高速公路沥青路面病害的成因与处理

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  摘要:因为社会经济发展的需要,高速公路近年在我国发展迅速。高速公路沥青路面经常由于各种不知名的原因产生病害,产生病害了的道路在使用上給车辆造成不便,也会降低了道路的使用效率。如果对于病害,相关部分没有给予及时的维修,那么道路的使用性能也会因此而受到一定的影响。所以,对出现病害的道路进行及时的维修,保障道路的使用是十分必要的。本文主要对高速公路沥青路面危害的成因与处理进行探讨。
  关键词:高速公路;沥青路面;病害
  中图分类号:U412文献标识码: A
  引言
  常规意义上的沥青路面则为在公路建设过程中,利用沥青作为主要综合料铺筑面层的路面。沥青路面具备许多优点,其中包括无接缝、平整度高、行车振动小、车辆行驶平稳、施工期短、噪声低、养护便捷等。但沥青路面同时也具有其他的缺点,其针对温度的敏感性较高,冬季容易开裂而夏季容易发软。于温度较低时期或者雨季不能进行热拌沥青混合料的路面施工。沥青路面的特征为柔性路面构架,并且路面刚度较小,于荷载作用效果下出现的弯沉变形较大,而路面自身的抗弯拉强度较低。据调查发现,由于各种各样因素的影响,导致了沥青路面出现各种病害,例如:坑槽、裂缝、推移、车辙、松散和泛油。
  一、沥青路面病害分类
  路面破损分为功能衰减和结构性破损。功能衰减表现为路面服务能力下降、平整度和抗滑性能降低。导致功能衰减的损坏为功能性损坏。结构性破损导致路面结构承载能力降低,以各种结构裂缝的形式表现出来。
  路面功能性损坏主要表现在路面表面上,只影响路面的服务性能,对整体结构强度不会带来严重影响,其产生的原因往往可以从其表现形式判断出来。由于功能性损坏主要影响行驶质量和安全特性,一般用平整度、抗滑阻力、纹理深度、反光、噪声等指标评价。路面的多种损坏形式又影响到路面的表面性能,如局部沉陷、车辙、波浪、修补、桥头跳车等。
  结构性破损的结果反映到路面上就是各种形状的裂缝,如龟裂、块裂、纵裂和横裂。但有些结构性损坏,如基层的开裂在扩展道路表面之前是不可见的。正常的路面结构的结构性破坏是汽车荷载和温度应力的共同作用下产生的,可以是疲劳损坏、一次性损坏等。但裂缝也可能是由于路基下沉、路面材料品质不良、施工控制不合格、渗水引起口。
  二、高速公路沥青路面病害的现实表现和成因
  1、裂缝
  1.1纵向裂缝
  由于地基状况或路基施工原因,导致路基不均匀沉降而引起的纵向裂缝最为常见,如发生在半填半挖和软土地基处的纵缝。
  1.2横向裂缝
  横向裂缝分为:最常见的是基层反射性裂缝。基层材料失水和温度骤降收缩变形使沥青面层底面拉裂,并随着温湿的循环变化及行车荷载的反复作用而导致底面裂缝沿竖向向上扩展至路表;沉降差异裂缝。在构造物台背与正常路基路段交接处,因地基或路基与构造物沉降差异导致基层的开裂;荷载性裂缝。由于沥青混合料配合比设计不当和施工质量问题,致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝。
  2、路面车辙
  路面车辙现象的出现可以说和车辆的载重量有着很大的联系,尤其是对于那些大型车辆的超载,就其本身的大吨位有时就已经达到了道路荷载的能力极限,再加上其不遵守交通规则而超载,可谓对公路的危害相当大,以上总结起来算是车辙现象产生的外在因素,而其内在因素则与路面自身结构和材料的组成有关,例如结构层次设计的不合理,或所采用的建筑材料质量等尚未达到标准,均能致使路面产生车辙。
  3、龟裂
  在行车道上常发生龟裂病害,特别是轮迹带处,并通常伴有唧浆等水损害。龟裂产生的原因主要有:(1)基层施工质量差,唧浆使基层表面被逐步淘空,引起面层龟裂。(2)沥青路面空隙率过大,浸入的雨水滞留在面层中,给路面造成水损坏。(3)在超载作用下,路表弯沉及结构层应力显著增加,也是造成路面龟裂的原因。
  4、泛油
  泛油可谓是最常见的一种病害现象,尤其是在炎热的夏季,即使晴朗的天气行驶在沥青路面上,也像是有水一样,这就是最常见的一种泛油现象,是沥青在车辆的长时间运行碾压下从混合料中聚集到了路面的表层,形成了油石分离的现象,造成了沥青的损耗浪费。而其原因有:混合料的配合比设计不当,并且对于混合料的拌和过程也没能加以严格的控制;施工时,对于混合料的摊铺没有严格控制,产生了离析现象使油石分布不均匀,结果形成了投入使用后的泛油病害现象。
