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摘要:沥青路面病害是公路工程常见的病害之一,文中着重介绍了路面病害的表现形式、产生原因及相关处理方式。
关键词:沥青路面 裂缝 变形 行车荷载 防水层
0 引言
一般来说,沥青混凝土公路相较于普通混凝土公路有着一定的优势,比如在地质条件的适应性、行车舒适程度以及维护保养方面,要比普通混凝土公路更具优势。根据一般沥青混凝土公路的设计施工经验,基本上其设计的使用年限为15年,但是在实际使用过程中,沥青混凝土公路由于种种原因,个别特殊的地段,其路面使用不到2年,就会出现各种质量损害问题。
1 沥青路面出现裂缝的基本形式及其成因分析
1.1 纵向裂缝 纵向裂缝,裂缝的大致方向和路面的车辆行驶方向保持一致,但其长度和宽度则会因不同的路面地段而有所不同。从裂缝出现的位置来看,在车辆轮胎印痕明显的位置裂缝往往较多,行车道上面的裂缝也较多。纵向裂缝的缝隙宽度基本上是在5~10mm之间,有的裂缝可能较长,能够前后延伸几十米,特殊地段的裂缝能够达到数百米。沥青路面形成纵向裂缝的基本原因分析:①地基原因。地基地势较低,在雨季容易受到雨水的浸泡,而在沥青公路的设计施工时,填土后没有进行相关沉降处理,或者沉降时间较短,不符合实际公路技术标准。②路基施工原因。在铺设路基时,用于铺平的填料粘土,质地不够密实,而且压实过程时间较短,在路基的边缘地带,压路机的碾压强度不够,造成了边缘的沉降。
1.2 横向裂缝 横向裂缝:裂缝直接横穿在公路两侧,和公路的的中心线基本上是垂直交叉。
沥青混凝土公路的横向裂缝原因分析:一般是由于公路所处地段的气温与沥青面层的半刚性基层材料的适应程度有关。根据众多实验研究,发现沥青混凝土公路的横向裂缝是非常常见的问题,很少有不出现的。
1.3 基层反射裂缝 由于公路的基层材料容易失水收缩,这就会引起比较规则的的横向裂缝,此外,温度对于基层材料也会有明显的影响,比如冬季气温的突然降低,就会导致基层材料收缩开裂。
1.4 沥青砼的温缩裂缝 根据沥青的自身属性及其相关特点,它的使用过程收到温度的影响比较大,在冬季,由于气温较低,其粘性和弹性就会降低,不易和其他混合材料融合,干脆的沥青混合料,在受到重力积压时,很容易开裂或形变。
1.5 不均匀沉降引起的横向裂缝 在不同的地方,其地质结构不同,处于比较明显的结合处的公路,会因为地质结构的不同,产生不同水平的沉降,有的地质结构坚实,有的松软,这就对沥青公路的铺设提出了不同的要求。若是不能很好衔接不同地质构造的路基,就会发生沉降不均。
2 路面沉陷与脱落等的原因分析
2.1 施工质量差 从总体上来看,施工质量对于公路的寿命有着最直接的影响,在施工环节,涉及到诸多环节,物料的搅拌,基层材料的铺设,都会影响实际路面强度,在压实环节,压路基压实的不够致密,固板之间结合的不够紧密等,都会影响施工的整体质量。
2.2 沥青路面空隙率过大 由于沥青混合料生产的变异性大、摊铺过程中沥青混合料局部离析和路面压实不够等多种原因造成沥青路面空隙率过大,使雨水极易浸入,滞留在路面面层中。
2.3 车辆油渍污染 因车辆维修或翻车等原因,汽车用油渗入路面空隙,使沥青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。这种原因形成的坑槽往往较深,有的甚至达到整个沥青面层厚度。
3 路面产生推移和车辙的原因分析
3.1 行车荷载的影响 沥青混凝土高速公路,其路面的承重力是有一定限制的,但是现在随着大型车辆的使用,很多超重车辆在公路上行驶,行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的辙槽。大型的重车普遍超载, 轴载对路面的作用力增大,并导致当量标准轴载作用次数大大增加,加速车辙、推移的形成。
