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摘 要:随着我国当前城市化进程的不断加速,以市政道路为基本骨架的交通基础设施建设规模也在不断扩大。在我国城市道路的建设中大多采用半刚性基层沥青路面。与其他类型路面相比,沥青路面具有表面平整、无接缝、震动小、噪音低、行车平稳舒适,养护维修简便等优点。但沥青路面在铺筑使用后会产生各种各样的裂缝,沥青路面开裂的后果非常严重,它会使路面的承载能力不断下降,并产生网裂、路面塌陷、隆起、挤浆等现象,最终导致路面的破坏。本文主要分析市政沥青路面裂缝的危害、主要类型,提出对裂缝的防治措施。旨在与同行沟通交流,不断提高市政工程路面的施工质量。
关键词:市政工程;路面裂缝;防治措施
改革开放以来,随着我国经济的飞速发展,以及现代城市化建设的需求,市政工程迅速崛起。在市政工程施工中,道路路面的裂缝就是最为常见的问题之一,也是公路沥青路面出现质量问题最多的一。
一、市政道路瀝青路面裂缝的危害
由于环境温度、交通荷载等因素的影响,沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响,但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度,使其从强度薄弱处产生断裂,随着路面使用时间的延长,已有的裂缝逐渐向上扩展到路表,横向裂缝不断增加,缝宽不断增大,横向裂缝再不断附生纵向裂缝,最终形成大小不等独立板块,在表面水的作用下,致使裂缝附近基层的含水量加大,甚至饱和。其结果是路面强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷、唧浆和沉陷等现象,聚终导致路面很快产生结构性破坏,使道路结构逐渐丧失承载能力这些病害,如得不到及时治理,对车辆形成一种潜在的危害,也极大地缩短道路的服务寿命。
二、沥青路面裂缝的主要类型与表现
沥青路面裂缝大体分为两种类型:一种是荷载型裂缝,即主要由于行车荷载作用下产生的裂缝。在车辆荷载作用下,半刚性基层底部产生拉应力,如果拉应力大于基层材料的抗拉强度,则基层底部很快开裂,直至影响到沥青面层;另一种是非荷载型裂缝,以温度裂缝为主的低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝由于施工工艺不当或使用了不合格材料产生的裂缝。两种类型的裂缝按其形状又基本分为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和反射裂缝四种。
(一)横向裂缝
横向裂缝可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
1、非荷载型裂缝:这种裂缝主要是由于沥青面层温度变化而产生温度裂缝和基层温缩开裂引起的反射裂缝和对应裂缝。温度裂缝,包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝。温度裂缝很普遍,在我国北方地区尤为严重。冬季随着温度下降,沥青材料变得越来越硬,并开始收缩,沥青表面的收缩受到其底部的约束,从而产生拉应力或拉应变,而拉应力或拉应变一旦超过沥青昆合料的允许能力时,就将形成低温收缩裂缝。另外由于昼夜温差较大,在其温度应力的反复作用下,也将使沥青路面产生温度疲劳裂缝。此外基层的开裂会反射到面层,形成沥青表面裂缝,尤其是在冬季,沥青面层较硬,受拉承受能力很小。基层的开裂、表面的温度应力和行车荷载产生的拉应力互相作用形成裂缝。
2、荷载型裂缝:由于车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝,一般称之为荷载型裂缝。在车辆荷载的作用下,基层的底部将产生拉应力,当拉应力超过基层材料的抗拉强度时,则其底部会出现开裂。在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝会逐渐扩展到上部,使沥青面层也开裂破坏。若路面结构强度不够,则这种裂缝会迅速增长,使路面局部承载力不足而产生裂缝。
