路面維修養(yǎng)護技術探討

預防性養(yǎng)護決策與應用技術探討交通運輸部公路科學研究院公路養(yǎng)護管理研究中心

潘宗俊博士當前第1頁\共有57頁\編于星期三\11點交流提綱2國內(nèi)外發(fā)展概況3現(xiàn)存問題4概述15預防性養(yǎng)護決策技術預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第2頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述到2008年底，全國高速公路總里程達6.03萬公里，達到70%的規(guī)劃建設目標，有效改善了公共服務質量，為我國的國民經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了不可估量的積極作用，同時也標志著持久的、大規(guī)模公路養(yǎng)護時代的來臨。當前第3頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述目前我國的高速公路和農(nóng)村公路仍處于建設高峰期,同時,早期修建的高速公路和普通國省干線公路也陸續(xù)進入大、中修養(yǎng)護期，呈現(xiàn)出公路建設和養(yǎng)護雙高峰重合的特點。這樣對于公路養(yǎng)護管理者來說,面臨的養(yǎng)護任務越來越重,壓力越來越大，如何搞好公路的養(yǎng)護特別是預防性養(yǎng)護,盡可能地延長道路使用壽命，已是一個不可回避的現(xiàn)實問題。當前第4頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述養(yǎng)護工程分類：《公路養(yǎng)護工程管理辦法》小修保養(yǎng)：是對管養(yǎng)范圍內(nèi)的公路及其沿線設施經(jīng)常進行維護保養(yǎng)和修補其輕微損壞部分的作業(yè)。例如，瀝青路面坑槽修補、沉陷、處理波浪處理等，水泥混凝土路面板塊的局部修理。中修工程：是對公路及其沿線設施的一般性損壞部分進行定期的修理加固,以恢復公路原有技術狀況的工程。例如，瀝青路面整段封層罩面、路面嚴重病害的處理，水泥混凝土路面嚴重病害處理。大修工程：是對公路及其沿線設施的較大損壞進行周期性的綜合修理，以全面恢復到原技術標準的工程項目。例如，路面補強、重鋪或加寬。改建工程：是對公路及其沿線設施因不適應現(xiàn)有交通量增長和載重需要而提高技術等級指標，顯著提高其通行能力的較大工程項目。例如，公路技術等級或路面等級提高。當前第5頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述養(yǎng)護性質分類預防性養(yǎng)護為了讓狀態(tài)良好的道路系統(tǒng)保持更長時間，延緩未來的破壞，在不增加結構承載能力的前提下改善道路系統(tǒng)的功能狀況的一種養(yǎng)護方式。矯正性養(yǎng)護就是修補路面的局部損害或對某些特定病害進行的養(yǎng)護作業(yè)，適用于路面已經(jīng)發(fā)生局部的結構性破損，但還沒有波及全局的情況。當前第6頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述當前第7頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述狹義定義

在周期性路面大中修養(yǎng)護之前，在路面技術狀況處于良好狀態(tài)的情況下，通過選擇適當?shù)臅r機，用適當?shù)?、較低成本的養(yǎng)護措施，處治瀝青路面裂縫、輕微車轍、松散（老化）等表面損壞和改善路面抗滑性能，以達到延緩路面損壞速度、延長路面養(yǎng)護周期、降低全壽命周期費用的目的養(yǎng)護方法。

當前第8頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述廣義定義：涵蓋公路各組成部分在道路沒有發(fā)生結構性破壞以前，為了更好的保持道路的良好運營狀態(tài)，延緩道路未來的破壞，獲取道路生命周期內(nèi)的最大效益，在不增加結構承載能力的前提下，針對道路出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的病害，在適當?shù)臅r機，積極采取路基維護、路面維修、橋涵維修加固、附屬設施維護等相應的綜合技術措施，防止各類道路病害的發(fā)生或擴大，用以改善道路系統(tǒng)的總體功能狀況，延長其使用壽命提升道路服務水平。當前第9頁\共有57頁\編于星期三\11點一、概述目標

