瀝青路面唧漿病害診斷與分析

鄭燦偉，楊樹人，王文賓

(鐵正檢測科技有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

水通過瀝青路面表面裂縫和空隙、路肩邊坡進(jìn)入基層，在水的浸泡下基層出現(xiàn)灰漿，在行車作用下，灰漿通過一定渠道擠壓到路表，干燥后以白色粉體形式附著在路面上形成唧漿。對唧漿病害如不及時處理將變成結(jié)構(gòu)性病害。本文以北方地區(qū)某瀝青路面為例，采用落錘式彎沉儀(FWD)、地質(zhì)雷達(dá)、芯樣分析、滲水試驗等手段進(jìn)行唧漿病害診斷與分析。

1 工程概況

該瀝青路面結(jié)構(gòu)形式見表1。該路段不限載重車通行，局部出現(xiàn)不同程度唧漿病害，表現(xiàn)為路面泛白、過車唧漿、路面沉陷。為避免病害進(jìn)一步發(fā)展造成結(jié)構(gòu)性病害，采用落錘式彎沉儀(FWD)、地質(zhì)雷達(dá)、芯樣分析、滲水試驗等手段查明病害原因，確定病害范圍，并提出針對性的處治方案。

表1 瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

2 病害診斷方案

結(jié)合現(xiàn)場初步調(diào)查情況，對局部已出現(xiàn)嚴(yán)重病害的位置進(jìn)行檢測分析。

(2)路基、路面內(nèi)部缺陷無損檢測(地質(zhì)雷達(dá)法)。采用地質(zhì)雷達(dá)(900 MHz、400 MHz天線)沿輪跡帶或橫斷面探測病害路段路基、路面內(nèi)部缺陷，通過對比分析定性判斷路基、基層內(nèi)部可能存在的疏松、松散、變形、富水等缺陷及其平面分布區(qū)域。

(3)水穩(wěn)層芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測。取水穩(wěn)層完整芯樣(直徑為100 mm)，測定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，評估基層材料強(qiáng)度。

(4)路表滲水系數(shù)檢測。選取完好路段、唧漿點(diǎn)附近路面完整處等代表位置檢測路表滲水系數(shù)，分析路表的滲水性能。

(5)面層芯樣密度及空隙率檢測。取面層完整芯樣，測定各面層芯樣的毛體積密度，計算空隙率、壓實度等參數(shù)，評估面層各層材料的防滲水性能。

3 檢測結(jié)果與分析

3.1 路基狀況

3.1.1 路基動態(tài)模量

路基動態(tài)模量檢測結(jié)果見表2。2個路段共檢測37個測點(diǎn)，路基動態(tài)模量為360～2 105 MPa，其中路基動態(tài)模量在400 MPa以上的測點(diǎn)占96%。設(shè)計要求土基(靜態(tài))回彈模量不小于40 MPa，根據(jù)ASSHTO規(guī)范，動態(tài)模量約為靜態(tài)回彈模量的3.3倍，對應(yīng)動態(tài)模量約132 MPa，各測點(diǎn)動態(tài)模量實測值均大于折算動態(tài)模量，路基強(qiáng)度整體較好。

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表2 路基動態(tài)模量檢測結(jié)果

3.1.2 路基地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果

當(dāng)路基壓實度好，土層密實，分布均勻，層間無積水，介電常數(shù)變化較小，不存在明顯的反射界面時，地質(zhì)雷達(dá)檢測雷達(dá)剖面上波形平緩、規(guī)則，無雜亂反射。

圖1為K22+290—400路段路基局部典型雷達(dá)圖。路床雷達(dá)波同相軸基本均勻、連續(xù)，表明路床填筑基本均勻，無明顯變形；水平距離27～37 m處路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部不均勻，對應(yīng)路表無變形。

圖1 K22+290—400路段路基典型雷達(dá)圖

圖2為K13+000—150路段路基局部典型雷達(dá)圖。受路面雷達(dá)波紊亂影響，路床雷達(dá)波同相軸出現(xiàn)輕微紊亂，但大體均勻、連續(xù)，表明路床填筑基本均勻，無明顯變形。

