城市加鋪瀝青路面常見病害及處治措施探討

劉杰 張浩

0 引言

近年來,出于城市發展及交通舒適的需求,政府加大基礎設施投資力度,著力改善交通環境,改建和擴建了大量的城市道路,其中多數使用了加鋪的瀝青混凝土路面,特別在水泥混凝土路面較多的南方城市尤為普遍。由于瀝青混凝土路面具有表面平整、行車舒適、耐磨、噪聲小、施工周期短、養護維修簡便等特點,已被越來越多地應用到各種等級的公路建設中,但隨之而來的瀝青混凝土路面早期破損現象也成為經常困擾公路管理部門的難題。與此同時,瀝青道路的建設也不可避免地存在一些問題,必須引起重視,其中主要是重交通條件下的瀝青路面的病害問題。路面病害的出現,不僅影響道路的行車舒適度,而且降低了交通行車效率,甚至會帶來較大的交通安全隱患,造成嚴重的經濟損失和不良的社會影響。

因此急需對路面病害與防治措施進行研究,采取有效措施,科學防治路面病害,提升公路服務質量,構建暢通、快捷、安全、舒適的公路交通條件。

1 城市道路加鋪瀝青路面常見病害及成因

城市道路加鋪瀝青路面早期病害嚴重影響了路面使用的安全舒適性,對瀝青路面的使用壽命也是不利的。城市道路加鋪瀝青路面常見病害可以分為三類:裂縫類病害、變形類病害和松散類病害[3,4]。

1.1 裂縫類病害成因

裂縫是路面早期破壞最常見的病害之一,裂縫類病害包括縱向裂縫、橫向裂縫、網裂和龜裂,它的危害在于從裂縫中不斷進入的水分使基層甚至路基軟化,導致路面承載力下降,加速路面破壞。主要有以下三種:

1)縱向裂縫:縱向裂縫往往集中在原水泥混凝土路面板交接處,一方面由于老路基的不協調變形引起較大的彎拉應力從而造成縱向開裂;另一方面由于舊路面板的縱縫或初始缺陷處治不合理,在交通荷載和溫度應力的作用下逐漸形成反射裂縫。

2)橫向裂縫:橫向裂縫是指由于路面結構的收縮或不均勻沉降或其他原因所形成的與路面中線近于垂直的裂縫。其成因主要有:基層材料收縮和溫縮引起橫向裂縫、瀝青混凝土面層材料的溫縮引起的裂縫、差異沉降引起的橫向裂縫和基層的缺陷引起的反射裂縫。

3)網裂和龜裂:網裂和龜裂是橫裂和縱裂出現后未經處理進一步發展的結果。網裂和龜裂主要是由于路面的整體強度不足,瀝青面層老化等引起的。

1.2 變形類病害成因

變形類病害包括車轍、推移和沉陷等。車轍是由于路面本身抗剪切不足造成的,而推移和壅包是由于界面抗剪不足造成的,也可能是鋪裝層與混凝土路面粘結力不足造成的,需區別對待。其中車轍是變形類中主要的病害。在一些紅綠燈路口、公交站及路面由寬變窄的地方出現了大量的車轍,變形類病害降低了路面平整度,影響行車的舒適性,也有可能形成路面局部積水,極易發生汽車飄滑而導致交通事故。

1)車轍:車轍是路面結構層及土基在行車荷載重復作用下的補充壓實,以及結構層材料的側向位移產生永久性變形積累形成的帶狀凹槽。車轍形成的主要原因如下:a.城市行車特點。車輛按規定正常在行車道行駛,交通渠化現象非常突出,隨著車輛荷載作用次數增加,行車道車輛輪跡處進一步壓實并逐漸形成不同程度的車槽。同時城市路面的大交通量以及夜間的重載車也是重要因素。而且城市路面行車具有緩慢,減速及加速頻率高,啟動及剎車次數多等特點,無疑也加劇了車轍的產生。b.基層施工質量差。因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養生不當導致基層整體強度不足,由于荷載作用超過路面基層的強度,使得路表變形過大而形成轍槽。c.晝夜溫差大以及瀝青面層高溫穩定性差。由于瀝青混合料是一種粘彈性材料,如瀝青、礦料的選材不當或混合料組成不當會導致瀝青混合料的高溫穩定性差、抗塑性變形能力低,在高溫條件下車輪碾壓反復作用,荷載應力超過瀝青混合料的穩定極限,使流動變形不斷積累形成車轍和推移。

2)推移:當瀝青路面受到較大的車輪水平和豎向荷載作用時,路面表面可能出現推移和壅起。推移形成的主要原因如下: a.荷載作用。車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用,使結構層層間產生的剪應力超過了材料的抗剪強度。b.行駛車輪的沖擊和振動。

3)沉陷:沉陷是路面在車輪荷載作用下表面產生的較大凹陷變形,有時凹陷兩側伴有隆起現象。沉陷的原因主要是路基或路面結構層壓實不均勻及地下水或地表水下滲造成濕陷。

4)波浪:波浪是指路面上形成有規則的低洼和凸起變形。波浪產生的原因主要是由于瀝青撒布不均勻形成油壟,瀝青多處礦料厚、瀝青少處礦料薄,再經過行車不斷撞擊而造成高低不平。

1.3 松散類病害成因

松散類病害包括坑槽、松散、啃邊等。路面出現坑槽往往從網裂、松散開始,也是城市路面很典型的破壞形式。常表現為路面材料發生松散、脫落,在車輪的反復坐壅下出現坑洞,影響車輛的安全與快速行駛。沉陷表現為路面局部塌陷,發生明顯的路面沉降,沉降的原因多數是由于基層或路基沉降引起的。