在道路全壽命使用周期內(nèi)，支出的全成本費用最少，取得的綜合效益（包括道路管理者和使用者）最大是最理想的結果。當前第10頁\共有57頁\編于星期三\11點交流提綱2國內(nèi)外發(fā)展概況3現(xiàn)存問題4概述15預防性養(yǎng)護決策技術預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第11頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況美國調(diào)查當前第12頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況美國明尼蘇達州工程分類：日常養(yǎng)護預防性養(yǎng)護維修重建當前第13頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況美國明尼蘇達州第一步：先確定預防性養(yǎng)護總需求。 獲得方式：通過“路面管理系統(tǒng)”分析得到。當前第14頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況美國明尼蘇達州第二步：根據(jù)總需求，分析確定并推薦適宜的預防性養(yǎng)護年度支出預算。當前第15頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況美國明尼蘇達州第三步：在預算框架內(nèi)，確定預防性養(yǎng)護技術措施。 采取方法：選擇每種技術的合理比例，再根據(jù)費效比選擇具體路段。當前第16頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況2006年AASHTO調(diào)查報告顯示在美國和加拿大兩國參與調(diào)查的34個州和5個省中；91.3%的州（省）實施了路面預防性養(yǎng)護項目；69.6%的州（省）存在路面預防性養(yǎng)護技術指南；但但大多還是依據(jù)工程師的經(jīng)驗制定預防性養(yǎng)護方案時。

當前第17頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況我國近年來，開始對預防性養(yǎng)護的理念予以關注，開始研究預防性養(yǎng)護的施工技術，并在全國各地進行了不同程度的嘗試，已取得了一定的實際效果。預防性養(yǎng)護觀念和相關技術逐漸為廣大公路工程技術人員所了解和接受，但總體上說，對預防性養(yǎng)護的認識仍處于初級階段。傳統(tǒng)養(yǎng)護模式的慣性：道路不壞不修，在投資政策上是壞路優(yōu)先。傳統(tǒng)養(yǎng)護方式與預防性養(yǎng)護的交叉：工程分類有區(qū)別又有交叉，容易混擾，目前還未設置單獨的預防性養(yǎng)護科目。當前第18頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況我國當前，我們對預防性養(yǎng)護的概念、關鍵技術和相關政策還缺乏全面、系統(tǒng)的認識，還未形成系統(tǒng)的、科學的預防性養(yǎng)護決策體系；預防性養(yǎng)護技術措施的應用種類要少于國外，且各地區(qū)間應用效果差異明顯；各地區(qū)預防性養(yǎng)護資金占養(yǎng)護投資總額的比例雖有起伏，但投資絕對值在總體上是逐年增加的；多數(shù)情況下，預防性養(yǎng)護資金仍混于養(yǎng)護資金總額中，很少有專門的預防性養(yǎng)護資金計劃，更缺少長期預防性養(yǎng)護投入的規(guī)劃。當前第19頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況上海在20世紀90年代中后期，逐漸引進了“預防性養(yǎng)護”的理念和技術，當時使用的預防性養(yǎng)護措施有稀漿封層、微表處等；2003年，上海市公路管理處聯(lián)合同濟大學對預防性養(yǎng)護技術的一些關鍵問題進行研究，于2004年鋪筑了4條試驗路，并對其進行了跟蹤觀測和分析；2006年1月，上海市公路管理處組織編寫了《上海市公路瀝青路面預防性養(yǎng)護技術規(guī)程》，于2007年2月1日起正式實施；2006年7月，上海市公路管理處將預防性養(yǎng)護模塊納入到原有的公路路面管理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的決策樹模型進行輔助決策。目前瀝青路面的預防措施有：稀漿封層、微表處、碎石封層、復合封層、薄層罩面、灌縫或封縫、霧封層和瀝青再生劑等8種。當前第20頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況江蘇2001年將《乳化瀝青稀漿封層技術應用研究》項目列入江蘇省交通科技計劃，作為預防性養(yǎng)護的重點推廣技術；組織編制了《乳化瀝青稀漿封層技術應用指南》和《乳化瀝青稀漿封層施工技術規(guī)程》；2002年以來，江蘇省將稀漿封層預防性養(yǎng)護技術的推廣工作納入養(yǎng)護工作計劃和考核目標，全省平均每年實施300多公里。當前第21頁\共有57頁\編于星期三\11點二、國內(nèi)外發(fā)展概況山東2000年，開始引進智能化、高性能瀝青灑布和碎石撒鋪設備，并研究、推廣瀝青碎石封層預防性養(yǎng)護技術；2002年，大量配備使用高性能的灌縫設備和高質量的灌縫材料，每年全省瀝青路面灌縫量平均在200萬延米左右，起到了明顯的預防性養(yǎng)護作用。以德州為例，2004年至2006年路面灌縫數(shù)量年均增加7.9萬延米，而路面挖補數(shù)量年均下降3.6萬平方米，總體上路面養(yǎng)護投資年均節(jié)省109.6萬元；2005年，開始提出全方位多層次預防性養(yǎng)護新理念，并用于指導公路養(yǎng)護工作；目前，用于預防性養(yǎng)護的主要技術有：灌縫貼封、瀝青碎石封層、就地熱修補、稀漿封層、微表處、薄層罩面、復合罩面等。當前第22頁\共有57頁\編于星期三\11點交流提綱2國內(nèi)外發(fā)展概況3現(xiàn)存問題4概述15預防性養(yǎng)護決策技術預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第23頁\共有57頁\編于星期三\11點三、現(xiàn)存問題問題1：缺乏科學的、可量化的決策指標，對路面缺陷的微觀特征刻畫不夠具體。傳統(tǒng)判斷路面的養(yǎng)護需求經(jīng)常使用宏觀性、綜合性路況指標，這難以反映路面細微病害的特點。預防性養(yǎng)護是在路面結構完好，路表沒有或很少有破損的情況下采取的養(yǎng)護措施，該技術恰恰著眼于車轍、裂縫、松散等單一類型的病害，綜合性指標的應用將會嚴重削弱預防性養(yǎng)護技術的針對性和準確性。當前第24頁\共有57頁\編于星期三\11點三、現(xiàn)存問題當前第25頁\共有57頁\編于星期三\11點三、現(xiàn)存問題問題2：最佳養(yǎng)護時機的觸發(fā)值尚未得到預防性養(yǎng)護所謂觸發(fā)值是為了便于與路況實測值或預測值進行比較而設定的限制數(shù)值。當路況實測值或預測值超出限值時，就產(chǎn)生了預防性養(yǎng)護需求，即當路面使用性能衰變到一定程度或低于觸發(fā)值時，就要考慮對其進行某種預防性養(yǎng)護措施，以保全或恢復路面的使用性能。預防性養(yǎng)護措施只有在最佳的時機得到應用，才能取得良好的效益費用比。確定最佳的養(yǎng)護時機不僅要充分掌握原路面使用性能的變化趨勢，還要充分掌握各種預防性養(yǎng)護措施使用性能的變化趨勢。

