沥青路面早期破坏原因及防止措施

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  摘要 本文针对沥青路面早期常见病害产生的原因进行分析,并根据其成因从设计、施工、养护管理方面提出一些预防和改善措施。
  关键词沥青路面早期破坏原因对策
  中图分类号: U416.217 文献标识码: A 文章编号:
  沥青路面具有表面平整、坚实、无接缝、行车舒适、耐磨、噪声低、施工期短、养护维修简便且适宜分期修建等优点,在公路与城市道路中已得到广泛应用。但就已建公路而言,有相当部分使用期达不到设计使用年限,甚至有的路面通车当年或第二年就出现部分破损,严重影响了车辆行驶的安全性、舒适性,使维修期大大提前。沥青路面早期破损不仅加大了养护管理资金的投入,还在社会上造成了负面影响。
  沥青路面的早期破损是指沥青路面在设计寿命期前1/4~1/3期间内,所发生的各种形式的路面破坏。沥青路面早期常见病害主要包括裂缝、拥包、沉陷、车辙、坑槽等。造成沥青路面早期破坏因素很多,主要涉及设计、施工、养护管理等方面。本文将从以上三方面分析沥青路面早期破坏的原因以及根据成因应采取的预防及改善措施。
  
  一、沥青路面早期破坏原因
  1.设计方面
  (1)结构设计不合理
  沥青面层结构选用不当、混合料类型不合理。根据沥青路面设计规范,沥青面层除应满足车辆的使用要求外,还应满足防止雨水下渗等要求,宜选用粒径较小,空隙也较小的级配混合料,尽量采用小粒径沥青混凝土,以提高沥青路面面层的防渗性。对于选用中粗粒式沥青混凝土或开级配或半开级配沥青碎石的路面,必须在沥青面层下设置下封层,防止雨水渗入。
  (2)旧路补强时路面厚度设计不当 北京地区实施的公路大修工程,为了充分利用老路并节约土地及投资,往往最大限度的利用旧路线位及结构层。按照公路补强设计的一般要求和科学态度,补强设计前宜先对所利用的路段狀况进行客观评估,根据旧路状况(特别是强度弯沉指标)确定利用旧路的方案及补强厚度。但有些设计单位没有经过认真细致的调查,大致给出一个补强厚度及路段桩号就草草了事,结果导致许多补强路段补强后弯沉值大于设计值,造成新路强度不足,早期破坏严重。
  大于设计值,造成新路强度不足,早期破坏严重。
  (3)设计与路段实际情况相差大前期调查不细,路面所处路段的土质和水文情况与实际出入大,使得路面设计参数不合理。
  2.施工方面
  (1)路基施工缺陷的影响
  主要表现为软土地基处理不彻底和路基压实不足。
  在公路建设中,不可避免地有部分路段要穿过水田、沼泽、淤泥地段等软土地基,路基软土地基不稳定、地基换填或挤淤处理不彻底、路基填料的液限偏高、软基地段处理后没有沉降稳定就进行沥青路面修筑,往往会发生路基失稳或过量沉陷,从而导致沥青路面破坏或不能正常使用。
  路基压实是路基施工过程中的重要工序,亦是提高路基路面强度与稳定性的技术措施之
  
  一、由于路基压实度不足,出现不均匀沉陷,则会导致沥青路面出现纵向裂缝和横向裂缝(局部路段压实不足)。在所通车的各级公路中,“桥头跳车”是一个普遍存在的质量通病,就主要是由于桥台与路基衔接处压路机碾压不到位,造成局部路段路基压实度不足而出现路面坑洞、横裂,从而出现桥头沉陷、跳车等现象。
  (2)路面基层施工缺陷的影响
  ①由于抢工期、赶进度、造成料源紧缺,原材料质量难以保证。如混合料含水量较大或细集料偏多,在碾压过程中会使基层表面出现灰浆,形成光滑的表面层,降低了路面面层与基层之间的摩擦系数,也容易在行车过程中出现路面推移破坏。
  ②压实不足。在最大干密度确定的情况下,基层的压实度与混合料中粗、细集料的比例特别是粗粒料的含量密切相关,当粗粒料含量很大时,即使压实度超过100%,也并不表示该基层已经密实,反而会导致沥青路面产生坑槽、松散等病害。
  ③基层表面平整度差或出现高程、横坡不适现象。出现这些现象后,只能在路面面层部分进行调整,容易出现推移拥包病害。
