摘要
近年来我国建成公路的里程数随经济增长而快速增加，高速公路管养里程及其养护需求规模也急剧增加。沥青路面服役年限达到一定临界时间后，需要进行实施合适的大中修养护工程，路面养护是保证路面维持优异性能的重要环节之一。在沥青路面全寿命周期内养护设计中，沥青路面结构剩余使用寿命是其中的一个主要参数，如何精准评价沥青路面结构剩余使用寿命是公路养护行业从业者的一个继续攻克的难题。本文通过对路面结构完整性进行分析，对河北省既有沥青路面结构的剩余寿命进行表征评价，对养护过程中路面大中修设计提供一定的指导作用，提升河北省高速公路的养护决策规范性、养护设计的科学性。
关键词
结构完整性
高速公路
路面评价
沥青混凝土路面
在沥青路面养护设计过程中，其核心为对于既有路面现状的评价及结构剩余使用价值的分析工作，在设计过程中起到了承上启下的作用。本文首次提出了利用现有路面结构完整性评价河北省高速公路沥青路面结构剩余使用价值，对后期河北省高速公路养护工程设计提供参考依据。
路面结构完整性研究背景
沥青路面结构剩余使用寿命是全寿命沥青路面大中修养护设计的重要参数。对剩余寿命的评估方法有间接法和直接法，间接法通过计算路面结构的有效结构数，评价路面结构剩余的价值，反映了既有路面结构在新路面结构中能起到的作用。直接法研究路面结构剩余寿命主要利用剩余的荷载作用次数来评价。路面结构作为一个可修复的系统，在准确描述已经服役的路面结构状况时，剩余价值作为表征旧路面结构在新路面结构中所能起到的作用指标，可以丰富路面结构状况程度的表征准确度，其用等效使用年限表示。
沥青路面在服役过程中，其结构层中的面层、基层、土基等任何一层发生破坏都将导致整个路面结构的完整性发生破坏，进而较大程度的影响沥青路面剩余寿命。沥青路面结构完整性的评价主要从沥青面层完整性、半刚性基层完整性及路面土路基完整性等因素综合考虑。
路面结构面层完整性研究
沥青路面面层结构服役过程中，经过行车荷载、自然环境等多种内外界综合因素作用下产生多种病害，主要包括龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、坑槽、松散、沉陷、修补等，这些病害会严重降低路面行驶质量，导致雨水进入加速路面破坏，降低路面结构的使用寿命。现行《公路技术状况评定标准》版中沿用年的评价方法和模型，继续采用路面破损率(DR)评价路面损坏状况。DR在具体计算中表现为路面总的破坏的折合破损面积之和与路面整体调查面积比值，以百分比形式表示，本研究中破损率(DR)指标，如式(1)所示。
路面结构基层完整性研究
采用半刚性基层的沥青路面，在服役过程中基层主要产生松散、不密实、高含水、横向裂缝、纵向裂缝等病害。为评价沥青路面结构基层的完整性，主要基于横向裂缝间距、纵向裂缝长度、基层破损率等指标进行研究。
(1)横向裂缝间距
由于基层被路面结构面层覆盖，不便于检测，首先研究了路表面横向裂缝间距(可根据自动化检测系统的检测数据计算得到)与基层破损状况的关系。对河北省km高速公路的横向裂缝间距数据进行分析，发现横向裂缝间距与养护时间间隔有相关性，横向裂缝间距随养护时间间隔增加而减小，但养护时间间隔在4年以上后规律不再明显。说明在养护工程实施一定年度之后横向裂缝大多反射到路表面，路表的横向裂缝间距一定程度上能反映半刚性基层结构的完整性。
对河北省km高速公路的横向裂缝间距与半刚性基层结构的使用年限间的相关关系进行分析，发现横向裂缝间距与半刚性基层结构的使用年限有相关性，横向裂缝间距随半刚性基层结构的使用年限增加而减小，路表的横向裂缝间距一定程度上能反映半刚性基层结构的完整性。