  5、松散、坑槽
  (1)松散的主要成因是采用的沥青粘结力差,沥青用量偏少或所用的矿料过湿。(2)坑槽主要是因为面层龟裂后不及时养护而逐渐形成的,另外基层局部强度不足,在行车作用下也易由龟裂和松散等损坏进一步发展产生坑槽。
  三、高速公路沥青路面病害的处理措施
  1、横向裂缝的成因和维护办法
  1.1横向裂缝其成因包括一下三个方面:
  因材料收缩而引起的横向裂缝。一方面是由于基层成型过程中,失水收缩使得基层材料形成规则的横向裂缝,另一方面温度骤降使得几层材料发生低温收缩而开裂。
  沥青是一种粘弹性材料,对温度变化十分敏感,温度下降使得沥青混合料将不在柔软,并收缩变形。当收缩拉应力超过最高抗拉强度时,拉裂也会随之产生,并向下发展形成下窄上宽的横向裂缝。
  因地基或路基与构造物差异,在软土地基与非软土地基交界处产生沉降,导致反射到沥青面层的基层开裂,形成横向裂缝。
  1.2对于横向裂缝的处治方法
  1.2.1宽度在3mm以上的反射裂缝及温缩等引起的横向裂缝,先刷扫干净缝隙,将尘土用压缩空气吹净后,采用乳化沥青或热沥青进行灌缝封堵。如缝宽在5mm以上,则清除缝口杂物,或对裂缝处进行开槽后,把杂物用压缩空气吹净,最后用细粒式或砂料式的热拌沥青混合料进行填充捣实,最后使用烙铁给予封口。
  1.2.2对于裂缝宽度大于5mm以上,因土基沉降产生的横向裂缝,对横缝两侧各50cm~100cm范围进行开槽,对上面层进行挖除,再将裂缝填实,然后在横缝处加铺玻璃格删,对上面层进行重新摊铺。
  2、网裂的成因和维护措施和处理办法
  网裂产生的只要原因是由于路面的整体强度不足。路面结构的不合理设计,压实度不足的路基路面,沥青与石料粘结性差;下层渗水等都是产生网裂的因素。另外,汽车严重超载和沥青老化,也是导致网裂的重要因素。为预防网裂必须对货车的载重加强管理,及时修补处理路面上出现的裂缝。
  2.1坑槽的处理办法可分为冷补和热补两种:
  2.1.1冷补法,首先对坑横的深度进行,明确切槽修补的范围,使用液压风镐进行切槽,将槽底、槽壁废料及粉尘通过高压风枪清除干净。然后对槽底、槽壁使用烘灯,并喷洒一薄层粘层油在其表面均匀。最后在坑槽中倒入准备好的热料。
  2.1.2热补法,在确定的坑槽修补合适位置上使用热辐射加热板,通过3min~5min的加热,软化被修补区域路面。然后在被修补处放入准备好的热料,搅拌摊平,由四周往中间碾压。
  选用低含蜡量、低针入度,高软化点的高粘度沥青和表面粗糙、嵌挤作用好与粘结性能强的筑路材料,可缓解车辙的形成。其次,在施工过程中加强控制压实度,避免压实度不足从而导致车辙的出现。再次,在高温季节对大型超载车通行严格控制。
  3、泛油的产生和解决方法
  3.1泛油的成因有几下几个方面:
  3.1.1设计组成混合料不当。混合料中过多使用沥青或没有足够的空隙,经过车辆荷载的碾压,多余沥青从下部溢出,最终在路面形成泛油。
  3.1.2没有对混合料拌和进行严格的控制。细料所占比例过少,表面积大过混合料,使用较多的沥青,也导致了泛油的出现。
  3.1.3没有把握好粘层油的用量。在喷洒时,出现了过多喷洒粘层油或不均匀洒布粘层油。也使得泛油的出现。
  3.1.4施工质量不高、比较低。混合料在摊铺时产生离析的情况,细料过分集中在局部,也会导致道路易泛油。
  3.1.5水的破坏。雨水的渗入使的下层沥青与石料的黏性下降,相剥离,沥青膜也在水作用下剥落,沥青从而上泛引起了道路的表层泛油。
  4、处理泛油的措施
  4.1处理泛油病害主要有几个方面的措施:
  4.1.1针对路面泛油情况较轻,路面的石子外露情况也较轻,可不进行处理,亦或者铺洒粒径为3毫米~5毫米的粗砂和石屑,然后实施碾压。
  4.1.2由于部分施工进而诱发水破坏,并且产生坑槽,可首先铺洒粒径为5毫米~10毫米的石料碾压。然后路面稳固之后,再铺洒粒径为3毫米~5毫米的粗砂和石屑,进而碾压或者根据坑槽修补方案处理。
  4.1.3针对大面积泛油和摩擦系数下降较大,同时还影响汽车的行驶安全,首先铺洒粒径为10毫米~15毫米的大碎石,然后进行碾压稳固后,再分多次铺洒上粒径为5毫米~10毫米的碎石,进而将其碾压成型,亦或者把含油量较高的软层铣刨碎料清理后,再一次制作面层,使用铣刨原路面重新铺洒面层或者碎石压入法处理。
