风积沙路基公路设计、施工与防沙-示范主体工程评价分析

6.2.3.1 沙漠公路压实度控制

压实度是路基施工质量的重要指标，在施工过程中对压实度进行了检查（图6-21），数据见表6-27。

图6-21 阿和沙漠公路压实度检测

表6-27 各测点压实度

从施工过程样本抽检数据看，阿和沙漠公路压实度控制较好，计算出压实度代表值为96.8，合格率100%，且标准差较小，为2.06，说明路基施工质量较好。

6.2.3.2 沥青路面质量控制

沥青路面的压实度、厚度是反映路面质量的主要指标。如压实不足将造成沥青路面车辙、松散、网裂等病害。阿和沙漠公路沥青路面厚度及压实度检测结果见图6-22、图6-23。

图6-22 阿和沙漠公路沥青路面厚度检测结果

图6-23 阿和沙漠公路沥青路面压实度检测结果

按照《公路路基路面现场测试规程》，计算出全线沥青路面的压实度代表值为97.7%，大于规范要求的94%，压实度合格率97.8%，标准差1.742，说明面层总体上压实工艺控制到位，施工质量较好。计算出全线沥青路面厚度平均值46.95 mm，合格率98%，标准差5.56 mm，说明全线路面厚度满足设计要求，合格率较高，但标准差较大，说明路面厚度控制不是很均匀。

路面压实度、厚度对路面破损有着直接的影响。对照路面破损状况调查，路面破损状况与沥青面层压实度、厚度的变化曲线的规律是基本一致的。即压实度总体水平高，压实度、厚度离散性较小的地段中纵、横向裂缝、网裂、坑槽和修补的每公里数量远小于压实度、厚度偏低，且离散性较大的地段。

6.2.3.3 路面结构功能评价

1）交通量评价

该公路是按重交通二级公路设计的。汽车是道路服务的主要对象，车辆荷载是路面结构遭受破坏的主要因素，也是路面结构设计的重要参数之一。因而交通量的大小、组成特别是超载情况对研究路面早期破坏都有重要的意义。交通量的调查由阿和沙漠公路收费站提供。车型划分根据收费公路车辆通行费车型分类，见表6-28。阿和沙漠公路收费站提供的交通量数据见表6-29、图6-24、图6-25。

分析阿和沙漠公路交通量调查统计结果，一类车所占比例最大、为38.35%，二类车所占比重最小、仅为3.85%，五类车和三类车所占比重较为接近，从而体现出阿和沙漠公路运营主要以长途客运和货运为主。

表6-28 收费公路车辆通行费车型分类

注：1英尺＝0.304 8 m。

表6 29 2009年阿和沙漠公路交通量统计

图6-24 2009年3—11月阿和沙漠公路月平均交通量分布

图6-25 2009年3—11月阿和沙漠公路月平均交通量车型比重

为了计算累计标准轴载，需对获得的交通资料进行重新分类。根据车辆收费分类标准，对每类车给出了代表车型，见表6-30。

表6-30 代表车型

日交通量换算资料组成见表6-31。

表6-31 日交通量换算资料

经标准轴载换算，2009年的标准轴数约为365×161＝5.876 5万次，根据年增长系数，可推算出2007—2009年（两年）标准轴载累计当量作用次数约为11.694 8万次，从2007年10月通车至2009年底，该路共承受标准轴载（100 k N）累计轴次为11.694 8万次，每个车道所承受的标准轴载累计轴次为5.847 4万次。

从表6-31可知，车辆超载100%时，其作用轴次为标准轴载时的20.4倍；车辆超载200%时，其作用轴次为标准轴载时的119倍。可见，汽车超载时，特别是大于100 k N以后，其轴重对沥青路面结构的损坏极为严重，其累计标准轴载明显增加，使路面使用性能与服务水平大大降低。

