淺析瀝青路面裂縫病害原因及措施
2016-01-25 
   引 言

   近年來(lái),為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,高等級(jí)公路在我國(guó)發(fā)展迅速。瀝青路面也叫瀝青面層。它是用瀝青材料作結(jié)合料,粘結(jié)礦料及其他外摻劑按要求比例混合、鋪筑而成的單層或多層結(jié)構(gòu)層,適用于各種交通量的道路,是當(dāng)前高等級(jí)道路大多采用的路面類型。

   瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)是:有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,能夠很好地承受車輛荷載施加的各種作用力;有一定的彈性和塑性變形能力,能夠承受較大的變形而不被破壞:表面平整、堅(jiān)實(shí)、無(wú)接縫,有良好的減振性,使行車平穩(wěn)、舒適而低噪聲;晴天無(wú)塵土,雨天不泥濘,與汽車輪胎有較好的附著力,可保證行車快速安全;施工時(shí)間短,開(kāi)放交通快,維修養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單方便,且瀝青路面可再生利用,有利于節(jié)約資源和工程成本,瀝青路面因?yàn)榫哂叙B(yǎng)護(hù)時(shí)間短、行車舒適、適應(yīng)性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)維修方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。但是公路瀝青路面因?yàn)榉N種原因輕易產(chǎn)生各種裂縫病害,如不及時(shí)處理將會(huì)影響道路的使用性能。

   一、工程概況

   工程項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)宜州市和忻城縣境內(nèi),宜州至忻城二級(jí)公路工程建設(shè)總長(zhǎng)度為56.3657公里,其中宜州境內(nèi)43.2817公里,忻城境內(nèi)13.0840公里,項(xiàng)目預(yù)算總投資11452.4766萬(wàn)元,該工程起于宜州市城南宜柳高速公路宜州互通立交處,途經(jīng)太平、石別、福龍、加仁、高陽(yáng)、潘水,終于忻城縣南面與已建成的忻城至合山二級(jí)公路相接,全長(zhǎng)按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),路基寬度為12米,路面寬為9米,路面為瀝青路面,設(shè)計(jì)行車速度為60公里/小時(shí),路線全長(zhǎng)56.3657公。2005年開(kāi)工建設(shè)2007年竣工通車。

   二、 路面早期破壞的原因

   1路基方面設(shè)計(jì)方面

  ?。?)設(shè)計(jì)與路段實(shí)際情況相差大,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。瀝青面層結(jié)構(gòu)選用不當(dāng),混合料類型不合理,瀝青混合料配比設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確。

  ?。?)路面厚度設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求,交通運(yùn)輸發(fā)展迅猛,路面回彈彎沉值逐漸增大,滿足不了交通量迅速增長(zhǎng)和汽車載重明顯增大的需求,瀝青路面過(guò)早產(chǎn)生疲勞破壞,路面網(wǎng)裂伴隨著縱向裂縫和形變產(chǎn)生。

   (3)路線設(shè)計(jì)未對(duì)路面排水系統(tǒng)詳細(xì)考慮,路線縱坡宜小于等于2%,凹曲線底部宜設(shè)計(jì)在涵洞處,并在邊坡上設(shè)急流槽,超高段盡量避免設(shè)在路塹地段,原則上要求考慮加深邊溝。

   2路基施工方面

   (1)路基填土含水量偏大,在凍脹作用下使路面形成裂縫。

  ?。?)路基碾壓不均勻,出現(xiàn)填土局部未壓實(shí)或兩側(cè)密實(shí)度不夠,使路基產(chǎn)生不同程度的沉陷,形成裂縫。

  ?。?)舊路拓寬時(shí),新舊路基銜接處理不符合技術(shù)規(guī)范要求,新路基壓實(shí)度不夠,造成路基不均勻沉陷或滑坡,形成裂縫。

  ?。?)傍山公路半填半挖地段、橋臺(tái)與填方接頭處、路基施工未按規(guī)范要求,易造成自然沉降,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間行車作用易形成裂縫。

   3養(yǎng)護(hù)管理方面

  ?。?)養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。瀝青路面在行車作用下出現(xiàn)小面積松散,個(gè)別坑槽后,未及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。初期及時(shí)養(yǎng)護(hù)更為重要。

  ?。?)養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng),有些養(yǎng)護(hù)人員在瀝青混凝土路面上采取人工噴油,人工灑料方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

   4基層施工方面

  ?。?)目前公路路面結(jié)構(gòu)基本上是半剛性基礎(chǔ)層的結(jié)構(gòu),采用這樣的結(jié)構(gòu)有很多毛病,半剛性基層容易開(kāi)裂,反射到表面,路面進(jìn)水后,又很難排出,容易造成路面界面條件和受力狀態(tài)的變化。