1)坑槽:坑槽的形成可歸結為水損害和油損害兩個主要方面。

2)松散:松散大多發生在瀝青路面使用的初期。松散的原因是采用的瀝青稠度偏低,粘結力差,用量偏少或所用的礦料過濕、鋪撒不均勻或所有嵌縫料不合規格而未能被瀝青粘結。

3)啃邊:在行車作用和自然因素影響下,瀝青路面邊緣不斷缺損,參差不齊,路面寬度減小,這種現象稱為啃邊。產生啃邊的原因是路面過窄,行車壓到路面邊緣而造成缺損;或邊緣強度不足;或路肩太高或太低,雨水沖刷路面邊緣造成啃邊。

2 城市道路加鋪瀝青路面常見病害處治措施

2.1 裂縫類病害處治措施

預防縱向裂縫產生的主要措施有:作好地基的處理;路基填筑達到要求壓實度,并盡可能保證均勻;作好路基防、排水。為預防網裂和龜裂要保證合理的路面結構設計,加強貨車的載重管理,在路面出現裂縫時要及時修補處理。對于裂縫類病害的修補方法主要有以下幾種:

1)瀝青混合料罩面法:

根據交通量的大小,選取細粒式或中粒式瀝青混合拌和料,進行封層。厚度一般控制在1.5 cm～4.0 cm之間。在乳化瀝青稀漿封層和罩面法中引入土工布或土工格柵作為應力吸收層,對抑制裂縫發展可以起到良好的效果。

2)乳化瀝青稀漿封層法:

當氣溫在 5℃時,可以將級配骨料(50%石屑、30%粗砂、20%細砂)與乳化瀝青混合成稀漿,用專門設備進行封層。稀漿油石比最好控制在 8%～12%之間。由于氣候原因破乳慢時,可加入 2%水泥縮短破乳時間或直接采用慢裂快凝性瀝青乳化。此法適應于大面積裂縫處治。用稀漿也可直接灌縫處理單縫。

3)灌油修補法:

在秋末深冬季節多產生裂縫類病害,可用此法。處治時,將縱橫裂縫處清掃干凈,用液化氣或噴燈將裂縫壁加熱至粘性狀態,然后用油壺或專門灌縫設備直接向裂縫內灌入加熱的瀝青,最后在接口表面撒布熱砂或石屑進行養護。對于較寬的裂縫,可用銑刀擴寬,再按上述程序處理。

2.2 變形類病害處治措施

1)車轍的處治。

a.對于連續長度不超過30 cm、行車有小擺動感覺的,可通過對路面烘烤、耙松、添加適當新料后壓實即可。b.當瀝青面層磨損、橫向推移時,應清除不穩定層,用銑刨機拉毛,重鋪面層。c.當基層或土基不穩定時,應先進行補強處理后,再修復面層。d.對于因基層施工質量差引起的車轍、推移,在重新攤鋪面層前應先行處理好軟弱基層。

2)推移、波浪、沉陷的處治。

a.對于路面產生的推移、波浪可采用銑刨設備或人工刨削峰頂,挖出高出路面的峰頂,然后用拌和法和層鋪法補低凹處。b.對于瀝青含量較大的推移最好徹底挖除,重新鋪筑瀝青面層。沉陷病害根據成因區別處治。由于土基浸水造成的沉陷,就要先進行水害的防治,然后重新修補基層和瀝青面層。c.對于由于施工時壓實度不足造成的不均勻沉陷,可以采用化學注漿法或重新回填壓實土基,重作基層和瀝青面層。為了快速修補局部沉陷,可采用水泥砂礫(加快凝劑)、碾壓水泥混凝土(加快凝劑)、粗粒式瀝青混合料、級配碎石、水泥穩定礦渣砂漿(加快凝劑)等結構層恢復基層。

2.3 松散類病害處治措施

1)路面坑槽的修補方法。

根據使用的路面綜合修補設備分為兩種,即冷補法和熱補法:a.冷補法:首先測定坑槽的深度,劃出坑槽修補的范圍,用液壓風鎬切槽,用高壓風槍將槽底、槽壁廢料及粉塵清除干凈。然后用噴燈烘干槽底、槽壁,并在其表面均勻噴灑一薄層粘層油。最后將準備好的熱料填補至坑槽中。b.熱補法:根據坑槽修補范圍確定熱輻射加熱板區域,將加熱板調到合適位置,加熱 3min～5min,使被修補區域路面軟化。然后將準備好的熱料放到被修補處,攪拌攤平,并從四周向中間碾壓。

2)松散的處治。

一般是采用乳化瀝青稀漿封層進行處理,一般采用中、粗粒式稀漿進行封層。推薦用改性乳化瀝青稀漿封層。

3)啃邊的處治。

啃邊參照坑槽處治,注意修補路緣鑲邊帶。

3 結語

1)裂縫是城市加鋪瀝青路面中發生率最高的病害類型,且具有極強的普遍性。線裂在車載以及溫度的影響下應力集中會更加明顯,且易擴展成為更具破壞力的病害。

2)基層或舊混凝土的初始缺陷與城市加鋪瀝青混凝土面層開裂有密切的一一對應關系,90%的裂縫下均存在板接縫或裂縫。油石比及混合料強度不成為裂縫產生的不利因素;反射裂縫是瀝青加鋪罩面層的主要問題,是設計當中要解決的最關鍵問題。

[1] 曾 勝,何宇航.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構力學分析[J].長安大學學報(自然科學版),2008,28(2):18-22.

[2] 廖衛東.高速公路加鋪瀝青面層反射裂縫機理研究及疲勞預測鑒定文件[R].湖北省交通廳科技攻關項目報告, 2008.

[3] 李 輝.城市加鋪瀝青路面病害調查及原因分析[D].武漢:武漢理工大學碩士學位論文,2010.

[4] 沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1999.