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目前,我国道路工程建设飞速发展,每年都有大量的道路工程竣工,同时,每年也有大量的道路路面损坏,直接影响了道路的使用功能,也给国家的经济建设造成了重大损失。因此研究提高路面工程质量的方法及措施是十分有必要。
道路工程的路面质量问题主要来源于结构性破坏和功能性破坏。结构性破坏是路面结构的整体或其中某一个或几个组成部分的破坏,严重时已不能承受车辆的荷载;功能性破坏是由于路面的不平整,使其不再具有预期的功能。
一、沥青路面的病害与产生的原因
沥青路面所用的矿料,质软和粒径规格不符合要求,往往由于强度不足和劈裂作用使矿料压碎,导致路面破坏。
1.泛油:大多是由于混合料中沥青用量偏多,沥青稠度太低等原因引起。但也可能是低温季节施工、表面嵌缝料散失过多,气温回暖后,沥青材料粘滞度降低,在行车作用下,矿料下挤,沥青上泛,表面形成油层而泛油;此外也容易溜滑。
2.波浪:主要由于沥青撒布不匀而形成油垄,沥青多处矿料厚,沥青少处矿料薄。再经行车不断撞击而造成高低不平。交叉口、停车站、陡坡路段,行车水平力较大的地方,易产生波浪变形。此外,也可能因沥青材料与矿料一起被挤动,而引起面层车辙、推挤、波浪等变形破坏。
3.拥包:在行车水平力作用下,沥青面层材料的抗剪强度不足,则易产生推挤拥包。这类病害大多是由于所用的沥青稠度低,用量多,或因混合料中矿料级配不好,细料偏多而产生。也可能是面层与基层的粘结较差,易产生推挤拥包。
4.裂缝:路面主要有纵向裂缝、横向裂缝及龟裂与网裂。
产生纵向裂缝的原因:①填土未压实,路基产生不均匀沉降或冻胀作用造成;②沥青料摊铺时间过长或接缝处理不当、接缝处压实未达到要求,在行车作用下形成。
产生横向裂缝的原因:①土路基干缩与冻缩产生的裂缝;②冬季气温下降,沥青路面或基层收缩,而形成与道路中线垂直的横缝。
道路整体强度不足,沥青面层老化,往往形成龟裂和网裂。未及时养护,逐步形成坑槽此外要是基层局部强度不足,在行车作用下也易产生坑槽。
5.松散:由于沥青的稠度偏低,粘结力差,用量偏少而所用矿料过湿、铺撒不匀;或所用的嵌缝料不合规格未能被沥青黏牢。另外在水分和温度作用下,沥青材料与矿料间的粘结力降低,沥青面层就会出现松散、剥落等破坏。
6.啃边:路面过窄,行车压到路面边缘而造成缺损,另边缘强度不足,路肩太高、太低、雨水冲刷路面边缘,都会造成啃边。
二、水泥混凝土路面的病害产生原因有:
水泥混凝土路面施工中,由于面板所受内应力超过了混凝土强度而出现横向、纵向以及板角的断裂和裂缝,破坏了板的整体结构性,使板丧失了应有的承载力。水泥混凝土板破坏的原因是多方面的:板太薄或轮载太重;板的平面尺寸太大,使温度翘曲应力过大;地基过量塑性变形使板底脱空失去支撑;养生期间收缩应力过大;由于材料或施工质量不良,混凝土未能达到设计要求等。
挤碎:混凝土膨胀时受到较高的挤压应力,其超过混凝土的抗剪强度
拱起:板在膨胀时产生较大的热压应力,出现纵向压曲失稳
错台:胀缝下部嵌缝板与上部缝隙未对齐,或胀缝两侧混凝土壁面不垂直,板胀缝在挤压过程中,上下错开而形成错台。当地面水通过接缝渗入基础,使其软化,或接缝传荷能力不足,导致错台。且交通量或基础承载力在横向幅板上分布不均匀,幅板沉降不一致,也会产生错台。
唧泥:基层由于塑性变形积累,同面层板脱空,地面水沿接缝下渗,积聚在脱空的空隙内。在轮载作用下,积水变成有压水,而同基层内浸湿的细料混搅成泥浆,沿接缝缝隙喷溅出来。
上述路面工程的各种质量问题,不难看出,路面工程设计与施工是造成路面工程质量问题的两大因素。施工造成的质量问题,尚可通过严把工程质量关得以解决。路面结构设计方面的缺陷,必须要更新设计理念才能解决。目前绝大多数的道路设计,注重路面结构的受力计算,路面结构的设计强度有余,但是自然环境因素对道路结构的影响,考虑得不够深入,导致路面结构层设置不尽合理。