(二)纵向裂缝
1、损坏特征:与道路中线大致平行的长直裂缝,有时伴有少量支缝。这类裂缝通常由路基、基层沉降,或施工接缝质量或结构承载力不足而引起。路基、基层沉降引起的纵缝,通常断断续续,绵延很长;施工搭接引起的纵缝,其形态特征是长且直;而结构承载力不足引起的纵缝多出现在路面边缘,由于路基湿软造成承载力不足,从而导致纵缝。
2、形成原因:主要是旧路基拓宽地段,新老路基结合部的不均匀沉降,土质台阶处理不规范、分层填筑厚度及压实度控制不严,多形成于新老路基结合部的上面或道路中间处,尤其在有表面水渗入的情况下,这些地段往往是纵向裂缝的高发区。
(三)网状裂缝
相互交错的裂缝将路面分割成形似网状或龟纹状的锐角多边形小块,块的尺寸小于50cm×50cm。其最初形态是一条或几条平行的纵缝,随着荷载重复作用次数的增加,平行纵缝间出现了横向、斜向连接缝,形成多边的、锐角的、形似网状、龟裂状的裂缝形式。其产生的主要原因是纵横裂缝出现后继续扩展;沥青的性能差,尤其是低温抗变形能力过低;路面结构中含有软弱夹层,粒料层松动,水稳定性差,从而形成网状裂缝;沥青总体强度不足,在损坏初期形成网裂,随后裂缝逐步扩展,缝间距变小。
(四)反射裂缝
基层产生裂缝后,在温度和行车荷载作用下,裂缝将逐渐反射到沥青表面,路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。其产生的主要原因是在已经开裂的旧沥青、旧水泥路面上加铺沥青面层,由于温度的变化(降低),老路面的裂缝继续拉开,从而使新铺层在旧裂缝处断开;由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝;新铺半刚性基层随着混合料中水分的减少产生干缩和干缩应力,从而产生开裂,反射到沥青面层。
三、市政工程道路路面裂缝的主要原因
(一)技术标准低
我国的市政标准使用时间较长,而且在很长时间内都没有更新,90版从1990年执行到2008年近18年标准没有更新,而近二十年、特别是近十年随着国民经济的迅猛发展,城市建设也日新月异,城市公路建设跟着飞速发展,二十年前所积累的经验数据来规范现代化建设,显然已经不能满足。由于旧的试验技术和仪器设备的欠缺原规范所规定的检测项目和指标也不能控制工程质量,导致虽然技术指标合格,但工程并不能满足使用功能,造成破损,裂缝等。 (二)集料生产不规范
由于我国没有统一的执行标准,生产施工材料的企业大部分都没有正规的职业资格,因此生产的施工材料质量不能满足施工要求,牛产企业都为小型私人企业,质量意思淡薄,难以从源头控制材料质量。特别市政工程受地方保护影响,材料大都被区域地方民众垄断,施工企业很难控制。造成不用则却的现象。生产的碎石材料特别是粉尘和软石含量过高超过3%,这两项指标是影响沥青混合料内在质量的关键因素,会使沥青粘度降低,混合料强度降低。
(三)施工质量不过关
例如在市政道路基层施工中,基层施工质量不好,基层在施工时混合料拌和不够均匀,混合料级配、含水量、厚度和压实度不均匀,表面不平整,集料离析等因素造成基层整体不均匀性较大,在行车道上经过重车荷载的不断碾压,在基层的薄弱处逐渐反映到沥青面层上来,就会出现路面裂缝。
四、市政工程中路面裂缝的防治措施
(一)开展基于路面稳定性强和抗压强度高为宗旨的路基质量控制工作
路基是确定路面质量的根本,路基质量好坏将直接关系到路面的稳定性和抗压强度,为更好的预防裂缝的出现,应从路基质量开始预防,开展基于路面稳定性强和抗压强度高为宗旨的路基质量控制工作。应做好以下几方面的工作:一是严格按照公路路基填筑要求进行施工,保证路基强度要求达标;二是严格挑选填筑材料,通常应选用砂土;三是路基控制深度必须大于设计深度,预防裂缝的出现。这是因为路基经过车辆长期碾压之后,路基的实际深度比设计深度要大,一旦没有处理超过部分的地基,就会导致裂缝的出现。四是严格控制路基的压实度,路基压实度不达标,就会影响路基强度性能,因而必须注重每一层松铺厚度的控制通常采取插杆挂线的方式且厚度在30cm以下,并进行压实度试验,如不达标则应立即整改,从而确保路面稳定性强且抗压强度高。