由上面的分析可知，按收费站提供的交通量资料所得到的累计标准轴载作用次数远小于实际的累计标准轴次。为得到符合实际的交通量，必须对上面计算的标准轴次进行修正，根据实际调查的车辆超载情况。结合过去的经验，车辆超载修正系数取为1.6，因此可以认为从2007年至2009年累计作用标准轴次为18.711 7万次。轴载计算的车辆类型主要是现行交通量中对路面损坏影响较为严重、轴型轴重变化范围较大的中型、重型和特重型车辆。特别应该强调的是，占交通量38.35%的一类车辆对沥青路面的表面特性肯定是有影响的，但在计算时没有考虑。

2）路面结构承载力评价

结构承载能力一般通过路段代表弯沉与设计弯沉的关系变化来进行评价。路段代表弯沉应采用自动弯沉检测车进行测量，各测点间的间距通常为10 m。通过各测点的平均值加2倍的标准差，计算出路段的代表弯沉值。

但是仅有弯沉值数据是不够的，它不足以表述路面各结构层的强度情况。为进一步了解路面各结构层的情况，又进行了分层回弹模量测定。回弹模量是表征路面材料形变特性的强度参数，随着路面荷载的不断累积，路面材料的模量和强度逐步下降。对于沙漠路来讲，路面结构层的作用，除了改善道路行驶质量外，主要是扩散车轮荷载，减少传给沙基的应力值，防止因沙基出现过量变形而促使路面结构损坏，而沙基受应力累积作用所产生的变形，可以通过沙基的回弹模量来表征。用测定的沙基回弹模量和设计的沙基回弹模量做比较，可以看出路面结构是否疲劳破坏。因此，通过结合模量、弯沉两个参数的测定，更能反映路面结构的实际状况。

（1）路面弯沉。沥青路面强度采用强度系数作为评价指标。路面强度系数（SSI）按下式计算：

SSI＝路面容许弯沉值／路段代表弯沉值

沙漠公路设计累计当量标准轴载为56万次，按照《公路柔性路面设计规范》中的容许弯沉计算公式，得到沙漠公路的容许弯沉为0.83 mm：

式中 A C——公路等级系数，这里取1.1；

A S——面层类型系数，这里取1.0；

N e——设计年限内一个车道上的累计当量轴次，这里取56万轴次。

按照《公路路基路面现场测试规程》，由下式算得各调查路段的代表弯沉值：

式中 L——弯沉值；

L－——评定路段各测点的弯沉平均值；

Z a——与保证率有关的系数，这里取1.645；

S——评定路段全部测点弯沉的标准差。

在算出路段代表弯沉值后，依据《公路养护技术规范》中规定的路面强度评价标准，计算路面强度系数（SSI）并评价各路段的路面质量。2007年、2009年路面强度系数变化详见图6-26。

图6-26 路面强度系数变化情况

路面弯沉是路面结构强度的重要参数，它不仅能反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且其值大小和路面的使用状态存在一定的内在关系。通过代表弯沉值和设计容许弯沉值的比较，还可大致判断路面的强度储备，预估路面的剩余寿命。

对比2007年、2009年两次弯沉值的检测数据，两次弯沉检测结果的相关性较好。全线弯沉合格。分析原因，一方面说明开放交通后，行车碾压对路面强度逐步增加有一定作用；另一方面说明路线基本沿和田河布设，季节性地下水位的变化对弯沉的变化还是有一定的影响，2007年检测是在弯沉检测的不利季节11月，而2009年检测是在弯沉检测的有利季节7月。

从路面强度系数变化曲线看，全线2007年路面强度系数为1.42，2009年路面强度系数为1.53，增加了11%，说明沙漠公路强度储备较多，且在增加，施工质量较好，分析原因同上。K325～K425段路面强度系数平均值为1.68，且无衰减，相对全线路面强度较高，施工质量控制较好。但K16～K30段路面强度系数为1.33，相对全线路面强度较低，从路面破损情况看，裂缝、破损较多，路面施工质量控制一般。

（2）回弹模量。回弹模量是表征路面材料变形特性的强度参数。在开放交通2年后，进行了19个测点位置回弹模量的测定，其中面层19个点、基层19个点。表6-32、表6-33为各层回弹模量的试验数据。