圖2 K13+000—150路段路基典型雷達(dá)圖

綜合路基動態(tài)模量、路基地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果，被檢測路段的路基動態(tài)模量為360～2 105 MPa，各點(diǎn)動態(tài)模量實測值均大于折算動態(tài)模量，路基強(qiáng)度整體較好。

3.2 基層狀況

3.2.1 基層動態(tài)模量及路表動態(tài)彎沉

基層(水穩(wěn)基層、二灰碎石基層和二灰碎石底基層)動態(tài)模量、路表動態(tài)彎沉檢測結(jié)果見表3，輪跡帶沉陷點(diǎn)處路表彎沉及基層動態(tài)模量檢測結(jié)果見表4。

表3 基層動態(tài)模量及路表彎沉檢測結(jié)果

表4 輪跡帶沉陷點(diǎn)處路表彎沉及基層動態(tài)模量檢測結(jié)果

由表3、表4可知：1)2個路段共檢測37個測點(diǎn)，基層動態(tài)模量為98～52 795 MPa，路表動態(tài)彎沉為3.8～154.2(0.01 mm)，基層強(qiáng)度變異性較大。2)路面無唧漿、無沉陷路段路面彎沉值為5.0～10.0(0.01 mm)，低于設(shè)計彎沉值15.89(0.01 mm)，基層動態(tài)模量除K22+320—400路段在4 000 MPa以上(按表5判斷，基層狀態(tài)為“完整”，強(qiáng)度為“高”)外，其他路段為600～3 000 MPa(基層狀態(tài)為“部分損壞”，強(qiáng)度為“中”)，需結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果對基層部分損壞情況進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。3)路面輪跡帶沉陷病害路段的路面彎沉值接近或超過設(shè)計彎沉值，基層動態(tài)模量基本在600 MPa以下(基層狀態(tài)為“損壞”，強(qiáng)度為“低”)，基層承載力明顯不足。4)局部沉陷點(diǎn)處(K22+310，K22+319)最嚴(yán)重位置沉陷深度為57 mm，路面動態(tài)彎沉值為78.2～154.2(0.01 mm)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計彎沉值；基層動態(tài)模量為300～500 MPa，明顯偏低。表明沉陷點(diǎn)處基層承載能力嚴(yán)重不足。

表5 半剛性基層FWD檢測模量評估標(biāo)準(zhǔn)

3.2.2 基層地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果

圖3、圖4為基層地質(zhì)雷達(dá)檢測典型圖像。其中K13+000—150的檢測方向為從大樁號至小樁號。

圖3 K22+290—400路段行車道左輪跡帶基層雷達(dá)掃描圖

水具有很高的介電常數(shù)，因而基層富水區(qū)與非富水區(qū)存在明顯的介電特性差異，在雷達(dá)圖上表現(xiàn)為低值長波或云斑狀的色譜異常，正常層位的水平同相軸中斷。由圖3、圖4可知：1)被檢測路段基層病害主要為含水、含水且不密實、含水且破損、不密實、破損等類型。2)基層含水且不密實、含水且破損、不密實、破損位置對應(yīng)路表彎沉大，基層動態(tài)模量偏低。3)含水且不密實、含水且破損、不密實、破損位置的病害多發(fā)生在水穩(wěn)層底部，含水區(qū)域的病害多分布在面層底部或水穩(wěn)層底部，個別破損嚴(yán)重位置的二灰碎石層含水量偏大且不密實。

圖4 K13+000—150行車道左輪跡帶基層雷達(dá)掃描圖

3.2.3 水穩(wěn)層芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

水穩(wěn)層芯樣的抗壓破壞形態(tài)見圖5，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果見表6。

圖5 水穩(wěn)層芯樣的抗壓破壞形態(tài)