3.2 基层施工质量差 由于基层的厚度达不到相关技术要求,或者基层的材料、施工、养生不当,也会引起基层整体强度不足,使得路表变形过大而形成辙槽和推移。
3.3 沥青面层高温稳定性差 沥青混合料是一种弹塑性材料,如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不均匀,会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低,在车辆的反复碾压下,路表变形过大,并使得面层混合料产生横向流动而形成辙槽和推移。
4 路面产生泛油和拥包的原因分析
4.1 混合料组成设计不当 混合料中沥青用量过多或空隙率过小,在车辆荷载反复作用下,多余沥青由下部泛到路表而形成泛油、拥包病害。
4.2 混合料拌和控制不严 在沥青混合料拌和时,矿粉等细料含量较难准确控制。如细料含量过少,混合料比表面积较小,则沥青用量相对较多,也易泛油、拥包。
5 处理措施
5.1 裂缝的处理 选择适合当地环境条件的沥青混合料类型;减少施工摊铺中混合料的离析;规范基层、底基层养生方法与时间;选择适宜的水泥品种,延长初凝时间。
5.2 凹陷和脱落的处理 提高对沥青各项性能指标的控制精度,比如对基层施工工艺的准确控制,对碾压方法与遍数的精确量化,一定要避免唧浆现象的产生,在施工过程中要使沥青表面保持足够的强度,在施工期间,严禁车辆的活动,避免车辆行驶带来的震动,对施工场地的清除要干净彻底,将表层松动的粒料全部清理干净。
5.3 推移、车辙和平整度差的处理 面层集料的级配要合理,压实要充分;合理安排沥青面层的施工季节;开放交通的时间尽量长些。路面平整度是评价高速公路路面的两个主要使用性能之一,优良的路面平整度能保证大量车辆高速、舒适、安全地通过。江苏省在开始建设高速公路时就比较重视路面平整度,对路面平整度也提出了更高要求,实际上沥青路面的平整度也达到了一个新水平。在随后建设的高速公路沥青路面平整度要求为:表现平整度优劣的标准差(σ)达到约0.7~0.9mm,接近国际上的中等水平。通过分析沥青混凝土路面产生推移的原因,可以形成如下结论:①沥青混凝土路面的强度达不到相关技术要求,对外力没有强大的抵抗力,一旦受到外界强有力的干扰时,容易形成裂缝,并且会使部分路面与整体路面相互分离;②因为沥青混凝土路面的层与层之间没有有效的粘结,其粘合度较低,这样就降低了层与层之间的稳定性,并且相互之间的摩擦力作用发挥有限,在这种情况下,若是受到水平推力的作用,沥青混凝土面层就会不断产生下层滑动,这就是通常所说的位移现象。 预防措施分析,通过上述对产生推移的原因分析,可以知道,其预防措施也主要分为以下几种:①在充分实验论证分析的基础上,尽可能按照科学的原料配比,发挥每一种原料的最佳功能,使用的粒料和沥青必须要达到沥青公路的质量标准要求。②在具体的施工环节,技术工人要在施工负责人的领导下,认真做好好施工前的基础准备工作,并按照相关施工准则标准,切实把质量观念融入施工的整个过程,要使用先进的沥青公路施工技术,提高对厚度的控制精度,严格按照相关技术标准,把沥青公路最薄的地方建设完整。③对于下承层或路基强度不够而产生推移,可通过下承层与沥青混凝土面层之间加设土工合成材料来解决;④提高透层的施工标准,对其质量进行规范控制,在其中的下承层的清扫环节和乳液的撒布环节必须做到精细化施工,充分发挥透层油的粘结作用。
5.4 拥包、泛油的处理 要提高对原材料的质量控制,原材料的质量好坏,直接关系到路面的质量的高低,在物料的混合搅拌之前,要确定好油石比与沥青的含蜡量,分别对不同时间段和不同施工阶段的沥青的软化点和沥青混合料的稳定度进行检查, 对于那些不合格的材料要做到及时发现,并禁止使用。