(二)注重防裂材料的选用
一是基层的半刚性材料不仅需要具备较大的抗水冲刷性能,还应确保其干缩与温宿系数较低,且具备抗拉性能好、温差变化小等特点;二是面层材料应选用松弛性能高的沥青,如改性乳化沥青,并根据需要增添适量添加剂,确保沥青稳定性的同时提高其抗裂性能;三是尽可能选用空隙率低、密实度高的面层;四是近两年选用表面粗糙、坚硬、耐磨性强、粘附性好且具有嵌挤作用的集料,并注重级配的控制,且确保级配在较高温度下具备较强的稳定性能。低温具有抗疲劳和抗裂性能,确保基层的耐久性。
(三)注重基层表面清理
在透层喷洒之前,应全面清除基层表面,以便于透层渗透防水层粘结性能,当不能满足清除标准时,应采用人工的方式用钢刷并借助高压水枪一同清理,确保基层顶面的有部分集颗粒外露,并对基层光面进行凿毛、打毛处理,一般水温石子露出即可。
(四)设计科学合理的应力吸收层
一是做好应力吸收薄膜的设置工作。应力吸收薄膜能够有效地抑制裂缝的产生,对裂缝的扩展具有非常明显的延缓作用,能够使应力强度因子大大降低,具有较强的防裂效果。二是沥青路面采用土工格栅加筋的措施。这种措施能够对较大病害裂缝(车辙裂缝、疲劳裂缝及反射裂缝),取到积极有效地预防作用。格栅类型的不同,其不性能也具有较大的差别。三是做好新铺设的半刚性基层,应做好裂缝预防工作。對于新铺设的半刚性基层,可以在它的上面进行锯缝处理。在碾压结构层之前,应该在基层上切割一条缝。缝宽0.5cm,将沥青砂填在其中,也可以用沥青乳液进行填筑。随即,快速封闭切缝,然后再碾压该层。其目的就是预先制造更直、更多规则间距的裂缝,这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小,从而避免裂缝边缘的快速恶化或减缓裂缝贯穿沥青层。
总之,随着我国现代城市建设的不断发展,市政道路工程需求越来越多,路面裂缝的预防和处理工作到位与否直接关系到市政道路工程的质量,轻则影响公路的外观,重则威胁到人们生命财产的安全。因而作为施工企业,应注重自身专业技术水平的提升,在市政道路施工中,坚持质量和安全高于一切的基本原则,以严谨负责的态度投入市政道路施工中,从而提高市政路面的质量,延长市政路面使用寿命。
关键词:市政工程;路面裂缝;防治措施
改革开放以来,随着我国经济的飞速发展,以及现代城市化建设的需求,市政工程迅速崛起。在市政工程施工中,道路路面的裂缝就是最为常见的问题之一,也是公路沥青路面出现质量问题最多的一。
一、市政道路瀝青路面裂缝的危害
由于环境温度、交通荷载等因素的影响,沥青路面初期产生的裂缝对沥青路面使用性能常无明显影响,但由于半刚性基层自身干缩和温缩应变胀缩产生的拉应力超过半刚性基层自身的极限抗拉强度,使其从强度薄弱处产生断裂,随着路面使用时间的延长,已有的裂缝逐渐向上扩展到路表,横向裂缝不断增加,缝宽不断增大,横向裂缝再不断附生纵向裂缝,最终形成大小不等独立板块,在表面水的作用下,致使裂缝附近基层的含水量加大,甚至饱和。其结果是路面强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷、唧浆和沉陷等现象,聚终导致路面很快产生结构性破坏,使道路结构逐渐丧失承载能力这些病害,如得不到及时治理,对车辆形成一种潜在的危害,也极大地缩短道路的服务寿命。
二、沥青路面裂缝的主要类型与表现
沥青路面裂缝大体分为两种类型:一种是荷载型裂缝,即主要由于行车荷载作用下产生的裂缝。在车辆荷载作用下,半刚性基层底部产生拉应力,如果拉应力大于基层材料的抗拉强度,则基层底部很快开裂,直至影响到沥青面层;另一种是非荷载型裂缝,以温度裂缝为主的低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝由于施工工艺不当或使用了不合格材料产生的裂缝。两种类型的裂缝按其形状又基本分为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和反射裂缝四种。
