淺析影響瀝青混凝土路面壽命的原因

高科福 王 欣

據有關資料統計,目前國內瀝青混凝土路面使用壽命較長的為8年～12年,普遍使用壽命為5年～8年,有的甚至2年～3年就需要整體翻修改造,大多數都達不到設計使用年限的要求。瀝青路面使用壽命減短,主要是瀝青混凝土路面較早地出現了病害或破壞。

1)雨季或春融季節瀝青混凝土路面出現坑槽,即水損害破壞。南方冬春季節雨水較多,滲入路基的水未及時排出,在行車作用下形成高壓水沖刷或形成凍融性破壞。2)夏季高溫期在重載車作用下瀝青混凝土路面形成嚴重的壅包、沉陷、車轍,平整度嚴重下降(尤其在行車道更明顯)。3)冬季瀝青混凝土路面的橫向開裂,包括溫縮裂縫及半剛性基層開裂引起的反射縫,同時水從裂縫中進入基層,引起承載能力下降的破壞,逐漸引發瀝青混凝土路面出現龜裂、唧泥。

瀝青路面早期破損,使用壽命達不到設計年限,不僅使行車變得艱難,經濟效益大大降低,社會上的負面影響也是不可低估的。

1 特殊地質路段設計問題

不同地質條件下的路基處理設計不合理,會導致路基產生裂縫、不均勻沉降、強度不足、沉陷等問題。一般來說,對比較特殊的地區,設計都會考慮進行特殊的處理。如軟基路段、沼澤路段、鹽漬土路段、多年冷土路段、巖溶路段等等。但這種分段設計處理并不總是很合理和細致的。例如,路基設計時本應根據地下水位、基底潮濕情況及填筑高度,分段劃分路基干濕類型,段落最小長度應符合規范要求。對于處于潮濕路段和基底過濕土,必須采取措施,如換土、摻灰(石灰、水泥)、鋪設土工材料,并在基底設置一層透水材料的隔水層,以隔絕地下水,增強基底土強度。隔水層材料應具有一定的級配,其粒徑應作嚴格的控制。對于挖方或零填挖方達到要求有困難的地段,在設計時也應采取相應措施。但在路基設計文件上很少看到這樣細致的設計方案。例如,某高速公路一段淺挖方地段,其地表50 cm下面就是強風化紅色泥巖,長度只有50多米。晴天時這種紅色泥巖強度很高,用風鎬、爆破均難以處理,但一遇水則迅速風化,軟如豆腐。設計文件中根本未考慮到換填處理問題,承包商在施工過程中僅僅用一層25 cm厚的宕渣找平層,當時路床交驗彎沉值檢測也是合格的。但由于該段泥巖未換填處理,地表水位較高(開挖中央分隔帶溝槽時就發現有水)、邊溝設計又淺(溝底與路床頂面基本平齊),幾種因素共同作用,結果該段路面通車不到一年就出現嚴重的翻漿、龜裂、沉陷。

因此,要求設計單位對地質和水文條件復雜的或已產生嚴重路基病害的路段,應單獨進行設計,確定各項處理措施的平縱橫位置、排水方向、構造、出入口、縱坡等。

2 結構層設計問題

2.1 底基層、基層摻灰劑量設計不合理

摻灰劑量設計有的直接采用試驗室數據,有的憑經驗。如“水泥穩定碎石中的水泥用量不宜超過6%,二灰碎石中的二灰含量不宜超過20%”的經驗數據,就有很大的設計取舍空間。摻灰劑量的正確選定,直接影響到底基層、基層的強度,劑量過高會出現反射裂縫且不經濟,劑量過低會導致強度不足產生開裂。

半剛性基層產生的干縮與溫縮裂縫,是路面早期破損至關重要的因素。有關資料研究認為半剛性基層產生裂縫是不可避免的,如何在設計上減少反射裂縫的影響,目前只有非常少量的高速公路在設計中考慮簡單地采用長絲燒毛土工布處理基層施工養護期間出現的較寬的裂縫(2 mm以上)。但這也僅僅是一種治標不治本的應急設計技術。

目前國內有關部門正在進行一些柔性形式的基層、底基層的結構試驗研究,設法在設計上根本消除反射裂縫對瀝青使用壽命的影響。

2.2 結構層厚度設計不盡合理

結構層厚度設計的依據是設計年限內的累計當量軸次,并沒有區分不同車道的不同交通量。實際上,行車道與超車道所通行的交通量是有很大區別的,且行車道往往承受絕大部分的超載超限運輸車輛,也就難怪行車道總是率先損壞率先整修。在此,筆者提出結構層厚度分車道設計更符合實際,施工起來也并不困難。