经检测显示,沥青15℃延伸度是一项事关安全的耐久性的重要指标,根据相关技术标准,要达到100厘米以上。依据相关政策法规,比如,交通部在2005年1月1日开始实施的《公路沥青路面施工技术规范》,就十分明确地新增加“动力黏度”和“针入度指数”使用这两项指标对沥青公路进行验收,通过对9个省送检的共计62批样品的抽查检验,技术工作人员发现,其中进口沥青针入度指数指标只有38%达到A级沥青的水平,32%达到B级沥青的水平,30%的进口沥青针入度指标完全不合格,17%的沥青动力黏度不合格。
5.5 车辙预防措施和治理措施 高温材料的稳定,对于车辙的预防有着很好的作用。根据沥青混凝土公路的相关技术标准,采用改性沥青混合料是防止或延缓路面产生车辙的有效方法。
5.6 龟裂的处理措施 由于沥青路面受到的重力作用过大,超出了路面的正常承载负荷,在长时间的超载车辆的重压下,沥青的面层或稳定基层就会由于过度疲劳,而出现一条条不规则的裂缝。通常情况下,在沥青面层或基层底部,出现裂缝的现象较多。这是由于在面层或基层的底部,是受到最大荷载弯拉应力或应变的位置。裂缝传导至路面表层,在起初,只是形成一条或数条相互平行的纵向裂缝,而后随着车辆的超载行驶,受到过重的负荷,一些裂缝就会逐渐连通起来,有的就可能出现多边、锐角的小块,最后形成网状或龟纹状的裂缝。在实际的观察中,可以知道,那些重复荷载较重的位置,路面发生龟裂的现象最为严重。
该技术适用于处治发生大面积龟裂的沥青(渣油)路面。通过测出或计算出沥青路面厚度内(发生龟裂段)各个层面的受力状态,根据玻璃纤维布本身抗拉和变形能力及其与沥青混合料等相互使用的微观机理,将玻璃纤维布置在合适的各个层面上,并使得其整体受力和局部受力都能得到充分发挥,抗抵来自路基和基层(下部)的扩张力,温度应力和交通荷载产生的剪拉应力等组成的综合应力。该技术提供了对发生沥青龟裂路面是否适宜用玻璃纤维处治,及其施工工艺过程等技术资料。该项技术能够延长路面使用寿命,减少翻修改建次数。
6 结论
在21世纪,在高等级公路快速发展的同时,我国的路面设计和施工技术及管理水平将会进一步完善,新型材料也越来越多的应用到路面上。科技创新的环境将会得到改善,路面早期破坏现象将会逐步克服,在技术与经济相结合的原则指导下,路面设计将渐趋合理,既可用于养护又可用于新路面的薄面层和超薄面层将会兴起。沥青面层的功能,即抗滑能力、平整度和减少噪音将得到充分发挥和达到更高的水平。
参考文献:
[1]王向明.沥青路面不平整的原因及处理措施[J].公路与汽运,2005(2).
[2]苏关.沥青砼路面唧泥与脱空现象的探讨[J].公路与汽运,2006(2).
[3]王必贤.砼裂缝的成因及处理方法[J].公路与汽运,2006(2).
[4]周俊威.沥青路面平整度影响因素及改善措施[J].公路与汽运,2007(4).
[5]曹学文.沥青砼路面离析的危害和防治[J].公路与汽运,2007(3).
[6]叶敏杰,李炜.高速公路沥青路面平整度施工控制[J].中外公路,2005(3).
[7]JTG F40-2004,沥青路面施工技术规范[S].
[8]罗志刚,周志刚,郑健龙等.沥青路面水损害分析[J].长沙交通学院学报,2005(3).
[9]CJJ37-90,城市道路设计规范[S].
[10]JTGD20-2006,公路路线设计规范[S].
[11]张雨化.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2004.
[12]刘伯莹,姚祖康.公路设计工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2004.