(一)横向裂缝
横向裂缝可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
1、非荷载型裂缝:这种裂缝主要是由于沥青面层温度变化而产生温度裂缝和基层温缩开裂引起的反射裂缝和对应裂缝。温度裂缝,包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝。温度裂缝很普遍,在我国北方地区尤为严重。冬季随着温度下降,沥青材料变得越来越硬,并开始收缩,沥青表面的收缩受到其底部的约束,从而产生拉应力或拉应变,而拉应力或拉应变一旦超过沥青昆合料的允许能力时,就将形成低温收缩裂缝。另外由于昼夜温差较大,在其温度应力的反复作用下,也将使沥青路面产生温度疲劳裂缝。此外基层的开裂会反射到面层,形成沥青表面裂缝,尤其是在冬季,沥青面层较硬,受拉承受能力很小。基层的开裂、表面的温度应力和行车荷载产生的拉应力互相作用形成裂缝。
2、荷载型裂缝:由于车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝,一般称之为荷载型裂缝。在车辆荷载的作用下,基层的底部将产生拉应力,当拉应力超过基层材料的抗拉强度时,则其底部会出现开裂。在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝会逐渐扩展到上部,使沥青面层也开裂破坏。若路面结构强度不够,则这种裂缝会迅速增长,使路面局部承载力不足而产生裂缝。
(二)纵向裂缝
1、损坏特征:与道路中线大致平行的长直裂缝,有时伴有少量支缝。这类裂缝通常由路基、基层沉降,或施工接缝质量或结构承载力不足而引起。路基、基层沉降引起的纵缝,通常断断续续,绵延很长;施工搭接引起的纵缝,其形态特征是长且直;而结构承载力不足引起的纵缝多出现在路面边缘,由于路基湿软造成承载力不足,从而导致纵缝。
2、形成原因:主要是旧路基拓宽地段,新老路基结合部的不均匀沉降,土质台阶处理不规范、分层填筑厚度及压实度控制不严,多形成于新老路基结合部的上面或道路中间处,尤其在有表面水渗入的情况下,这些地段往往是纵向裂缝的高发区。
(三)网状裂缝
相互交错的裂缝将路面分割成形似网状或龟纹状的锐角多边形小块,块的尺寸小于50cm×50cm。其最初形态是一条或几条平行的纵缝,随着荷载重复作用次数的增加,平行纵缝间出现了横向、斜向连接缝,形成多边的、锐角的、形似网状、龟裂状的裂缝形式。其产生的主要原因是纵横裂缝出现后继续扩展;沥青的性能差,尤其是低温抗变形能力过低;路面结构中含有软弱夹层,粒料层松动,水稳定性差,从而形成网状裂缝;沥青总体强度不足,在损坏初期形成网裂,随后裂缝逐步扩展,缝间距变小。
(四)反射裂缝
基层产生裂缝后,在温度和行车荷载作用下,裂缝将逐渐反射到沥青表面,路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。其产生的主要原因是在已经开裂的旧沥青、旧水泥路面上加铺沥青面层,由于温度的变化(降低),老路面的裂缝继续拉开,从而使新铺层在旧裂缝处断开;由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝;新铺半刚性基层随着混合料中水分的减少产生干缩和干缩应力,从而产生开裂,反射到沥青面层。
三、市政工程道路路面裂缝的主要原因
(一)技术标准低
我国的市政标准使用时间较长,而且在很长时间内都没有更新,90版从1990年执行到2008年近18年标准没有更新,而近二十年、特别是近十年随着国民经济的迅猛发展,城市建设也日新月异,城市公路建设跟着飞速发展,二十年前所积累的经验数据来规范现代化建设,显然已经不能满足。由于旧的试验技术和仪器设备的欠缺原规范所规定的检测项目和指标也不能控制工程质量,导致虽然技术指标合格,但工程并不能满足使用功能,造成破损,裂缝等。 (二)集料生产不规范