  ④半刚性基层没有合理的龄期,基层的强度和剐度达不到规范要求,造成基层网状开裂,若反射到面层,即为面层出现网状开裂。水从裂缝处下渗到路基中,在行车荷载作用下会出现淤泥,造成沥青面层的早期破损。
  (3)透层油的影响
  透层油喷洒效果的好坏,将直接反映到面层的使用效果。在喷洒透层油时,施工单位都能按规范要求清扫基层和控制透层油喷洒量,但往往忽视了透层油的黏度控制指标。几年来,通过观察及多次试验发现,当透层油黏度过小时,渗透效果较好,均能达到l0mm以上,但对基层表面的固结效果较差,更起不到基层与面层的黏结作用,使面层容易出现推移破坏;当透层油黏度较大时,则渗透效果较差,达不到规范要求的5mm渗透效果,起不到透层油的作用。施工中还发现,不同的基层类型及基层含水量对透层油的黏度要求也不同,这就要求在喷洒透层油之前要通过多次试验找出透层油配制的最佳配合比,使透层油达到最佳效果。
  (4)沥青面层本身的破坏
  这是造成沥青面层早期破损的主要原因。根据影响因素又分以下几种情况:
  ①水损坏
  由沥青面层本身的原因引起的路面早期破坏有沥青面层松散、坑洞、泛油、麻面等。实践证明,沥青面层破坏的一个很重要的原因是水。沥青面层中水的来源有地表水和地下水,但主要是地表水渗到沥青面层中而不能排出,在汽车荷载及温度变化作用下,沥青面层产生早期破坏。在表面层施工中,有些施工单位为了追求行车舒适性,片面强调平整度,或是为了经济利益,担心结构层厚度,而忽视了对压实度的控制,导致路面压实不足,孔隙率过大,沥青面层的水无法排出,混合料在饱水后石料与沥青黏附力降低,易发生剥落、松散,降低沥青路面的抗剪强度。冬季降水后,水冻结时体积增大约9%,在沥青路面内部产生冻胀应力;温度升高,在冻融循环的作用下,沥青混合料松散,从而出现坑洞等早期破坏。②沥青面层颗粒离析沥青面层集料粗细颗粒离析,局部粗集料偏多,细集料偏少,则不易压实,矿料与沥青的黏结力小,抗剪强度低,容易出现松散;局部细集料偏多,粗集料偏少,热稳定性差,则容易出现车辙、拥包等破坏。其主要原因有以下几个方面:
  主要原因有以下几个方面:
  a.集料颗粒组成不均匀。在沥青面层施工高峰期,对混合料的需求量大,料源紧张,往往一家供不应求,需要几家供料,各家生产规格又有差异,造成了集料颗粒组成均匀性太差。
  b.矿粉的细度对沥青混合料质量至关重要,矿粉粒度小,比表面积大,其比表面积在沥青混合料中约占矿料比表面积的80%。在沥青混合料中沥青与矿粉的相互作用影响沥青混合料的抗剪强度。据相关资料表明,当矿粉较目标配合比时的矿粉平均粒径增大1倍时,则矿粉比表面积是原比表面积的1/4。
  这样,就会有较多的沥青不能直接与矿粉表面相互作用形成结构沥青,而是形成了较多的自由沥青,降低了沥青与矿料之间的黏结力,高温季节在行车荷载的作用下会形成泛油,因此在沥青混合料拌制中控制矿粉的质量十分重要。
  c.运输和摊铺过程中造成粗细颗粒离析。沥青混合料从拌和机向运料车上放料时,由于落差大,易出现沥青混合料离析。沥青混合料从运料车上倒入摊铺机受料斗时,将会再次出现离析。当运料汽车倒完一车料开走后,摊铺机受料斗两翼板上积料含粗集料较多,细集料较少,所以受料斗两翼应及早翻动,使积存料与较多的混合料混合,减少混合料离析。 ③沥青混凝土铺装层偏薄 在水泥混凝土桥面上加铺沥青混凝土铺装层时,有的设计桥面铺装层厚度偏薄,有的厚度小于5cm;加上其层间不按规定均匀洒布黏层油,使得汽车高速行驶时,轮胎后产生真空吸力,在行车荷载作用下,容易出现坑洞。
  ④低温季节施工
   沥青面层施工时,如果施工期安排太晚,环境气温较低,摊铺后沥青混合料的表面温度迅速降低,不能及时成型稳定而出现裂缝,造成沥青路面松散、坑槽。
  3.养护管理
  (1)超限超载车辆对路面的影响