[13]梁云龙,武振林.公路改造工程设计探讨[J].山西交通科技,2001(1).
关键词:沥青路面 裂缝 变形 行车荷载 防水层
0 引言
一般来说,沥青混凝土公路相较于普通混凝土公路有着一定的优势,比如在地质条件的适应性、行车舒适程度以及维护保养方面,要比普通混凝土公路更具优势。根据一般沥青混凝土公路的设计施工经验,基本上其设计的使用年限为15年,但是在实际使用过程中,沥青混凝土公路由于种种原因,个别特殊的地段,其路面使用不到2年,就会出现各种质量损害问题。
1 沥青路面出现裂缝的基本形式及其成因分析
1.1 纵向裂缝 纵向裂缝,裂缝的大致方向和路面的车辆行驶方向保持一致,但其长度和宽度则会因不同的路面地段而有所不同。从裂缝出现的位置来看,在车辆轮胎印痕明显的位置裂缝往往较多,行车道上面的裂缝也较多。纵向裂缝的缝隙宽度基本上是在5~10mm之间,有的裂缝可能较长,能够前后延伸几十米,特殊地段的裂缝能够达到数百米。沥青路面形成纵向裂缝的基本原因分析:①地基原因。地基地势较低,在雨季容易受到雨水的浸泡,而在沥青公路的设计施工时,填土后没有进行相关沉降处理,或者沉降时间较短,不符合实际公路技术标准。②路基施工原因。在铺设路基时,用于铺平的填料粘土,质地不够密实,而且压实过程时间较短,在路基的边缘地带,压路机的碾压强度不够,造成了边缘的沉降。
1.2 横向裂缝 横向裂缝:裂缝直接横穿在公路两侧,和公路的的中心线基本上是垂直交叉。
沥青混凝土公路的横向裂缝原因分析:一般是由于公路所处地段的气温与沥青面层的半刚性基层材料的适应程度有关。根据众多实验研究,发现沥青混凝土公路的横向裂缝是非常常见的问题,很少有不出现的。
1.3 基层反射裂缝 由于公路的基层材料容易失水收缩,这就会引起比较规则的的横向裂缝,此外,温度对于基层材料也会有明显的影响,比如冬季气温的突然降低,就会导致基层材料收缩开裂。
1.4 沥青砼的温缩裂缝 根据沥青的自身属性及其相关特点,它的使用过程收到温度的影响比较大,在冬季,由于气温较低,其粘性和弹性就会降低,不易和其他混合材料融合,干脆的沥青混合料,在受到重力积压时,很容易开裂或形变。
1.5 不均匀沉降引起的横向裂缝 在不同的地方,其地质结构不同,处于比较明显的结合处的公路,会因为地质结构的不同,产生不同水平的沉降,有的地质结构坚实,有的松软,这就对沥青公路的铺设提出了不同的要求。若是不能很好衔接不同地质构造的路基,就会发生沉降不均。
2 路面沉陷与脱落等的原因分析
2.1 施工质量差 从总体上来看,施工质量对于公路的寿命有着最直接的影响,在施工环节,涉及到诸多环节,物料的搅拌,基层材料的铺设,都会影响实际路面强度,在压实环节,压路基压实的不够致密,固板之间结合的不够紧密等,都会影响施工的整体质量。
2.2 沥青路面空隙率过大 由于沥青混合料生产的变异性大、摊铺过程中沥青混合料局部离析和路面压实不够等多种原因造成沥青路面空隙率过大,使雨水极易浸入,滞留在路面面层中。
2.3 车辆油渍污染 因车辆维修或翻车等原因,汽车用油渗入路面空隙,使沥青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。这种原因形成的坑槽往往较深,有的甚至达到整个沥青面层厚度。
3 路面产生推移和车辙的原因分析
3.1 行车荷载的影响 沥青混凝土高速公路,其路面的承重力是有一定限制的,但是现在随着大型车辆的使用,很多超重车辆在公路上行驶,行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的辙槽。大型的重车普遍超载, 轴载对路面的作用力增大,并导致当量标准轴载作用次数大大增加,加速车辙、推移的形成。