由于我国没有统一的执行标准,生产施工材料的企业大部分都没有正规的职业资格,因此生产的施工材料质量不能满足施工要求,牛产企业都为小型私人企业,质量意思淡薄,难以从源头控制材料质量。特别市政工程受地方保护影响,材料大都被区域地方民众垄断,施工企业很难控制。造成不用则却的现象。生产的碎石材料特别是粉尘和软石含量过高超过3%,这两项指标是影响沥青混合料内在质量的关键因素,会使沥青粘度降低,混合料强度降低。
(三)施工质量不过关
例如在市政道路基层施工中,基层施工质量不好,基层在施工时混合料拌和不够均匀,混合料级配、含水量、厚度和压实度不均匀,表面不平整,集料离析等因素造成基层整体不均匀性较大,在行车道上经过重车荷载的不断碾压,在基层的薄弱处逐渐反映到沥青面层上来,就会出现路面裂缝。
四、市政工程中路面裂缝的防治措施
(一)开展基于路面稳定性强和抗压强度高为宗旨的路基质量控制工作
路基是确定路面质量的根本,路基质量好坏将直接关系到路面的稳定性和抗压强度,为更好的预防裂缝的出现,应从路基质量开始预防,开展基于路面稳定性强和抗压强度高为宗旨的路基质量控制工作。应做好以下几方面的工作:一是严格按照公路路基填筑要求进行施工,保证路基强度要求达标;二是严格挑选填筑材料,通常应选用砂土;三是路基控制深度必须大于设计深度,预防裂缝的出现。这是因为路基经过车辆长期碾压之后,路基的实际深度比设计深度要大,一旦没有处理超过部分的地基,就会导致裂缝的出现。四是严格控制路基的压实度,路基压实度不达标,就会影响路基强度性能,因而必须注重每一层松铺厚度的控制通常采取插杆挂线的方式且厚度在30cm以下,并进行压实度试验,如不达标则应立即整改,从而确保路面稳定性强且抗压强度高。
(二)注重防裂材料的选用
一是基层的半刚性材料不仅需要具备较大的抗水冲刷性能,还应确保其干缩与温宿系数较低,且具备抗拉性能好、温差变化小等特点;二是面层材料应选用松弛性能高的沥青,如改性乳化沥青,并根据需要增添适量添加剂,确保沥青稳定性的同时提高其抗裂性能;三是尽可能选用空隙率低、密实度高的面层;四是近两年选用表面粗糙、坚硬、耐磨性强、粘附性好且具有嵌挤作用的集料,并注重级配的控制,且确保级配在较高温度下具备较强的稳定性能。低温具有抗疲劳和抗裂性能,确保基层的耐久性。
(三)注重基层表面清理
在透层喷洒之前,应全面清除基层表面,以便于透层渗透防水层粘结性能,当不能满足清除标准时,应采用人工的方式用钢刷并借助高压水枪一同清理,确保基层顶面的有部分集颗粒外露,并对基层光面进行凿毛、打毛处理,一般水温石子露出即可。
(四)设计科学合理的应力吸收层
一是做好应力吸收薄膜的设置工作。应力吸收薄膜能够有效地抑制裂缝的产生,对裂缝的扩展具有非常明显的延缓作用,能够使应力强度因子大大降低,具有较强的防裂效果。二是沥青路面采用土工格栅加筋的措施。这种措施能够对较大病害裂缝(车辙裂缝、疲劳裂缝及反射裂缝),取到积极有效地预防作用。格栅类型的不同,其不性能也具有较大的差别。三是做好新铺设的半刚性基层,应做好裂缝预防工作。對于新铺设的半刚性基层,可以在它的上面进行锯缝处理。在碾压结构层之前,应该在基层上切割一条缝。缝宽0.5cm,将沥青砂填在其中,也可以用沥青乳液进行填筑。随即,快速封闭切缝,然后再碾压该层。其目的就是预先制造更直、更多规则间距的裂缝,这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小,从而避免裂缝边缘的快速恶化或减缓裂缝贯穿沥青层。
总之,随着我国现代城市建设的不断发展,市政道路工程需求越来越多,路面裂缝的预防和处理工作到位与否直接关系到市政道路工程的质量,轻则影响公路的外观,重则威胁到人们生命财产的安全。因而作为施工企业,应注重自身专业技术水平的提升,在市政道路施工中,坚持质量和安全高于一切的基本原则,以严谨负责的态度投入市政道路施工中,从而提高市政路面的质量,延长市政路面使用寿命。