當前第26頁\共有57頁\編于星期三\11點三、現(xiàn)存問題當前第27頁\共有57頁\編于星期三\11點三、現(xiàn)存問題問題3：對各種預防性養(yǎng)護措施的使用性能掌握仍不夠充分預防性養(yǎng)護材料、工藝日新月異。不同地域間材料、氣候的差異性影響很大。我國地域遼闊，養(yǎng)護技術基礎弱，因此我國研究預防性養(yǎng)護有其特殊性，也有一定的技術難度。當前第28頁\共有57頁\編于星期三\11點交流提綱2國內(nèi)外發(fā)展概況3現(xiàn)存問題4概述15預防性養(yǎng)護工程應用技術預防性養(yǎng)護決策技術當前第29頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術1.預防性養(yǎng)護決策機制當前第30頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術2.評價指標功能性裂縫率松散率行駛質量指數(shù)抗滑性能指數(shù)車轍深度指數(shù)當前第31頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術功能性裂縫率瀝青路面開裂是道路界普遍關心的問題，至今仍然是各國瀝青路面最普遍的損壞現(xiàn)象之一。對于我國高速公路普遍采用半剛性基層瀝青路面結構，難以杜絕裂縫的出現(xiàn)。功能性裂縫率：功能性裂縫面積（包括龜裂、塊狀裂縫等非結構性裂縫的面積）與實測路面面積之比。式中：CR—功能性裂縫率，％；CA—功能性裂縫總面積，m2；A—測試段路面面積，m2；當前第32頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術松散

包括表面老化/氧化、貧油、松散、坑槽修補不良幾種病害，以破損面積占總調(diào)查總面積的百分比計算。

式中：LR—松散率，%；LA—松散面積，m2；A—測試段路面面積，m2；當前第33頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術平整度