在我国南方多雨的丘陵和山地,进入路面结构内的自由水和路面结构层的热胀冷缩,是造成和加速道路路面损坏的重大自然环境因素。
水可以通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面,或由高水位地下水、截断的含水层和当地泉水进入路面结构,被围封在路面结构内的水分产生的有害影响如:
1.浸湿各结构层材料和路基土,易造成无粘结粒状材料和地基土的强度降低。
2.使混凝土路面产生唧泥,随之出现错台、开裂和整个路肩破坏。
3.进入空隙的自由水在行车荷载作用下,会形成高孔隙水压力和高流速的水流,引起路面基层的细颗粒产生唧泥,结果路面失去支撑。
4.在冰冻深度大于路面厚度的地方,高地下水位会造成冻胀,并在冻融期间降低承载能力。
5.水使冻胀土产生不均匀冻胀。
6.与水经常接触将使沥青混合料剥落,影响沥青混凝土耐久性并产生龟裂。
7.封闭在沥青面层里面的自由水,在车载作用下,变成压力水,压力水反复作用,使沥青路面产生裂纹,导致路面破坏。
因此,路面排水、路面结构层排水、路基排水是道路工程设计不可忽略的内容。
常用的路面排水设施包括:边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽和雨水管等,必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。
常用的路面结构层排水设施有沿路面边缘设置的边缘排水系统和排水基层的排水系统,包括:集水沟、纵向排水沟、横向出水管。
常用的路基排水设施有盲沟、渗沟和渗井等。
作者建议,道路路面结构层除了设置完善的排水系统设施外,应设置为以下形式:
a.12~18cm厚沥青混凝土面层或15~25cm厚水泥混凝土面层
b.15cm厚沥青处治开级配碎石上基层或15cm厚水泥处治开级配碎石上基层
c.15cm厚开级配碎石下基层 d.20cm厚水泥稳定粒料底基层
e.10cm厚碎石垫层
三、路面复合结构层比单一水泥稳定料基层具有更多的优点
1.10cm厚的碎石垫层
1)通过道路的边缘排水系统,排除过湿路基中的自由水,同时利用道路边缘排水系统与大气层联通,利用大气压可降低路基的毛细水高度,使路基更干燥,强度更高。
2)使水泥稳定基层受力更均匀,减少路基塑性变形对水泥稳定基层的影响。
2.20cm厚水泥稳定粒料底基层
可防止表面水向下渗入垫层,浸湿垫层和路基,同时,可防止垫层和路基土中的细粒进入排水基层造成堵塞。
该半刚性基层处于路面基层底部,温差较小,热胀冷缩的量也小,可使底基层结构减少裂纹,整体性较好。
3.15cm厚开级配碎石排水下基层
在水泥稳定土底基层上,下卧层刚度大,使其表现出较大的回弹模量,从而具有足够的抵抗应力和变形能力。具有减缓半刚性沥青路面反射裂缝的作用,同时也具有较好的抗疲劳能力
可作为排水基层排出基层和路面结构层中的自由水分
导热性能差,作为柔性基层,可抵抗热胀冷缩的危害
可节约工程造价
4.15cm厚沥青处治开级配碎石上基层或15cm厚水泥处治开级配碎石上基层
可通过下渗排出路面结构内部的自由水,减少路面水害
可有效消除唧泥现象
作为柔性基层,可抵抗热胀冷缩的危害
可与道路面层良好粘结,减少拥包、裂缝、松散等路面病害
四.总结
在我国南方已建成使用的道路,各种水害及温度变化产生的热胀冷缩,对道路的损害已大于行车荷载对道路的损害,做好路面、路基排水,减少热胀冷缩的影响,是提高路面工程质量的关键。上述复合型路面结构比单一水泥稳定基层料的路面结构,在路面内部排水及抵抗热胀冷缩的变形方面,拥有更多的功能优势,同时也保证了路面结构的强度,更加适合炎热多雨,地表水、地下水丰富的南方丘陵、山区,再结合完善的路面基层排水系统和路面边缘排水系统,可有效地延长路面使用寿命,减少路面病害。且复合型路面结构的施工工序更多,也有利于控制施工质量。所以,采用复合型路面结构,设置路面排水基层和边缘排水系统是提高道路工程路面质量的有效方法。