表6 水穩(wěn)層芯樣7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

由表6可知：2個水穩(wěn)層芯樣的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均不滿足設(shè)計要求(水穩(wěn)層7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于6.0 MPa)，水穩(wěn)層材料強(qiáng)度明顯不足。

3.3 面層狀況

3.3.1 路面滲水系數(shù)

路面滲水系數(shù)檢測結(jié)果見表7。

從表7可以看出：1)路面無唧漿路段、唧漿位置均存在明顯路面滲水情況，路面滲水系數(shù)超過設(shè)計要求(表面層SMA-13的滲水系數(shù)不大于20 mL/min)。2)同一橫斷面處，車道中間的滲水系數(shù)遠(yuǎn)大于相鄰輪跡帶處滲水系數(shù)，這是由輪跡帶處路面受輪載作用被進(jìn)一步壓實并形成油膜所致。

表7 水穩(wěn)層芯樣滲水系數(shù)檢測結(jié)果

K22+300行車道輪跡帶處發(fā)生明顯唧漿病害。將車道中央路面完好處完整面層芯樣(見圖6)切開觀察，中面層和底面層結(jié)合面處存在大量水泥漿痕跡，表明車道橫斷面上存在路面嚴(yán)重滲水情況。

圖6 面層芯樣

3.3.2 面層芯樣密度

面層芯樣密度檢測結(jié)果見表8。

表8 面層芯樣密度檢測結(jié)果

由表8可知：唧漿病害路段面層芯樣均存在空隙率偏大的情況，其中SMA-13表面層芯樣空隙率最高達(dá)11.1%，AC-25C中面層芯樣空隙率最高達(dá)8.9%，ATB-30底面層芯樣空隙率最高達(dá)7.9%。同時存在壓實度偏低的情況。

3.4 排水設(shè)施排查

(1)非超高路段的路面水。該項目全線采用明排系統(tǒng)，路面排水采用橫向漫流集中方式，路面上的雨水經(jīng)橫坡、縱坡導(dǎo)至填方段的急流槽或路塹段的矩形蓋板溝后排入填方段路基外側(cè)的梯形排水溝，最終排入沿線水體。

(2)急流槽設(shè)置。對于六棱花式網(wǎng)格防護(hù)路段，急流槽設(shè)置間距≤30 m，在道路彎道處及縱坡底適當(dāng)加密，急流槽位置應(yīng)與中央分隔帶超高排水雨水口位置相對應(yīng)。若不對應(yīng)，可適當(dāng)調(diào)整急流槽位置。對于拱形骨架護(hù)坡段，中央分隔帶超高排水雨水口位置應(yīng)與泄水槽位置對應(yīng)。

該項目排水設(shè)施完備，不存在水從中央分隔帶和外側(cè)邊坡進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)的情況。

3.5 施工溯源

瀝青面層按左右幅分別攤鋪，采用2臺攤鋪機(jī)全幅聯(lián)鋪方式施工，面層施工時間為10—12月。存在低溫施工導(dǎo)致壓實不足的問題。

3.6 綜合評價

結(jié)合施工資料、交通荷載等情況，各瀝青面層尤其是SMA-13表面層存在低溫施工、壓實度不足問題，路面結(jié)構(gòu)層抗?jié)B性不足，路表進(jìn)水并滯留在基層，但未進(jìn)入路基，在重載車輛作用下形成動水壓力沖刷強(qiáng)度薄弱的基層表面，通過空隙偏大的面層排擠到路表，形成唧漿。需對路面結(jié)構(gòu)層基層以上部位采取綜合維修方案，阻止唧漿病害進(jìn)一步發(fā)展。

4 病害處治建議方案

(1)應(yīng)急性矯正處治。對基層及面層進(jìn)行高聚物深層注漿，排出結(jié)構(gòu)層內(nèi)部水分的同時加固結(jié)構(gòu)層；采用微表處或超薄磨耗層進(jìn)行整體罩面處理。

(2)病害徹底處理。銑刨病害路段的面層、基層，采用大粒徑瀝青混凝土重鋪基層，按原設(shè)計要求重鋪面層。