表6-33 基层各测点回弹模量值汇总

表6-32 面层各测点回弹模量值汇总

（续表）

通过表6-32、表6-33看出，路面、路基的回弹模量都较高，表明沙漠路基层在大部分路段并未疲劳破坏，路面结构强度尚足。

6.2.3.4 路面使用功能评价

1）路面破损情况

根据沙漠公路路面破损调查结果，阿和沙漠公路上发现的破损形式有横向裂缝、纵向裂缝、网裂、推移等，其中裂缝类破损比较普遍，而且有些路段裂缝类破损相对比较严重，其中又以横向裂缝居多，比如K34～K35、K408以后的路段，其他几种类型的破损相比则不太严重。

（1）横向裂缝分析。阿和沙漠公路路面的横向裂缝很普遍，基本上遍布于全路段，其中近1／2的横向裂缝都贯通于路面表面，有的延展到路中与纵向裂缝交汇后在交汇处形成局部的网裂。其中在K34、K408等路段横向开裂比较多。

根据横向裂缝调查结果，贯穿面层表面的横向裂缝的间距最小的6 m，最大的有30 m，大部分的横向裂缝等间距分布在10～20 m，由此可以判断横向裂缝主要是沥青面层的温缩裂缝。造成温缩裂缝的原因和沙漠公路的温差较大有关，另外，由于在施工时透层油洒布不规范，也加剧了温缩裂缝的生成。由于温缩裂缝为非荷载型裂缝，对路面结构的强度影响不大，但对路面的表观有一定的影响。图6-27为沙漠公路上的横向裂缝。

图6-27 阿和沙漠公路横向裂缝图

（2）纵向裂缝分析。实际调查发现，阿和沙漠公路上的纵向裂缝主要有两种形式：一种是通行车辆在行驶过程中轮胎爆裂后得不到及时维修，导致轮毂侧沿直接剪切破坏路面产生的纵向开裂，另一种是由于疲劳破坏产生的开裂，在路表很容易判断区分这两种不同类型的纵向裂缝，由轮毂压裂的裂缝特点是长且直，最长的纵向裂缝长度可达数十公里之多，在路面表面有明显的轮毂印迹。

由于阿和沙漠公路上的车辆行驶速度高，加上阿和沙漠公路所处的地区年平均气温较高，因此车辆在高速行驶过程中极易爆胎，爆胎后驾驶员难以觉察，导致轮毂继续碾压路面，或者由于阿和沙漠公路沿线无修车点，在屡次爆胎后，无法进行维修处理，也只好继续行驶，从而造成塔里木石油沙漠公路全线普遍产生了路表轧断型纵向裂缝。这种裂缝有的已经贯通沥青面层，有的尚未贯通，但在不利季节比如气温突然下降或冬季时，裂缝会进一步发展，最终贯通沥青面层。

在所见的疲劳裂缝中，相当一部分是由于轮毂轧裂（或压伤）路面后，致使路面承载能力下降，在荷载重复作用下，纵向裂缝逐渐扩展，在缝的两侧形成纵裂和局部网裂。还有一部分是基层施工过程中的缺陷造成整体承载能力不足而引起的荷载型裂缝。由于施工期间采用半幅施工，施工缝加剧了纵向裂缝的生成，导致路面表面形成纵裂。图6-28为轮毂轧裂造成的纵向开裂。

图6-28 阿和沙漠公路纵向裂缝

（3）网裂分析。在沙漠公路调查时发现，沙漠公路上的网裂也有两种形式：一种是由于路面结构强度不足引起的局部网裂，另一种是在纵向裂缝和横向裂缝交汇处出现的网裂。后者较破碎，而且有一定的沉陷，可以判断为荷载型网裂。由横向裂缝和纵向裂缝交汇后形成的网裂比较普遍，而纵向裂缝基本上都是轮毂轧裂的，这种网裂没有沉陷，可以判断不是荷载型网裂，在K34段较多。

