半剛性基層瀝青路面主要病害及防治措施

王靜杰

現階段,我國90%以上的高速公路采用的都是半剛性基層瀝青路面。其普及率之高主要是因為半剛性基層有其明顯的優點:強度高、剛度大、整體性和水穩性好、工程造價低、使用壽命長等。但半剛性基層瀝青路面應用至今,其病害形式也越來越多。這也給我國大部分高速公路的維修養護工作帶來了嚴峻的考驗。其主要病害形式有:縱向裂縫、橫向裂縫、雨水沿縫下滲形成的縫邊唧漿、網裂、局部松散、坑槽、泛油等。以下我們將從半剛性基層橫向裂縫、收縮裂縫以及水損害三個方面對其病害進行探討。

1 半剛性基層瀝青路面水損害的破壞機理及防治措施

溶蝕、沖蝕及軟化三種表現形式。溶蝕即滲入到路面內部的水在貯存與排泄運動過程中產生徑流,它不斷將含水介質中的細粒料帶走從而損害路體;沖蝕即在行車振動荷載的頻繁作用下,滲入到路面內部的水由自由水變為高壓力、高流速的承壓水,隨著時間的推移,路面底部材料被沖蝕掏空,路面產生裂縫;軟化破壞表現為:滲入路面內部的水,其中一部分滲入路面基層以下路基加工層,形成含水幾近飽和或局部呈高含水率土層,飽水軟化土體塑性增強,這時下部土體剛度與強度均降低,也容易使路表產生過大的彎沉量,從而使路體產生邊坡滑動、崩塌等突發性災害。

1.1 破壞機理

1.2 主要防治措施

水的浸入破壞是半剛性瀝青路面破壞的主要原因之一,其破壞過程可分為以下五步:瀝青面層疲勞破壞、表面產生疲勞裂縫→路表水下滲積聚于基層、土基中→路面強度下降、急劇破壞→路面產生沉陷、坑槽、龜裂→路面全面破壞。水損壞的機理主要有

1.2.1 合理設計

首先,應對排水進行合理設計,高速公路、一級公路應設路面排水設施,路面排水設施主要由路肩排水和中央分隔帶排水設施所組成。注意當中央分隔帶采用綠化帶時,土的密實度相對不高,由于灌溉以及植物的持水特點,這部分水容易侵蝕到路基內部,對局部路基造成嚴重侵蝕和破壞。建議采用以下的措施來解決這個問題:1)根據土質、路基填土高度、地下水位的高度,做豎向滲井排水;2)路基填土過高,地下水位過深,黏性土地質,做橫向直接排水;3)凹曲線附近,除做橫、豎排外,在每相鄰人井之間做自滲井,排除綠化帶植被飽和水。

其次,路基的處理與設計對公路的建設也是一個很重要的方面,路基土應采用透水性能良好的土體,如砂性土含一定數量的粗顆粒,使路基獲得足夠的內摩擦力,又含一定數量的細顆粒,使之具有一定的粘聚力,不致過分松散。在實際工程中,有可能難以取到理想的材料,這時應注意結合路基材料做好排水設計。

1.2.2 合理選材

瀝青面層各層次盡量采用空隙率小的瀝青混合料。實踐證明:瀝青面層各結構層采用空隙率小于5%的材料時,防止水破壞的效果較好;瀝青面層采用優質瀝青材料和礦料防止瀝青面層產生料質性病害。如瀝青瑪脂碎石混合料(SMA)是一種由瀝青、纖維穩定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙組成一體的瀝青混合料,具有優良的抗車轍性能和抗滑性能。

1.2.3 施工注意事項

首先應加強原材料的質量控制工作,對瀝青而言要控制好其軟化點、延伸度和針入度三大指標;集料要嚴格控制好其耐磨值、強度和級配。其次應加強瀝青混合料材料配比的控制,瀝青混凝土路面的空隙率與瀝青混合料的級配、瀝青的用量以及拌合溫度存在著一定的關系,因此可以從加強瀝青混合料的配合比設計方面來降低空隙率。另外應提高施工壓實的標準,建議瀝青路面的表面層壓實度應不小于98%,中面層或底面層的壓實度以不小于97%為宜。