  引起沥青路面早期破损的后天因素中最主要的就是超限起载运输。一条混合交通的普通公路,最先破坏的是行驶重车较多一侧的行车道路面面层。在沥青路面运行早期,沥青混合料中的颗粒构成尚不稳定,处于微移动阶段,沥青路面结构层的抗弯拉强度及抗冲击强度均没有达到最佳值。而早期重型车的通行使结构层的拉应力远远大于沥青面层的抗弯拉强度,经车轮重复碾压,形成车辙,出现推移拥包,直接导致沥青路面的稳定性破坏。据有关资料表明:核定载重为8t的车辆,如果每超载1倍的话,则该车辆对路面的作用次数相当于正常装载车辆的16倍。而且超限车辆的增加对公路路面的破坏程度以几何级数增长,使沥青路面的使用年限缩短50%~60%。
  (2)养护不及时沥青路面出现小面积松散、个别小坑槽后,未及时进行养护,导致地表水侵入,使沥青路面面层大面积破坏。
  (3)排水设施排水不畅
  混合交通公路一般都穿过村镇街道,而村镇街道大多排水不畅,每次降雨,使大量的地表水积聚在公路路面及路基范围内,使公路成为了排水沟,路面在饱水状态下承担车辆荷载,从而导致大面积破坏。
  
  二、沥青路面早期破坏对策
  1.建立北京地区现阶段沥青路面大修设计典型结构
  为了进一步加快北京市公路交通现代化建设步伐,结合交通部“安全、舒适、美观、和谐、耐久”的新理念(路面大修主要满足安全、舒适、耐久的要求),针对北京地区实际情况和实践经验,路政局制定了现阶段沥青路面典型结构,供不同技术等级和和交通量设计选择,以减少设计的随意性,增加科学性。
  2.施工对策
  (1)路基施工预防措施
  对软土地基,一方面要根据软基情况采用可行方案进行认真的加固整治,对高路堤、软基处理、填挖结合处、结构物两端填土等重点部位的施工重点监控。为消除桥头沉陷,对桥头部分填土,可用整体性好的材料如砂砾、石灰土、二灰(石灰与粉煤灰)混合料填筑。对局部边角压路机无法碾压处,可采用水泥石灰粉煤灰浆灌注。一方面要留有比较长的沉降时间。在没有足够的沉降时间而又急于通车的软土路基路段,可先将路面结构修筑成变形适应能力强的柔性路面结构,在其上可先铺一薄层沥青面层作为临时性路面,待路基沉降基本稳定后,再在其上修筑正式的半刚性基层沥青路面。这样半刚性基层的整体性不会遭到破坏,也可节约建设资金。
  (2)路面基层施工的预防措施
  改善基层材料级配,控制最佳含水量。改进碾压方法,避免过振过湿,不能使基层顶面形成灰浆硬壳,也不能用细料进行压实后找平。重视半刚性基层的养护,并保证基层达到足够的龄期后才能进行沥青面层的施工。由于半刚性基层沥青路面不可避免会产生反射裂缝,可以采用在基层和底面层之间铺设工布或土工格栅来延缓裂缝的发生或加劲处理。
  及时洒布透层油。根据近年来的施工经验,对于半刚性基层,透层油应以慢裂型乳化沥青为宜。用沥青洒布车喷洒时,应保持稳定的车速和喷洒量,不能流淌和形成油膜,更不能有空白,并立即撒布2~3m3/1 000m2的石屑或粗砂,用6t钢筒式压路机稳压一遍,然后将多余的浮料扫走,以免形成“夹层”。
  (3)沥青路面施工的预防措施
  ①加强原材料的检验和沥青混合料材料配合比的控制
  沥青的选择特别重要,特别是对于重交通量道路,要首选优质沥青。由于北京气候特点是四季分明,国产或进口沥青。现在北京地区用的绝大多数是盘锦90号沥青。在条件许可的情况下,可在沥青中掺加各种类型的改性剂,以提高其性能指标。
  集料的选定,主要是要判定粗集料、细集料酸碱性,对于有些矿石材料象玄武岩、石英岩、花岗岩等本身就带酸性,由于沥青含有沥青酸显酸性,如果两种酸性物质结合在一起大大降低了互相之问的化学吸附力,因此沥青与集料容易剥离。在这种情况下应采用石灰岩、矿碴磨成矿粉或者直接加入一定的抗剥离剂,增强沥青混合料的化学吸附力。在用玄武岩等酸性石料对作粗集料时,可用不超过矿料总量2%的消石灰粉作填料(矿料)。此外,对粗集料的压碎值应有较高的要求,保证路面具有一定的抗压和抗滑能力。
  ②铺筑试验段。通过铺筑试验段确定以下数据:机械设备型号、数量和组合方式、虚铺系数、摊铺温度和速度、压实顺序、碾压温度速度和遍数等数据。通过铺筑试验段来验证施工方案的可行性,并对施工方案作进一步的修改、充实和完善,以指导路面大面积施工。
  ③加强施工过程中的质量管理。具体要抓好以下几方面:
  a.严格控制沥青混合料的拌和质量,拌和过程中发现“糊料”或“离析”等异常情况应立即进行处理;加大马歇尔试验频率,严格控制沥青混合料的油石比、稳定度、流值等指标,必要时对混合料进行特殊配合比设计。
  b.提高面层摊铺质量。摊铺机摊铺时应该匀速、不停顿地连续摊铺,严禁时快时慢。在摊铺过程中,应尽量避免停机。在中途万一出现停机,应将摊铺机熨平板锁紧不使下沉;在气温10℃以上時停顿时间不要超过10min。停顿时间超过30min或混合料温度低于100℃时,要按照处理冷接缝的方法重新接缝。
  c.纵横缝处理
  施工中采用联合摊铺时纵向接缝采用热接缝。施工时应将已铺混合料部分留下10~20cm宽,暂不碾压,作为后续部分的基准面,然后作跨缝碾压以消除缝迹。当半幅施工或因特殊原因而产生纵向冷接缝时,宜加设挡板或加设切刀切齐,也可在混合料尚未完全冷却前用镐刨除边缘留下毛茬的方式,但不宜在冷却后采用切割机作纵向切缝。加铺另半幅前应涂洒少量沥青,重叠在已铺层上5~10cm,再铲走铺在前半幅上面的混合料,碾压时由边向中碾压留下10~15cm,再跨缝挤紧压实。或者先在已压实的路面上行走碾压新铺层15cm左右,然后压实新铺部分。表面层的纵缝应顺直,且宜设在路面标线位置上。
  上行走碾压新铺层15cm左右,然后压实新铺部分。表面层的纵缝应顺直,且宜设在路面标线位置上。
  高速公路和一级公路的表面层横向接缝应采用垂直的平接缝,以下各层可采用自然碾压的斜接缝,其他各级公路各层均可采用斜接缝。横向接缝应尽可能留在桥梁构造物的伸缩缝处。因为国内伸缩缝隙目前普遍推广采用反切割法进行施工处理,如果路面接缝留在此处,即使平整度有些偏差,也可以通过伸缩缝施工进行处理。
  d.碾压。配备数量、吨位满足压实要求的压实设备,在不影响质量的前提下尽快完成碾压,防止温度太低造成碾压不均匀,要求操作人员严格按规程进行碾压,提高压实质量和压实效果。
  ④推广使用新材料、新设备。如近年来改性乳化沥青透层油、黏层油,沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)、碎石沥青混凝土(SAC)、土工合成材料等在沥青路面中的应用对减少和和延缓沥青路面早期破坏起到了积极作用。
  3.养护管理
  (1)对车辆限载
  公路部门加强路政管理,严格执法稽查,坚决制止超重超限车辆通行,对于违反规定者,不应以应罚代限,而应采取卸载、禁行、交由公安部门处理等强制手段。
  (2)建养并重,及时养护
  路面隐患多在交工后1~2年内显露出来,因此应特别重视路面交工后至竣工验收阶段的养护管理,做到及时养护,把病害消灭在萌芽期。此外要保证排水设施畅通,特别是在雨季到来之前,要及时疏通排水系统,以免积水渗入路基、路面,影响路面强度和稳定性。
  
  三、结语
  沥青路面早期破坏成因复杂,不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关,而且与路面形成后的使用、养护和管理联系紧密。因此,为了延长沥青路面的使用周期,提高投资效益,需要设计、施工、养护管理各方主体共同努力,按照行业规范标准,结合工程实际,有针对性地采取一系列预防和改善措施,才能减少沥青路面早期破损的发生,从而提高沥青路面的建设质量。
  
  参考文献:
  [1]中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范.北京:人民交通出版社,2004.
  [2]中华人民共和国交通部.JTJ 073.2-2001公路沥青路面养护技术规范.北京:人民交通出版社,2001.
  [3]中国公路建设行业协会,重庆交通学院,长沙理工大学主编.公路工程施工项目管理实务.北京:人民交通出版社,2005.
  [4]交通部公路司.公路工程质量通病防治指南.北京:人民交通出版社,2002.
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