参考文献:
[1] JTGF801-2004.公路工程质量检验评定标准路面部分
道路工程的路面质量问题主要来源于结构性破坏和功能性破坏。结构性破坏是路面结构的整体或其中某一个或几个组成部分的破坏,严重时已不能承受车辆的荷载;功能性破坏是由于路面的不平整,使其不再具有预期的功能。
一、沥青路面的病害与产生的原因
沥青路面所用的矿料,质软和粒径规格不符合要求,往往由于强度不足和劈裂作用使矿料压碎,导致路面破坏。
1.泛油:大多是由于混合料中沥青用量偏多,沥青稠度太低等原因引起。但也可能是低温季节施工、表面嵌缝料散失过多,气温回暖后,沥青材料粘滞度降低,在行车作用下,矿料下挤,沥青上泛,表面形成油层而泛油;此外也容易溜滑。
2.波浪:主要由于沥青撒布不匀而形成油垄,沥青多处矿料厚,沥青少处矿料薄。再经行车不断撞击而造成高低不平。交叉口、停车站、陡坡路段,行车水平力较大的地方,易产生波浪变形。此外,也可能因沥青材料与矿料一起被挤动,而引起面层车辙、推挤、波浪等变形破坏。
3.拥包:在行车水平力作用下,沥青面层材料的抗剪强度不足,则易产生推挤拥包。这类病害大多是由于所用的沥青稠度低,用量多,或因混合料中矿料级配不好,细料偏多而产生。也可能是面层与基层的粘结较差,易产生推挤拥包。
4.裂缝:路面主要有纵向裂缝、横向裂缝及龟裂与网裂。
产生纵向裂缝的原因:①填土未压实,路基产生不均匀沉降或冻胀作用造成;②沥青料摊铺时间过长或接缝处理不当、接缝处压实未达到要求,在行车作用下形成。
产生横向裂缝的原因:①土路基干缩与冻缩产生的裂缝;②冬季气温下降,沥青路面或基层收缩,而形成与道路中线垂直的横缝。
道路整体强度不足,沥青面层老化,往往形成龟裂和网裂。未及时养护,逐步形成坑槽此外要是基层局部强度不足,在行车作用下也易产生坑槽。
5.松散:由于沥青的稠度偏低,粘结力差,用量偏少而所用矿料过湿、铺撒不匀;或所用的嵌缝料不合规格未能被沥青黏牢。另外在水分和温度作用下,沥青材料与矿料间的粘结力降低,沥青面层就会出现松散、剥落等破坏。
6.啃边:路面过窄,行车压到路面边缘而造成缺损,另边缘强度不足,路肩太高、太低、雨水冲刷路面边缘,都会造成啃边。
二、水泥混凝土路面的病害产生原因有:
水泥混凝土路面施工中,由于面板所受内应力超过了混凝土强度而出现横向、纵向以及板角的断裂和裂缝,破坏了板的整体结构性,使板丧失了应有的承载力。水泥混凝土板破坏的原因是多方面的:板太薄或轮载太重;板的平面尺寸太大,使温度翘曲应力过大;地基过量塑性变形使板底脱空失去支撑;养生期间收缩应力过大;由于材料或施工质量不良,混凝土未能达到设计要求等。
挤碎:混凝土膨胀时受到较高的挤压应力,其超过混凝土的抗剪强度
拱起:板在膨胀时产生较大的热压应力,出现纵向压曲失稳
错台:胀缝下部嵌缝板与上部缝隙未对齐,或胀缝两侧混凝土壁面不垂直,板胀缝在挤压过程中,上下错开而形成错台。当地面水通过接缝渗入基础,使其软化,或接缝传荷能力不足,导致错台。且交通量或基础承载力在横向幅板上分布不均匀,幅板沉降不一致,也会产生错台。
唧泥:基层由于塑性变形积累,同面层板脱空,地面水沿接缝下渗,积聚在脱空的空隙内。在轮载作用下,积水变成有压水,而同基层内浸湿的细料混搅成泥浆,沿接缝缝隙喷溅出来。
上述路面工程的各种质量问题,不难看出,路面工程设计与施工是造成路面工程质量问题的两大因素。施工造成的质量问题,尚可通过严把工程质量关得以解决。路面结构设计方面的缺陷,必须要更新设计理念才能解决。目前绝大多数的道路设计,注重路面结构的受力计算,路面结构的设计强度有余,但是自然环境因素对道路结构的影响,考虑得不够深入,导致路面结构层设置不尽合理。
在我国南方多雨的丘陵和山地,进入路面结构内的自由水和路面结构层的热胀冷缩,是造成和加速道路路面损坏的重大自然环境因素。