2 半剛性基層收縮裂縫的影響因素及防治措施

2.1 影響因素

影響半剛性基層收縮裂縫的主要因素有:結合料的種類及劑量、集料、混合料的含水量、基層密實度、水泥延遲時間及養生條件等。水泥穩定碎石基層結合料對收縮裂縫的影響因素主要有:水泥品種、水泥劑量、粉煤灰摻入量。集料是水泥穩定碎石結構的骨架,集料技術性質對水泥穩定碎石的強度、抗裂性有著舉足輕重的影響。水泥穩定碎石基層施工在其他因素不變的情況下,混合料的含水量偏少能夠明顯減少基層收縮裂縫的數量。水泥穩定碎石基層的密實度不僅影響到基層的強度,而且影響到水泥劑量的確定,基層溫縮系數的大小,最終影響到基層收縮裂縫的多少。水泥延遲時間對水泥穩定碎石基層的強度和干密度均產生明顯影響。隨著水泥延遲時間的推移,水泥穩定碎石基層的強度和干密度快速衰減。水泥穩定類基層碾壓成型后的保濕養生對減少收縮裂縫至關重要。

2.2 預防措施

1)采用骨架密實型級配。骨架密實結構是級配最為理想的結構類型,由粗骨料形成骨架、細集料填充其空隙,保證礦料的和易性,骨架的嵌鎖作用增加了水泥穩定粒料的強度,節約了水泥用量。混合料中水泥及細集料的減少有效地降低了水泥穩定碎石基層收縮裂縫的形成。2)控制設計強度。控制水泥穩定碎石基層收縮裂縫的有效措施之一是降低基層的強度并保持基層強度整體均勻性。3)基層中摻加土工合成材料。用纖維、金屬網或玻璃網、土工織物等加固水泥穩定基層。4)水泥穩定基層的預先鋸縫。為了避免基層產生不規則的紊亂裂縫,減少裂縫的破壞作用,在水泥穩定基層上預先鋸出縮縫,因為縮縫降低了約束條件,有利于控制反射裂縫。5)增加半剛性基層的厚度。半剛性基層厚度的增加,一方面,可提高基層整體的抗拉強度,延長裂縫擴展的路徑;另一方面,在其他條件相同的情況下,可使行車荷載在半剛性基層產生的拉應力減小,從而延緩裂縫擴展的速度。6)控制水泥用量。水泥穩定碎石的干縮應力受水泥劑量影響也較大。水泥劑量越大,干縮應力也就越大,裂縫也就越多。經對比試驗證明,水泥用量增加1倍,路面的縮縫增加20倍～25倍。

3 橫向裂縫的形成機理及防治措施

3.1 形成機理

裂縫是瀝青路面最常見的破壞現象,裂縫有橫向裂縫和縱向裂縫兩種。橫向裂縫包括路面材料低溫收縮裂縫、干燥收縮裂縫以及反射裂縫。橫向裂縫,不僅是由于交通荷載作用而引起,大部分是由于水分蒸發引起干縮裂縫和溫度變化而引起的溫縮裂縫。

3.2 防治措施

1)合理選材。大約灰土類集料為 60%,二灰集料為75%,水泥類水泥含量為5%。當水泥含量保持5%～6%時,抗溫縮和抗干縮性能較好;瀝青質量是發生低溫縮裂的關鍵,應選用延度大、耐久性好、抗老化的重交通道路石油瀝青,也可以在瀝青中摻入橡膠粉、樹脂等來提高瀝青材料的抗拉強度,增加抗裂性。2)加鋪應力吸收層。在半剛性基層和瀝青面層之間加鋪一層應力吸收薄膜夾層,這種夾層能吸收或緩沖裂縫尖端的應力集中,對于抑制反射裂縫的產生與擴展有一定的效果,還可以改善面層的抗疲勞性能,而且施工方便,價格便宜,具有良好的發展前景。目前,我國使用的應力吸收薄膜夾層有土工織物、瀝青橡膠、704膠和塑料膜四種,以土工織物和瀝青橡膠為常用。3)合理施工養護。當溫度在0℃～10℃時,在最佳含水量附近,半剛性基層總出現最大的溫縮系數,所以石灰土底基層的施工氣溫應在5℃以上,絕不能在冰凍時施工。施工中含水量太大或初期養護不良,必將導致很大干縮,半剛性基層養護結束后應及時鋪筑瀝青面層或做封閉層。

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