高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象分析及防治

孫建芳

由于瀝青路面具有行車舒適性好、噪聲小;對路基、地基變形或不均勻沉降的適應(yīng)性強;并且瀝青路面修復(fù)速度快,碾壓后即可通車的優(yōu)點,所以大部分高速公路都使用瀝青路面。

但隨著交通量的不斷增長,很多高速公路瀝青路面均呈現(xiàn)出一定的早期破壞,甚至發(fā)生了通車頭幾年就不得不大規(guī)模維修的車轍、開裂、泛油、坑槽等早期損壞現(xiàn)象。

1 我國高速公路瀝青路面的理論基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)形式

從 1984年我國第一條高速公路——沈大路開始,大部分高速公路路面結(jié)構(gòu)形式主要以半剛性基層、瀝青混凝土面層為主:底基層大多采用石灰土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土、水泥砂礫等;基層大多為水泥穩(wěn)定砂礫、水泥穩(wěn)定碎石、石灰粉煤灰碎石、碾壓混凝土等,瀝青面層厚度多為 15cm～18cm,分三層結(jié)構(gòu),下面層為粗粒式,厚 6cm～8cm,中面層為中粒式 AC-20(25),厚 5cm～6cm,表面層差別較大,有 AC-16,AK-13,AK-16,SMA,SAC,SBS,多級嵌擠等結(jié)構(gòu),厚度 4cm～5cm。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性連續(xù)體系理論,以設(shè)計彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計指標(biāo)計算路面結(jié)構(gòu)厚度,并對瀝青混凝土面層和半剛性材料的上基層、下基層進行層底拉應(yīng)力驗算。設(shè)計使用壽命 15年。

2 高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象分類

對我國高速公路瀝青路面發(fā)生的早期破壞類型歸納為:1)水損壞,表現(xiàn)為面層松散、剝落、坑槽等。2)橫向裂縫,這種病害比較普遍,主要由于瀝青面層溫度收縮和半剛性基層的干縮引起;路基壓實度不足也會引起這種病害。3)縱向裂縫,大多發(fā)生在半填半挖路基或路面加寬處,主要由路基的不均勻沉降造成。4)龜裂,其初始形態(tài)是沿輪跡帶出現(xiàn)單條或多條平行縱縫,逐漸在縱縫間出現(xiàn)橫向或斜向連接縫,形成龜裂。主要由路面結(jié)構(gòu)強度不足引起。這種病害在我國早期修建的高速公路上較為普遍。5)車轍,表現(xiàn)為沿行車帶出現(xiàn)橫向高差,主要是由于瀝青混合料級配設(shè)計不合理、穩(wěn)定性差或由于基層及面層施工時壓實度不足,使輪跡帶處的面層和基層材料在行車荷載反復(fù)作用下出現(xiàn)固結(jié)變形和側(cè)向剪切位移引起;另外,重載或超載車輛過多也是產(chǎn)生車轍的重要原因。6)波浪,主要原因是路面組成材料設(shè)計不合理或施工質(zhì)量差,導(dǎo)致路面材料不足以抵抗車輪水平力的作用;在縱坡段,由于高溫的原因也會出現(xiàn)這種病害[5]。7)松散,現(xiàn)在主要出現(xiàn)在水損壞嚴(yán)重的路段上。8)坑槽、龜裂和松散等其他損壞進一步發(fā)展的結(jié)果。9)沉陷,主要原因是路基壓實度不足引起,特別是在一些高填方和壓實困難的半填半挖路段以及構(gòu)造物兩端出現(xiàn)。10)凍脹和翻漿,多發(fā)生在北方和東北地區(qū)挖方或填挖交界的路段,主要是由于路基排水設(shè)計不合理,造成路基含水量過大引起的冬季凍脹春融翻漿。11)剝落,如果瀝青混合料中使用了中性或酸性石料,將會造成集料與瀝青之間的粘附性不足,在行車荷載的作用下,集料從路面剝落,使路面形成麻面,進而可能發(fā)展成為坑槽、松散等病害;施工時混合料離析也是產(chǎn)生剝落的原因之一[5]。12)泛油,瀝青混合料中瀝青含量過多,空隙率較小,高溫穩(wěn)定性差,是產(chǎn)生泛油的主要原因。