路面行駛舒適性、經(jīng)濟性和安全性最重要的標志。由于路面不平整引起的車輛振動，對車輛磨損、燃油消耗、行駛舒適、表面損壞和交通安全等產(chǎn)生直接影響。當前第34頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術路面抗滑

路面抗滑性能是影響行車安全的主要因素，一般采用路面抗滑性能指數(shù)（SRI）作為評價指標。路面抗滑系數(shù)以橫向力系數(shù)SFC表示。

當前第35頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術車轍隨著重載交通的快速增長和渠化作用的加劇，車轍已經(jīng)逐漸成為我國高速公路路面損壞的主要形式之一。根據(jù)對我國部分省市高速公路路面損壞類型的現(xiàn)狀調(diào)查，裂縫占路面損壞的比例經(jīng)常超過60%，其次就是路面車轍損壞，車轍損壞有時會高達30%。當前第36頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術3.非適應性路況判別不適合預養(yǎng)護的公路技術狀況包括以下6項： (1)結構性裂縫：路面有超過10%的中等程度或2%嚴重程度的龜裂；路面的橫向裂縫或縱向裂縫較寬或較嚴重，無法有效填封； (2)修補：路面有嚴重或大量修補，中等、嚴重程度的修補率15%以上； (3)變形：路面瀝青結合料變形，出現(xiàn)大量推移、擁包等現(xiàn)象； (4)車轍：由于瀝青混合料不穩(wěn)定而產(chǎn)生的嚴重車轍； (5)排水：路基路面的排水條件不良，結構內(nèi)部長期積水難以迅速排除 (6)路基：路基強度不足，未能提供足夠的承載力。當前第37頁\共有57頁\編于星期三\11點四、預防性養(yǎng)護決策技術4.預防性養(yǎng)護分析流程設定大中修養(yǎng)護標準；符合要求進入候選路段。根據(jù)資金使用情況和路況水平確定大中修養(yǎng)護計劃，區(qū)分大修和中修的界限是路面結構強度是否足夠。對于大中修路段以外路段的評定，設定預防性養(yǎng)護標準，符合資金和養(yǎng)護時機要求的進入預防性養(yǎng)護計劃剩余路段進入小修和日常保養(yǎng)。當前第38頁\共有57頁\編于星期三\11點交流提綱2國內(nèi)外發(fā)展概況3現(xiàn)存問題4概述15預防性養(yǎng)護決策技術預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第39頁\共有57頁\編于星期三\11點典型養(yǎng)護技術灌縫局部挖補路面銑刨