  4.1.4基层和面层粘连性不佳而导致脱落,可首先清理局部松动,再次喷洒沥青粘层油;倘若为面层颗粒出现重叠现象,并且油料分布不均匀导致脱落,可把面层进行整修;针对封层和面层粘连性不佳脱皮现象,可首先清理脱皮松动的路面,然后喷洒粘层油沥青再次封层。
  5、车辙、推移的预防
  5.1车辙预防
  5.1.1材料选择:选用粗糙、坚硬、棱角性好、形狀接近立方体与沥青粘附性强的粗、细集料;控制天然砂用量不超过10%;改善集料加工工艺,减少针片状颗粒含量;选用针人度较小、含蜡量较低、软化点较高及粘度较高的沥青,爬坡路段下面层、重载路段的上面层、中面层可采用外掺剂对沥青进行改性,为提高劲度模量以抵抗车辙,可根据坡长和纵坡坡度提高沥青PG等级1至2级。
  5.1.2沥青混合料配合比设计:控制沥青用量;优化矿料级配;合理调整配合比;采用SUPERPAVE方法、GTM方法设计混合料,加大其成型压力,增加马歇尔击实次数,在规定条件下进行车辙试验、弯曲试验、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验,以检验沥青混合料的各项路用性能。
  5.1.3沥青面层结构设计:上面层应具备抗低温、抗车辙、抗磨耗、抗老化等性能。中间层应具有较高模量;下面层应具有抗水损坏和抗疲劳性能,基层控制层应具有水稳定性、高柔性及抗疲劳等性能。
  5.1.4施工过程质量控制:改善碾压工艺以控制压实度,降低混合料离析,将沥青用量允许误差从±0.3%缩小至±0.2%,优化施工工序,确保面层摊铺连续,层间洒布乳化沥青粘层,做好下封层,减小施工变异性。
  5.1.5交通与环境控制:夏天高温时应及时洒水降温,必要时封闭重载交通。
  5.2推移的预防
  提高路面基层施工质量,改善基层平整度。透层油洒布前,保证透层油洒布均匀,并认真清扫表面杂物及浮土,以提高面层与基层与粘结力。
  6、沥青路面病害养护措施
  6.1喷撒乳化沥青
  路面出现龟裂,没有明显变形,也未出现唧浆,可将有裂缝的路段清扫干净并均匀喷撒少量乳化沥青,再均匀撒一层2mm~5mm的干燥洁净石屑或粗砂,最后用轻型压路机将矿料碾压,防止水的渗透。
  6.2灌缝
  路面出现裂缝但未出现明显错台(在5mm以内),也无啃边现象,可采用灌热改性沥青的办法做防水处理。
  6.3修路王局部修补
  经过确认属沥青上面层的病害,如龟裂、蜂窝、20mm以内的局部车辙等路面变形不严重的点,可采用修路王现场修补。通过高效的间歇性热辐射,使破损的路面熔解,适当添加新料,人工搅拌均匀,碾压密实。
  6.4局部修补
  主要针对龟裂、坑槽、小面积沉陷等已经波及到中下面层乃至基层的局部病害。可采用破碎机械和切割机械将修补的范围切割出来,人工将病害的路面挖除,将损坏的路面结构清除干净,使坑底面层坚实,在坑内撒布涂刷乳化沥青,用混合料铺平坑槽。如厚度大于10cm,采用分层摊铺碾压的方法,按规范碾压密实,使新旧混合料结合紧密、无缝隙。
  6.5修补平整度的控制
  6.5.1分层填筑时中下面层厚度可以依据具体的实际情况适当调整,上面层保持4cm厚,松铺系数保持1.16~1.2。
  6.5.2有病害处的两个坑塘相邻时,要把上面层连通起来形成一个修补面。
  6.5.3四周接口纵横向3m直尺检查要小于5mm才能保证接口平顺。
  6.5.4集料填边要选择细密的集料,保证施工的密实度。
  6.5.5压实度是保证平整度的前提条件,补料温度不得低于120℃,修补时开口面积要保证每层压实机具都能下去正常工作,采用多种压路机联合进行压实作业,碾压5~6遍,保证路面每层的压实度。
  结束语
  高速公路路面早期损坏严重威胁着沥青公路的顺利发展,倘若高速公路沥青路面出现病害,则修复过程相当繁杂,并且影响着高速公路的日常使用,因此,地方政府或者交管部门需予以重视[5]。针对高速公路沥青路面的各种病害,需做到早预防、早养护和早修补,还需坚持因地制宜选择适合的材料,利用全新的修补方案,维护高速公路的正常运行。此外,需提高公路超载超量的监管力度,营造一种科学性、规范性的养护基础,从而提升沥青路面的质量,提升高速公路的服务水准。
  参考文献
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