3 高速公路瀝青路面破損防治技術(shù)對策

3.1 設(shè)計質(zhì)量控制方法

為了有效地控制設(shè)計質(zhì)量,就必須對設(shè)計進行質(zhì)量跟蹤,定期對設(shè)計文件進行審核。在審查過程中,特別要注意過分設(shè)計和不足設(shè)計兩種極端情況。過分設(shè)計,導(dǎo)致經(jīng)濟性差;不足設(shè)計,存在隱患或功能降低。

3.2 切實做好瀝青路面的防排水設(shè)計

1)中央分隔帶可直接采用表面封閉的中央分隔帶方式,需要植樹時需認(rèn)真做好防水層,鋪筑后應(yīng)先打護欄柱。2)瀝青路面的邊緣需設(shè)置碎石或多孔混凝土縱向滲水溝。3)在基層表面設(shè)置有效的下封層,通常可采用乳化瀝青稀漿封層等方式。4)做好邊溝、邊坡、擋墻的排水設(shè)計。5)保證路表水排水暢通。6)做好路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水。7)做好挖方路段路基滲水、裂隙水排水。8)中央分隔帶應(yīng)盡可能采用封閉的辦法。9)做好封水措施,噴灑透層油和粘層油;適當(dāng)增大路拱橫坡,改善超高路段的排水。

3.3 瀝青混合料的配合比設(shè)計

1)必須嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進行三階段配合比設(shè)計,確定合理的礦料級配和瀝青用量。2)最佳瀝青用量的確定方法按現(xiàn)行規(guī)范的方法執(zhí)行,但應(yīng)按規(guī)范要求作適當(dāng)調(diào)整。3)瀝青混合料的空隙率等體積指標(biāo)統(tǒng)一按修訂后的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的方法執(zhí)行。4)必須按照規(guī)范的要求進行瀝青混合料的配合比設(shè)計檢驗。5)努力推廣應(yīng)用改性瀝青 SMA結(jié)構(gòu),表面層宜采用薄層小粒徑SMA-10瀝青混合料[12]。

3.4 進一步提高瀝青路面施工質(zhì)量

瀝青的選用十分關(guān)鍵,要挑選符合規(guī)范各項要求的瀝青,特別是瀝青針入度,延度指標(biāo)必須嚴(yán)格把關(guān),在北方施工由于近些年的氣候偏暖,因此,瀝青標(biāo)號宜選擇在規(guī)定范圍內(nèi)低標(biāo)號瀝青。此外,透層油、粘層油瀝青應(yīng)采用與瀝青混凝土用同一種瀝青,特別是油石比的選擇應(yīng)考慮粘層油、透層油泛油時對其影響。

3.5 材料選擇

1)采用高質(zhì)量、高粘度、比通常情況針入度較小的重交通道路瀝青,采用改性瀝青,并按照高溫、重載及上坡慢速的條件提高瀝青的高溫性能分級。在特殊的上坡路段,中、下面層也可考慮采用改性瀝青。2)采用棱角性好、堅硬、粗糙、形狀接近立方體、潔凈的粗、細(xì)集料。在可能發(fā)生車轍的路段,控制天然砂用量不超過 10%,但是需要使用部分天然砂以改善施工碾壓性能,加強碾壓密實度;改善集料加工工藝,減小針片狀顆粒含量[9]。3)選擇與瀝青粘附性好的粗細(xì)集料,為此應(yīng)盡可能選擇 SiO2含量低、堿值高、與瀝青粘附性好的集料。4)石屑的質(zhì)量必須符合新修訂的規(guī)范要求,減小含泥量,積極使用機制砂。5)礦粉必須是石灰?guī)r礦粉,不使用酸性石料的石屑,石屑中包含的 0.75mm以下部分如果是酸性石料的磨細(xì)礦粉,是不允許的。6)采用瀝青酸值較小的瀝青及改性瀝青,加強與集料的粘結(jié)。7)大力推廣摻加消石灰作為抗剝落劑。