水可以通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面,或由高水位地下水、截断的含水层和当地泉水进入路面结构,被围封在路面结构内的水分产生的有害影响如:
1.浸湿各结构层材料和路基土,易造成无粘结粒状材料和地基土的强度降低。
2.使混凝土路面产生唧泥,随之出现错台、开裂和整个路肩破坏。
3.进入空隙的自由水在行车荷载作用下,会形成高孔隙水压力和高流速的水流,引起路面基层的细颗粒产生唧泥,结果路面失去支撑。
4.在冰冻深度大于路面厚度的地方,高地下水位会造成冻胀,并在冻融期间降低承载能力。
5.水使冻胀土产生不均匀冻胀。
6.与水经常接触将使沥青混合料剥落,影响沥青混凝土耐久性并产生龟裂。
7.封闭在沥青面层里面的自由水,在车载作用下,变成压力水,压力水反复作用,使沥青路面产生裂纹,导致路面破坏。
因此,路面排水、路面结构层排水、路基排水是道路工程设计不可忽略的内容。
常用的路面排水设施包括:边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽和雨水管等,必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。
常用的路面结构层排水设施有沿路面边缘设置的边缘排水系统和排水基层的排水系统,包括:集水沟、纵向排水沟、横向出水管。
常用的路基排水设施有盲沟、渗沟和渗井等。
作者建议,道路路面结构层除了设置完善的排水系统设施外,应设置为以下形式:
a.12~18cm厚沥青混凝土面层或15~25cm厚水泥混凝土面层
b.15cm厚沥青处治开级配碎石上基层或15cm厚水泥处治开级配碎石上基层
c.15cm厚开级配碎石下基层 d.20cm厚水泥稳定粒料底基层
e.10cm厚碎石垫层
三、路面复合结构层比单一水泥稳定料基层具有更多的优点
1.10cm厚的碎石垫层
1)通过道路的边缘排水系统,排除过湿路基中的自由水,同时利用道路边缘排水系统与大气层联通,利用大气压可降低路基的毛细水高度,使路基更干燥,强度更高。
2)使水泥稳定基层受力更均匀,减少路基塑性变形对水泥稳定基层的影响。
2.20cm厚水泥稳定粒料底基层
可防止表面水向下渗入垫层,浸湿垫层和路基,同时,可防止垫层和路基土中的细粒进入排水基层造成堵塞。
该半刚性基层处于路面基层底部,温差较小,热胀冷缩的量也小,可使底基层结构减少裂纹,整体性较好。
3.15cm厚开级配碎石排水下基层
在水泥稳定土底基层上,下卧层刚度大,使其表现出较大的回弹模量,从而具有足够的抵抗应力和变形能力。具有减缓半刚性沥青路面反射裂缝的作用,同时也具有较好的抗疲劳能力
可作为排水基层排出基层和路面结构层中的自由水分
导热性能差,作为柔性基层,可抵抗热胀冷缩的危害
可节约工程造价
4.15cm厚沥青处治开级配碎石上基层或15cm厚水泥处治开级配碎石上基层
可通过下渗排出路面结构内部的自由水,减少路面水害
可有效消除唧泥现象
作为柔性基层,可抵抗热胀冷缩的危害
可与道路面层良好粘结,减少拥包、裂缝、松散等路面病害
四.总结
在我国南方已建成使用的道路,各种水害及温度变化产生的热胀冷缩,对道路的损害已大于行车荷载对道路的损害,做好路面、路基排水,减少热胀冷缩的影响,是提高路面工程质量的关键。上述复合型路面结构比单一水泥稳定基层料的路面结构,在路面内部排水及抵抗热胀冷缩的变形方面,拥有更多的功能优势,同时也保证了路面结构的强度,更加适合炎热多雨,地表水、地下水丰富的南方丘陵、山区,再结合完善的路面基层排水系统和路面边缘排水系统,可有效地延长路面使用寿命,减少路面病害。且复合型路面结构的施工工序更多,也有利于控制施工质量。所以,采用复合型路面结构,设置路面排水基层和边缘排水系统是提高道路工程路面质量的有效方法。
参考文献:
[1] JTGF801-2004.公路工程质量检验评定标准路面部分