3.2 基层施工质量差 由于基层的厚度达不到相关技术要求,或者基层的材料、施工、养生不当,也会引起基层整体强度不足,使得路表变形过大而形成辙槽和推移。
3.3 沥青面层高温稳定性差 沥青混合料是一种弹塑性材料,如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不均匀,会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低,在车辆的反复碾压下,路表变形过大,并使得面层混合料产生横向流动而形成辙槽和推移。
4 路面产生泛油和拥包的原因分析
4.1 混合料组成设计不当 混合料中沥青用量过多或空隙率过小,在车辆荷载反复作用下,多余沥青由下部泛到路表而形成泛油、拥包病害。
4.2 混合料拌和控制不严 在沥青混合料拌和时,矿粉等细料含量较难准确控制。如细料含量过少,混合料比表面积较小,则沥青用量相对较多,也易泛油、拥包。
5 处理措施
5.1 裂缝的处理 选择适合当地环境条件的沥青混合料类型;减少施工摊铺中混合料的离析;规范基层、底基层养生方法与时间;选择适宜的水泥品种,延长初凝时间。
5.2 凹陷和脱落的处理 提高对沥青各项性能指标的控制精度,比如对基层施工工艺的准确控制,对碾压方法与遍数的精确量化,一定要避免唧浆现象的产生,在施工过程中要使沥青表面保持足够的强度,在施工期间,严禁车辆的活动,避免车辆行驶带来的震动,对施工场地的清除要干净彻底,将表层松动的粒料全部清理干净。
5.3 推移、车辙和平整度差的处理 面层集料的级配要合理,压实要充分;合理安排沥青面层的施工季节;开放交通的时间尽量长些。路面平整度是评价高速公路路面的两个主要使用性能之一,优良的路面平整度能保证大量车辆高速、舒适、安全地通过。江苏省在开始建设高速公路时就比较重视路面平整度,对路面平整度也提出了更高要求,实际上沥青路面的平整度也达到了一个新水平。在随后建设的高速公路沥青路面平整度要求为:表现平整度优劣的标准差(σ)达到约0.7~0.9mm,接近国际上的中等水平。通过分析沥青混凝土路面产生推移的原因,可以形成如下结论:①沥青混凝土路面的强度达不到相关技术要求,对外力没有强大的抵抗力,一旦受到外界强有力的干扰时,容易形成裂缝,并且会使部分路面与整体路面相互分离;②因为沥青混凝土路面的层与层之间没有有效的粘结,其粘合度较低,这样就降低了层与层之间的稳定性,并且相互之间的摩擦力作用发挥有限,在这种情况下,若是受到水平推力的作用,沥青混凝土面层就会不断产生下层滑动,这就是通常所说的位移现象。 预防措施分析,通过上述对产生推移的原因分析,可以知道,其预防措施也主要分为以下几种:①在充分实验论证分析的基础上,尽可能按照科学的原料配比,发挥每一种原料的最佳功能,使用的粒料和沥青必须要达到沥青公路的质量标准要求。②在具体的施工环节,技术工人要在施工负责人的领导下,认真做好好施工前的基础准备工作,并按照相关施工准则标准,切实把质量观念融入施工的整个过程,要使用先进的沥青公路施工技术,提高对厚度的控制精度,严格按照相关技术标准,把沥青公路最薄的地方建设完整。③对于下承层或路基强度不够而产生推移,可通过下承层与沥青混凝土面层之间加设土工合成材料来解决;④提高透层的施工标准,对其质量进行规范控制,在其中的下承层的清扫环节和乳液的撒布环节必须做到精细化施工,充分发挥透层油的粘结作用。
5.4 拥包、泛油的处理 要提高对原材料的质量控制,原材料的质量好坏,直接关系到路面的质量的高低,在物料的混合搅拌之前,要确定好油石比与沥青的含蜡量,分别对不同时间段和不同施工阶段的沥青的软化点和沥青混合料的稳定度进行检查, 对于那些不合格的材料要做到及时发现,并禁止使用。