形成网状裂缝的原因不完全是荷载作用的结果，有的是温度和荷载两方面共同作用的结果，因此上述前一种网裂属于结构性损坏，后一种网裂初期属于表面损坏。图6-29为典型的网裂图。

图6-29 阿和沙漠公路网裂

图6-30 阿和沙漠公路路面推移发育块

（4）推移现象分析。在阿和沙漠公路上，一些路段有离析的现象，在路面表面出现了推移的痕迹，各段落均不同程度发生了推移现象（图6-30）。

形成推移的原因主要是沥青面层与基层之间粘结不好，这与施工中透层油铺洒不均匀、路基含沙量大有直接原因，在重车车辆的水平力作用下产生了沥青面层的推挤，这种推移形成典型的纵向月牙形裂缝和变形。这种局部推移多发生在坡道、弯曲线拐弯处或易引起驾驶员频繁刹车路段。阿和沙漠公路的面层设计厚度为4 cm，沙漠公路上通行的车辆中常常有轴载大的油田特种车辆和荷载较大运输物资的货车，当气温较高时，如果急刹车，重车车辆轮胎作用于路面的水平力如超过了面层的粘结力，则会产生推移现象，如果层间粘结条件好，则可以减少推移的产生。由于透层油铺洒不均匀、路基含沙量大等多种因素的作用，产生面层推移是不可避免的，这也说明洒透油层是非常重要的。要减少这种现象的产生，应提醒驾驶员不要急刹车，尤其是在气温较高的时候。

（5）路面破损分析。从阿和沙漠公路路面破损调查结果来看，总体上路面破损并不严重。路面实际情况良好，即K34～K35、K408路面破损情况较多，主要为横向裂缝，纵缝多为轧断型裂缝，网裂、修补、推移面积相对很少。实际上，由于沙漠公路的交通量小，重车比例不大，渠化交通不明显，同时沙漠地区干旱少雨，路面破损后很少因为雨水进入基层而加速路面结构的破坏，所以沙漠公路的路面破坏并不严重，至于部分路段出现较多裂痕，主要有以下三方面原因：

①沙漠公路为边施工边通车，其北段比南段先修筑，北段的沙漠公路在施工养护时间短的情况下承受荷载作用时间长一些；

②由于施工原因，部分路段透层油铺洒不均匀，路基中含沙量较大，黏合不好，由于温度等因素作用，产生裂痕；

③人为的损坏，如大多数纵向裂痕是因为车胎破裂造成轮毂直接与路面的碾压作用。

2）平整度

路面行驶质量同路面的平整度、车辆的动态响应以及乘客对舒适性的要求和对颠簸的接受能力有关。行驶质量通常采用汇总众多乘客的主观评价意见计算出评分值。将各路段的评分值与各路段实测的平整度指标通过回归分析建立路面性能评价主观评分同客观测量的相互关系。因此，可以根据路面平整度的客观测量结果得到对路面行驶质量的统一评价。

路面表面平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能，当道路表面不平整时会增加行车阻力，并且使车辆产生附加的震动作用。这种振动作用会造成行车颠簸，影响行车的速度和安全、驾驶的平稳和乘客的舒适。同时，振动作用还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和汽车机件的损坏及轮胎的磨损，并增大油料的消耗。而且，不平整的路面还会积滞雨水，加速路面的破坏。因此，为了减少振动冲击力，提高行车速度和增进行车的舒适性、安全性，路面应保持一定的平整度。

路面平整度的计算按照《公路养护技术规范》，以下式计算了调查路段的平整度代表值IRI代表：

式中 IRI代表——激光断面仪测定值的单边上波动界限；

IRI实测——激光断面仪测定值的平均值；

S——激光断面仪测定值的标准差。

从2007年、2009年两次平整度检测数据看，全线平整度几乎未衰减，且两次检测数据的相关性较好（图6-31）。全线只有K250～K270段落平整度稍有衰减。对照其他相关指标看，路面整体强度较高是平整度未衰变的主要因素。