宣大高速公路年建成，半刚性基层结构已使用17年，除部分年养护的路段外，目前上下行方向横向裂缝间距均已低于20m，包括年进行4cm罩面养护的路段。
京秦高速公路年建成，半刚性基层结构已使用18年，除部分、年养护的路段外，目前上下行方向横向裂缝间距均已低于40m。
(2)纵向裂缝长度
对河北省km高速公路的纵向裂缝长度数据进行分析，发现每公里纵向裂缝长度与养护时间间隔有一定关系，每公里纵向裂缝长度随养护时间间隔增加而增大，但养护时间间隔在5年以上后规律不再明显。路表的每公里纵向裂缝长度一定程度上能反映半刚性基层结构的完整性。
对河北省km高速公路的每公里纵向裂缝长度与半刚性基层结构的使用年限间的相关关系进行分析，发现每公里纵向裂缝长度与半刚性基层结构的使用年限没有明显关系。
(3)基层破损比例
鉴于路表面横向裂缝间距和纵向裂缝长度指标不能完全反应半刚性基层结构的完整性，项目组提出基层破损比率指标反映沥青路面基层结构完整性。基层破损率定义为路面基层各损坏面积和与路面整体调查面积百分比。其中病害主要为前文所述的松散、不密实、高含水、横向裂缝、纵向裂缝等。
可通过探地雷达检测基层来计算基层结构破损率。通过对路面结构进行探地雷达检测，同时辅以典型病害位置处钻芯取样，建立与路面基层结构病害相对应图谱数据库，计算基层破损率，评价项目路段基层结构完整性。也可利用钻芯取样数据及路表面破损状况调查结果进行半刚性基层完整性评价。
路面结构路基完整性研究
高速公路在服役过程中，部分路段会产生一定程度的沉降，表现为路面结构的不平整，路基有不均匀沉降。部分沉降路无明显由土基不均匀沉降造成的病害，但路面结构建成通车仅几年就破损严重，基层结构损坏。分析原因是由于土基压缩性高、含水率高，土基不稳定，如某高速公路。
该高速公路于年12月30日通车。在年年底进行了大范围的铣刨重铺上中两个面层。铣刨加铺的两层分别为5cm和6cmAC-16C中粒式改性沥青混凝土，铣刨前的路面结构如表所示。自通车以来，该高速各项路况特征指标较低，因此陆续进行了多次养护维修项目，部分路段进行了重复养护。主要的养护措施为在主车道实施上中面层铣刨罩面。
采用频率为MHz的雷达天线对整条道路基层隐性病害进行检测分析，发现其土基和路面基层主要病害形式为松散不密实，部分路段有脱空，局部位置存在沉陷以及高含水等问题。
进一步对其进行地质钻探研究，可知路基的土样颗粒级配没有优秀级配、其孔隙比均较大、土质疏松、可压缩性较强，路基质量状况水平不高。土基压缩性高、含水率高，导致土基不稳定，路面结构基层出现松散、破碎等病害，路面结构面层出现病害。
当路基的土样颗粒级配不良、孔隙比较大、土质疏松、可压缩性较强时，路基质量状况水平不高。造成路基不同程度的沉降，导致基层发生病害从而影响到整个路面结构的功能。根据压缩系数评价路基稳定性，定性评价标准如下所示。
对于路面结构有不均匀沉降的路段可直接把路基稳定性等级评定为不可接受;对于路面结构无不均匀沉降的路段，若路面基层结构出现松散破碎或整体结构强度不足，需对路基开展地质钻探，取出下部各结构层材料，分析土样形态特征，物理性质和压缩特性，计算路基土压缩系数、含水率等指标，评价路基稳定性等级。
结论
(1)不同服役阶段沥青路面剩余价值衰变速度不同，但在同一阶段剩余价值与评价指标之间为线性关系，与路面结构完整性具有较强相关性。
(2)沥青路面基层结构完整性发生破坏时，其相应路面结构剩余价值处于加速下降阶段。
(3)沥青路面结构承载能力不足，或土基结构完整性发生破坏时，路面结构剩余价值处于低水平保持阶段。
全文完。首发于《道路工程》年第6期。添加主编