

3) 云梧高速公路刚性基层沥青路面试验段1(沥青层10 cm)和试验段2(沥青层18 cm)均出现较多的纵横向裂缝，目前，试验段1和试验段2的路面破损状况PCI分别为86.1和88.6.

4) 通车5年的3条高速公路云梧、二广(三水至怀集段)、广珠西二期相比，目前广珠西二期高速公路路面的破损状况最好，路面破损病害最少，也说明广珠西二期高速公路采用的组合式基层沥青路面更能使用重载交通的条件，路面使用性能较优.

表4　调查路段沥青路面主要病害及性能指标汇总表

5) 选取的23个路段中，除二广高速公路(三水至怀集段)过渡段路面结构1(3层沥青层均为普通沥青混凝土)和结构2(2层沥青层均为普通沥青混凝土)通车后发生较严重的路面车辙病害外，其他路段的沥青路面各项性能指标均为优良水平.

4.3典型结构沥青路面裂缝对比分析

对调查路段沥青路面2014年度的裂缝进行了统计，从不同路段沥青路面裂缝统计结果总结出如下几点结论.

1) 随着通车时间的增长，路面纵、横向裂缝的数量逐渐增多，2005年通车的高速公路沥青路面每车道公里总裂缝长度为373～489 m之间，平均横向裂缝间距14～21 m.而组合式基层沥青路面试验段每公里裂缝长度109 m，平均裂缝间距32 m.即半刚性基层沥青路面的裂缝率为组合式基层沥青路面的2～3倍，见图1a).

2) 2010年通车的高速公路沥青路面横向裂缝的差别也较大，广珠西二期高速公路采用组合式基层沥青路面，横向裂缝极少，而云梧、二广高速公路采用半刚性基层沥青路面，7～8条/km横向裂缝，裂缝间距121～153 m；二广高速过渡段10 cm沥青面层的路段，15～20条/km横向裂缝，裂缝间距48～73 m，见图1b).双层式沥青混凝土，其每车道公里横向裂缝长度为3层式沥青路面结构的2～3倍.云梧高速公路试验段1和试验段2均为刚性基层沥青路面，其横向裂缝的数量较半刚性基层沥青路面多，说明基层强度越高，裂缝出现的时间越早，裂缝越多.

图1　沥青路面横向裂缝间距

4.4典型结构沥青路面车辙对比分析

车辙是广东省高速沥青路面主要病害之一，从省内代表性路段沥青路面车辙深度统计结果可总结出如下几点结论.

1) 路龄10年的高速公路半刚性基层沥青路面(沥青面层16～18 cm厚)，经过近10年的通车营运，除粤赣、渝湛、广云、阳茂高速个别路段出现过车辙深度大于15 mm的车辙，其他路段车辙性能整体良好，见图2a)，而沥青层较厚的粤赣、渝湛组合式基层沥青路面试验段经过近10年的通车营运，沥青路面车辙深度也没有超过15 mm，说明并不是沥青层的厚度越厚越容易发生车辙；

2) 对于京珠北、京珠南特重载交通等级的高速公路沥青路面通车6～7年，对路面进行加铺罩面，目前沥青路面的厚度为20 cm，近几年的车辙深度均小于6 mm，路面车辙性能良好.

3) 从路龄5年的高速公路沥青路面的车辙状况来看，见图2b)，车辙深度相差不大，从云梧高速碾压混凝土基层沥青路面试验段车辙深度的结果来看，刚性基层+双层式或三层式沥青面层结构的车辙性能均优良，也说明了基层强度的高低对沥青路面车辙深度的影响不大.

图2　沥青路面车辙深度均值

5　结　　论

1) 中、重、特重交通等级的高速公路典型半刚性基层沥青路面在保证使用性能优良的条件下，沥青面层平均使用寿命为13年、10年和7年，沥青路面中、上面层不采用改性沥青，易出现严重车辙病害.

2) 随着通车时间的增长，沥青路面纵、横向裂缝的数量逐渐增多，相同路龄条件下，半刚性基层沥青路面的裂缝率为组合式基层沥青路面的2～3倍，双层式沥青路面裂缝率为三层式沥青路面的2～3倍，刚性基层沥青路面横向裂缝的数量较半刚性基层沥青路面多，且裂缝出现的时间早.

3) 半刚性基层、组合式基层、刚性基层沥青路面三种结构型式均可以满足抗车辙的要求.综合来看，组合式基层沥青路面更适合在湿热地区特重交通高速公路上使用.

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Investigation and Analysis on the Performance of Asphalt Pavement of Typical Structure in Guangdong Province

XU Xinquan1,2)WU Chuanhai1,2)LI Shanqiang1,2)

(ResearchandDevelopmentCenteronRoadTransportSafetyandEmergencySupportTechnology&Equipment,MinistryofTransport,Guangzhou510420,China)1)(GuangdongHualuCommunicationsTechnologyCo.LTD,Guangzhou510420,China)2)

In order to improve the service life of the asphalt pavement of Expressway in Guangdong Province, the asphalt pavement structure risks caused by the inappropriate selection are reduced, In this paper, the structural types, maintenance measures and performance of the asphalt pavement of 13 Highway in Guangdong province are investigated and analyzed. In order to ensure the excellent usage performance, the average service life of typical semi-rigid base asphalt pavement of heavy traffic highway is 10 years. The middle and upper layers are not used to modify asphalt and the asphalt pavement is prone to serious rutting disease. The combined base asphalt pavement is more suitable for use in hot humid area of special heavy duty highway.

high way; asphalt pavement; performance; investigation and analysis

2016-06-23

U414

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.024

许新权(1981- )：男，硕士，高级工程师，主要研究领域为公路试验检测、路面结构与材料研究、技术咨询

*广东省交通运输厅科技项目资助(科技-2010-02-004)