2.3 瀝青混凝土路面面層設計不合理可能誘發的病害

高速公路瀝青混凝土路面面層一般設計有三層:底面層、中面層和表面層。從我國目前高等級公路瀝青路面來看,主要有以下四種結構形式:1)傳統的瀝青混凝土面層(AC);2)多碎石瀝青混凝土面層(SAC);3)瀝青瑪脂碎石混合料面層(SMA);4)SUPPERPAVE路面結構。

就目前運用較多的傳統瀝青混凝土面層(AC)結構,它在設計上還存在很多不合理的地方:1)各結構層的礦料級配范圍設計不合理。設計單位一般按規范或自己的經驗“閉門造車”給出一個幾乎通用的“礦料級配及瀝青用量范圍”,并沒有根據施工時所采用的粗細骨料,針對不同路段環境條件,水文地質情況及不同的材料性質,給出一個相應材料組成設計。2)面層厚度設計不合理。國內高速公路瀝青混凝土面層設計厚度一般在15 cm～18 cm左右,很少有厚度超過20 cm的。而國外一般采用20 cm～30 cm,有的國家瀝青混凝土面層設計厚度甚至已經達到50 cm。在我國決定面層厚度的因素不是設計人員的計算,而是取決于工程預算造價?！皬娀∶妗钡脑O計理念是我國經濟基礎薄弱的突出體現,在國內外的實踐中已受到了嚴峻的挑戰。

較少的裂縫,較輕的車轍,良好的平整度,較強的抗滑能力及經久耐用,是高等級公路對瀝青面層的基本要求。能否達到這些使用要求,則與面層所使用的瀝青材料,瀝青混合料的類型和性質以及瀝青面層的厚度有較大的關系。在實際工程中應根據當地的交通狀況、氣候條件、降雨量、材料情況、施工工藝、經濟造價等因素選擇合適的瀝青面層類型。在這一“理論聯系實際”方面,設計單位確實做得很少。

3 排水設計問題

排水設計不合理是造成路面水損害的主要原因之一。排水系統設計不合理,筆者認為主要有兩個方面:

1)通常的瀝青混凝土路面三層結構之間,都沒有考慮設計排水結構層,只是希望在上面層和中面層之間排出水的,通過路肩上設置的碎石盲溝排出。事實上,由上面層滲入的水,絕大部分無法從碎石盲溝排出,而是長期滯留在路面中(天晴后數日,仍可看到在車輪的作用下,從路面縫中冒出水)或通過中、下面層空隙以及裂縫滲到中、下面層,甚至深入到基層內。在車輪荷載作用下,部分路面水變成有壓水,形成沖刷;在冬季,滲入的路面水發生凍脹,損壞路面。

對于這種情況,普遍采用的是增大上面層的密實度、平整度,提高路拱,使表面水能迅速排出路外,不積水。另一種措施是增大上面層的孔隙率,通過表面和結構層共同排水。

2)中央分隔帶的排水設計也存在諸多的問題。目前常見的高速公路中央分隔帶排水設計主要可歸納為兩種形式:一種設在中央分隔帶溝槽的最底部,一種設在中央分隔帶溝槽中部側面。

這種排水設計,缺陷有兩方面:a.于基層施工有加寬值,滲溝定位不準確,縱向滲溝很容易埋沒在基層下面,影響排水。b.鋪在滲溝上的土工布不可避免地被防撞護欄的立柱打破,造成雨水下滲到中央溝槽的底部,這些水就無處可以排出,日久對路基造成損害。

因此,中央分隔帶的積水宜盡量采用縱向排水,并確保定位準確。像南方溝渠較多,可充分利用橋涵、通道等設施,將分隔帶的積水及時縱向排出。橫向排水會因排水管的質量、埋置深度、安裝質量等因素給路面留下無窮的隱患。

4 結語

影響瀝青混凝土路面使用壽命的原因很復雜,不能簡單地歸結為某一種原因,因為每條路的具體情況不一樣。有個別的原因,也有共性的原因,歸結起來大概有設計、施工、監理、養護與管理等方面的問題。以上是筆者就設計方面提出的一些意見,供同行參考。

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