微表處和稀漿封層

碎石封層

霧封層

熱拌瀝青混凝土罩面

瀝青表層就地熱再生五、預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第40頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術1.灌縫定義：指使用專用的灌縫材料和設備對瀝青路面的縱向裂縫、橫向裂縫進行封閉的施工?？煞譃楣嗫p膠灌縫、普通瀝青灌縫。技術要點：及時性，做到“出現(xiàn)一條，灌封一條”。每年冬季應對路面裂縫進行集中灌縫處理。灌縫施工不得在雨天進行。當前第41頁\共有57頁\編于星期三\11點工程質量要求：（1）灌封材料填充飽滿密實，與原路面平齊。（2）灌縫材料和粘縫帶與路面粘結牢固，無脫開。（3）裂縫處不滲水。開槽清理加熱灌縫五、預防性養(yǎng)護工程應用技術1.灌縫當前第42頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術2.局部挖補定義：指挖除小面積的病害路面，換填新的路面材料的施工，它分為病害路面的挖除和挖除路面的修復兩個工序。路面挖補一般可以使用以下幾種材料：熱拌瀝青混合料。AC-13、AC-16。乳化瀝青常溫混合料。稀漿封層混合料II型、III型。稀釋瀝青常溫混合料。當前第43頁\共有57頁\編于星期三\11點工程質量要求：（1）壓實度不低于95%（試驗室密度）；（2）補必須徹底，開挖外緣應超出病害外緣；（3）修補路面與開挖線周圍路面應保持平整，不低于周圍路面；（4）接縫處不滲水。五、預防性養(yǎng)護工程應用技術技術要點：（1）修補材料與洞壁要有牢固的粘結；（2）修補后的路面與開挖線周圍路面應保持平整；（3）修補材料要經(jīng)受住交通荷載和氣候的考驗。2.局部挖補當前第44頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術3.路面銑刨定義：指使用銑刨機對某一深度范圍內(nèi)路面材料進行層狀切削施工。一般應用于：高等級公路較大面積病害路面的鏟除；高等級公路路面加鋪前降低原路面標高；路面抗滑能力不足時的拉毛處理。當前第45頁\共有57頁\編于星期三\11點工程質量要求：（1）銑刨深度滿足設計銑刨深度±3mm要求；（2）銑刨寬度滿足設計寬度±20mm要求；（3）銑刨面清掃干凈。五、預防性養(yǎng)護工程應用技術技術要點：（1）銑刨深度確定銑刨工藝；（2）分層階梯狀銑刨；（3）分幅銑刨帶有充分的重疊復蓋；（4）確保銑刨機和運載材料的自卸卡車始終順著交通流動方向行駛和工作。3.路面銑刨當前第46頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術4.微表處和稀漿封層定義：采用專用機械設備將聚合物改性乳化瀝青、粗細集料、填料、水和添加劑等按照設計配比拌和成稀漿混合料攤鋪到原路面上，并很快開放交通的具有高抗滑和耐久性能的薄層。一般適用于：原路面基層良好，橫斷面均勻。表面病害包括：中度縱、橫向裂縫，車轍、少量表面不規(guī)則、抗滑能力低、輕到中度松散。當前第47頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術技術要點：（1）施工前，原路面的局部強度不足、重度裂縫、擁包等隆起型病害得到徹底處理。（2）攤鋪設備標定。a.機器第一次使用時；b.機器每年的第一次使用時；c.原材料和配比發(fā)生較大變化時。（3）確保施工用材料與設計時的一致，否則極易出現(xiàn)施工困難和施工質量問題。4.微表處和稀漿封層項目質量要求檢驗頻率方法表觀質量外觀表面平整、密實，均勻，無松散，無花白料，無輪跡，無劃痕全線連續(xù)目測橫向接縫對接，平順每條目測縱向接縫寬度<80mm不平整<6mm全線連續(xù)目測或用尺量3m直尺邊線任一30m長度范圍內(nèi)的水平波動不得超過±50mm全線連續(xù)目測或用尺量抗滑性能擺值Fb(BPN)高速公路、一級公路≥455個點/kmT0964橫向力系數(shù)[注1]高速公路、一級公路≥54全線連續(xù)T0965構造深度TD(mm)高速公路、一級公路≥0.605個點/kmT0961滲水系數(shù)≤10ml/min3個點/kmT0971厚度-10%3個點/km鉆孔或其它有效方法當前第48頁\共有57頁\編于星期三\11點微表處施工施工完成五、預防性養(yǎng)護工程應用技術當前第49頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術5.碎石封層定義：使用同步碎石封層車將接近單一粒徑的集料和符合一定要求的瀝青結合料按照設計撒布率撒布、碾壓得到的薄層。碎石封層主要起防水、防滑、耐磨和改善路表外觀的作用，適用于二級及以下公路瀝青面層的預防性養(yǎng)護，也可用于高等級路面加鋪薄層罩面、磨耗層的應力緩沖層和各種防水層。碎石封層按施工工藝和設備可分為分步碎石封層和同步碎石封層。當前第50頁\共有57頁\編于星期三\11點路面清掃粘結劑、石料灑布膠輪壓路機碾壓五、預防性養(yǎng)護工程應用技術5.同步碎石封層技術要求：（1）高質量的機械設備是成功應用的前提；（2）瀝青灑布和集料撒車必須進行標定；（3）控制集料粉塵含量；（4）及時碾壓，不得使用鋼輪壓路機。工程質量要求：（1）瀝青撒布率應滿足設計值±8%；（2）石料撒布率應滿足設計值±10%；（3）表面平整密實,無松散、油包、油丁、泛油、剝落、封面料明顯散失等缺陷。當前第51頁\共有57頁\編于星期三\11點五、預防性養(yǎng)護工程應用技術6.霧封層定義：將乳化瀝青、改性乳化瀝青以霧狀噴灑在瀝青路面上，封閉路面孔隙，修復路面老化，改善路面外觀的一種瀝青路面養(yǎng)護技術。技術要求：高質量的乳化瀝青撒布車是霧封層成功應用的前提；瀝青灑布和集料撒車必須進行標定。當前第52頁\共有57頁\編于星期三\