经检测显示,沥青15℃延伸度是一项事关安全的耐久性的重要指标,根据相关技术标准,要达到100厘米以上。依据相关政策法规,比如,交通部在2005年1月1日开始实施的《公路沥青路面施工技术规范》,就十分明确地新增加“动力黏度”和“针入度指数”使用这两项指标对沥青公路进行验收,通过对9个省送检的共计62批样品的抽查检验,技术工作人员发现,其中进口沥青针入度指数指标只有38%达到A级沥青的水平,32%达到B级沥青的水平,30%的进口沥青针入度指标完全不合格,17%的沥青动力黏度不合格。
5.5 车辙预防措施和治理措施 高温材料的稳定,对于车辙的预防有着很好的作用。根据沥青混凝土公路的相关技术标准,采用改性沥青混合料是防止或延缓路面产生车辙的有效方法。
5.6 龟裂的处理措施 由于沥青路面受到的重力作用过大,超出了路面的正常承载负荷,在长时间的超载车辆的重压下,沥青的面层或稳定基层就会由于过度疲劳,而出现一条条不规则的裂缝。通常情况下,在沥青面层或基层底部,出现裂缝的现象较多。这是由于在面层或基层的底部,是受到最大荷载弯拉应力或应变的位置。裂缝传导至路面表层,在起初,只是形成一条或数条相互平行的纵向裂缝,而后随着车辆的超载行驶,受到过重的负荷,一些裂缝就会逐渐连通起来,有的就可能出现多边、锐角的小块,最后形成网状或龟纹状的裂缝。在实际的观察中,可以知道,那些重复荷载较重的位置,路面发生龟裂的现象最为严重。
该技术适用于处治发生大面积龟裂的沥青(渣油)路面。通过测出或计算出沥青路面厚度内(发生龟裂段)各个层面的受力状态,根据玻璃纤维布本身抗拉和变形能力及其与沥青混合料等相互使用的微观机理,将玻璃纤维布置在合适的各个层面上,并使得其整体受力和局部受力都能得到充分发挥,抗抵来自路基和基层(下部)的扩张力,温度应力和交通荷载产生的剪拉应力等组成的综合应力。该技术提供了对发生沥青龟裂路面是否适宜用玻璃纤维处治,及其施工工艺过程等技术资料。该项技术能够延长路面使用寿命,减少翻修改建次数。
6 结论
在21世纪,在高等级公路快速发展的同时,我国的路面设计和施工技术及管理水平将会进一步完善,新型材料也越来越多的应用到路面上。科技创新的环境将会得到改善,路面早期破坏现象将会逐步克服,在技术与经济相结合的原则指导下,路面设计将渐趋合理,既可用于养护又可用于新路面的薄面层和超薄面层将会兴起。沥青面层的功能,即抗滑能力、平整度和减少噪音将得到充分发挥和达到更高的水平。
参考文献:
[1]王向明.沥青路面不平整的原因及处理措施[J].公路与汽运,2005(2).
[2]苏关.沥青砼路面唧泥与脱空现象的探讨[J].公路与汽运,2006(2).
[3]王必贤.砼裂缝的成因及处理方法[J].公路与汽运,2006(2).
[4]周俊威.沥青路面平整度影响因素及改善措施[J].公路与汽运,2007(4).
[5]曹学文.沥青砼路面离析的危害和防治[J].公路与汽运,2007(3).
[6]叶敏杰,李炜.高速公路沥青路面平整度施工控制[J].中外公路,2005(3).
[7]JTG F40-2004,沥青路面施工技术规范[S].
[8]罗志刚,周志刚,郑健龙等.沥青路面水损害分析[J].长沙交通学院学报,2005(3).
[9]CJJ37-90,城市道路设计规范[S].
[10]JTGD20-2006,公路路线设计规范[S].
[11]张雨化.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2004.
[12]刘伯莹,姚祖康.公路设计工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2004.
[13]梁云龙,武振林.公路改造工程设计探讨[J].山西交通科技,2001(1).