3.6 施工配合比控制

1)選擇合理的礦料級配,提高集料的嵌擠能力;采用SMA結(jié)構(gòu),長大上坡路段中面層也采用 SMA結(jié)構(gòu)[4]。2)在夏季炎熱、重載交通路段減少瀝青用量。3)按照修訂的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》,采用合理的S型礦料級配,停止采用空隙率偏大的原規(guī)范Ⅱ型級配。4)按照修訂后的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》,采用合理的設(shè)計空隙率,一般情況為 3%～5%,重載交通為 4%～6%[1]。5)統(tǒng)一瀝青混合料體積指標(biāo)的計算方法。應(yīng)采用表干法測定的毛體積相對密度,當(dāng)吸水率大于 2%時采用蠟封法測定的規(guī)定。6)科學(xué)地對待構(gòu)造深度指標(biāo)。7)進行滲水性檢驗,提高泌水性。8)確保浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗兩項水穩(wěn)定性檢驗雙指標(biāo)檢驗合格。

3.7 施工工藝方面

混合料的拌和、攤鋪和壓實兩項工作是路面施工的重要環(huán)節(jié)。攤鋪質(zhì)量不好往往伴隨著裂縫、車轍等病害的發(fā)生。攤鋪過程中除嚴(yán)格按《規(guī)范》要求施工外,還應(yīng)著重控制攤鋪溫度、供料速度與前進速度相協(xié)調(diào),防止大料滾動離析等環(huán)節(jié)。

3.8 路基施工缺陷影響

路基軟土地基不穩(wěn)定、地基換填或擠淤處理不徹底、路基填筑壓實度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均勻沉降等都會導(dǎo)致路面的早期破壞。

3.9 加強預(yù)防性養(yǎng)護,延長大修年限

1)特別要重視瀝青路面的日常維修養(yǎng)護,一旦出現(xiàn)裂縫,立即安排擴縫、灌縫、封縫。2)小的病害盡可能利用夜間完成施工。3)如果發(fā)現(xiàn)路面滲水,盡快安排鋪設(shè)微表處,將表面滲水封住。4)給養(yǎng)護單位足夠的小修經(jīng)費,擴大維修保養(yǎng)自主權(quán),加快小修進度。5)理順維修體制,努力完善目前的維修計劃、審批、經(jīng)費撥款等制度,加大管理單位的自主權(quán),避免因瀝青路面的維修計劃申報、審批周期過長,延誤維修工作最佳時機。6)在重載交通、車況差的情況下,應(yīng)綜合治理超限超載車輛;合理控制重載車行駛時間,嚴(yán)禁高溫時段有重載車通行;強化高速公路的低速限制,車速不低于 50km/h;輪胎灑水降溫。7)采用熱拌瀝青混合料或者冷補材料及時補坑。8)采取專門的施工機械進行擴縫、清縫、補縫、灌縫的作業(yè)。由于縫太細(xì)的不好灌,有時需要適當(dāng)擴縫。

[1] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 沈金安.關(guān)于瀝青混合料的均勻性和離析問題[J].公路交通科技,2001(12):111.

[3] European Long-Live Asphalt Pavements:Delivering What the Asphalt Pavement Alliance[Z].2004:263.

[4] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及防護[M].北京:人民交通出版社,2001:134.

[5] 韓以謙.如何防止高速公路瀝青路面面層施工中的離析[J].公路,2000(10):28-29.

[6] 黃曉明.瀝青與瀝青混合料[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001:58.

[7] 同濟大學(xué)道路與交通工程研究所.半剛性基層瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1991:182.

[8] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001:92.

[9] 林繡賢.柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[M].北京:人民交通出版社,1988:56.

[10] 同濟大學(xué).瀝青路面多指標(biāo)設(shè)計體系研究報告[R].2003:123.

[11] 山東省公路局,山東省交通科研所.瀝青混凝土路面抗滑磨耗層的研究報告[R].2000:26.

[12] 江蘇省交通科學(xué)研究院.瀝青混合料新設(shè)計方法的引進與開發(fā)研究[Z].2000:85.

[13] 黃 沙.碎石過渡層結(jié)構(gòu)半剛性基層瀝青路面參數(shù)的研究[J].廣西交通科技,2002(8):106.