图6-31 阿和沙漠公路路面平整度衰变图

3）车辙

路面平整度的计算按照《公路养护技术规范》，以下式计算了检测调查路段的车辙代表值：

式中 L代表——激光断面仪测定值的单边上波动界限；

L－实测——激光断面仪测定值的平均值；

S——激光断面仪测定值的标准差。

从车辙的两次检测数据看，车辙衰变规律的相关性较好（图6-32）。经过两年的通车使用，阿和沙漠公路的车辙依然较小，2009年车辙代表值相对2007年仅增加了1.39 mm，全线合格率仍较高。但局部路段，如K11～K12段车辙代表值由2007年的11.93 mm增加到2009年的25.82 mm，车辙衰减3倍以上的段落有K251～K254。

图6-32 阿和沙漠公路路面车辙衰变图

4）抗滑性能

对于路面安全性能的评价一般只考虑抗滑能力。然而影响路面安全性能的实际包括以下几个方面：抗滑能力、车辙（因为车辙可以造成路面积水，使得汽车有发生水上漂移的危险）、路面的反光、车道分界、外来障碍物。影响路面抗滑能力的因素包括路面特性（粗构造、细构造）、油和水对路面的污染、车辆参数（主要是轮胎）和驾驶因素（行车速度）等。路表面的细构造是指集料表面的粗糙度，它随车轮的反复磨耗作用而逐渐磨光，通常用石料磨光值（PSV）表征其抗磨光的性能。路表的细构造在低速行车（30～50 km／h）时，对路表的抗滑能力起决定作用；而高速行车时起主要作用的是粗构造。粗构造是由路表外露集料构成的，功能是使路表水迅速排除，以免形成水膜。粗构造由构造深度表征。

路面的抗滑性是判断道路安全与否的一个重要指标。抗滑性好坏的判定可以测定路面构造深度或测定摩擦系数为依据。

从测试结果（表6-34）来看，阿和沙漠公路路面形式质量较好，基本能满足公路运营的要求。

表6-34 各评定路段抗滑值统计

6.2.3.5 阿和沙漠公路示范效果评价分析

综合路面破损调查、路面弯沉调查和回弹模量测定、路面平整度调查等几方面来看，沙漠公路在K34～K35路段内，表面破损较严重，主要是路表横向开裂，轮毂轧断型纵裂，但路面结构的强度仍有一定的储备，路面仍有较高的承载能力。回弹模量测定结果表明砂基的强度稳定，没有明显的衰减，也说明路面结构没有发生结构性破坏，因此，对此段的养护可以采用局部重点维修与一般养护相结合的方法。

路面强度上被测路段的路面强度均符合要求。

根据各被测路段回弹模量列表，可看出各级回弹模量均高出设计要求。因此看出沙基的设计模量值取值偏于安全，这也表明该沙漠路基层在所有被检测路段上并未发现疲劳破坏，路面结构强度足。

但是，单从路面平整度来看，检测路段的平整度代表值尚可，在今后的路面养护中需注意，避免因构造深度过大，引起沥青松散剥落、麻面甚至坑槽现象，对行驶舒适度和交通安全产生负面作用。

从沙漠公路的交通流量组成来看，由于沙漠公路的交通量小，渠化交通不明显，路面在短时间内将不至于出现由于荷载重复作用导致的疲劳破坏，沙漠公路中现有的一些疲劳开裂主要是由于车辆高速行驶过程中轮胎爆破后轮毂轧裂的，其次是由于施工缺陷造成的局部疲劳损坏，因此应加强对通行车辆的管理，尽量避免这种现象的进一步发生。

总体来看，沙漠公路的路面破坏并不严重，部分路段出现裂缝，这与施工工艺、取材等诸多因素有关，由于沙漠地区干燥少雨，很少发生由于降雨而加速基层破坏的现象，因此这些表面开裂和破损对路面破坏过程没有明显的影响，只是对路面的使用功能和路面表观有一定的影响。