   (2)基層、底基層、路面表面清除不干凈。在鋪筑上一結(jié)構(gòu)層前,若路面結(jié)構(gòu)層及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干凈,在雨水作用下,浮層油料變軟被行車擠壓造成的高壓水流沖刷成漿,進(jìn)而波及到瀝青面層表面。

  ?。?)由于施工質(zhì)量不好,無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層沒(méi)有拌和到底,底部留有素土夾層,在行車反復(fù)作用下導(dǎo)致路面產(chǎn)生塊狀裂縫。

  ?。?)基層松散及系數(shù)控制不嚴(yán)而導(dǎo)致的二次補(bǔ)加層。

  ?。?)在基層施工過(guò)程中,灰土的上、下橫接縫因重疊或搭接過(guò)少而出現(xiàn)裂縫。

  ?。?)部分基層壓實(shí)度不足,在最大干密度確定的情況下,基層的壓實(shí)度與混合料中粗、細(xì)集料的比例特別是粗粒料的含量密切相關(guān)。

   5路面施工方面

  ?。?)瀝青混合料的組成。礦料級(jí)配,瀝青含量,集料品種不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求,對(duì)原材料檢驗(yàn)不嚴(yán),對(duì)瀝青混合料的配合比控制不夠,特別是礦粉和瀝青用量不準(zhǔn),使瀝青路面早期出現(xiàn)推擁,油包,松散,露骨,坑槽,裂縫等。

  ?。?)當(dāng)瀝青面層的空隙率較大時(shí),瀝青面層的通透性增大,外界水易侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

  ?。?)施工當(dāng)中未按照施工工藝和程序進(jìn)行施工,部分路面混合料離析和不均勻容易造成局部滲水,使路面出現(xiàn)病害。

  ?。?)施工中壓實(shí)不足,片面追求平整度,不能在溫度較高的時(shí)候及時(shí)壓實(shí),不敢采用輪胎壓路機(jī),這樣就造成了路面表層看起來(lái)很平整,通車不久就很快衰減。

  ?。?)施工機(jī)械設(shè)備陳舊,不配套,使混合料的配合比計(jì)量、拌和均勻性、壓實(shí)度、平整度等受到很大影響。

  ?。?)瀝青混合料加熱溫度過(guò)高,瀝青和礦料拌和時(shí),瀝青便被礦料的高溫灼焦、使瀝青老化、路面強(qiáng)度不足,產(chǎn)生松散、坑槽等病害。

   三、 裂縫的成因分析

   1縱向裂縫

   (1)通過(guò)分析由于宜州至忻城二級(jí)公路K24+240處地基處理不當(dāng),或路基壓實(shí)度不夠,造成路基沉降不均勻,這是產(chǎn)生縱向裂縫的重要原因。如舊路改造拓寬時(shí),新舊路基、路面的搭接部位沒(méi)有嚴(yán)格按照臺(tái)階式分層壓實(shí)處理,以及下部基層比較軟弱,或地基處理不徹底等。

   (2)縱向溝槽回填土壓實(shí)質(zhì)量差而發(fā)生沉陷。

   (3)在路基填筑施工中,由于實(shí)際填筑的寬度不足,而后進(jìn)行貼坡;或?qū)嶋H邊坡坡度陡于設(shè)計(jì)坡度,使建成的路基邊坡過(guò)陡,再加上路基邊緣壓實(shí)度不符合施工規(guī)范要求等,當(dāng)邊坡失穩(wěn)時(shí),路面也容易引起縱向裂縫。

   (4)鋪筑瀝青面層采用分幅攤鋪時(shí),前后攤鋪工作面相接處的冷接縫未按規(guī)范要求認(rèn)真處理,或?qū)涌p處碾壓不密實(shí)。

   2橫向裂縫

   (1) 通過(guò)分析宜州至忻城二級(jí)公路K24+255段出現(xiàn)的橫向施工縫未處理好,接縫不密實(shí),結(jié)合不良等。

   (2)瀝青質(zhì)量低,瀝青面層溫度收縮或溫度疲勞應(yīng)力大于瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度,面層被拉裂,而路面縱向尺度遠(yuǎn)大于橫向,即縱向約束大于橫向,而使路面產(chǎn)生橫向裂縫。

   (3)半剛性基層收縮裂縫或在舊路面上加鋪瀝青面層時(shí)原有的裂縫產(chǎn)生的反射裂縫。

   (4)土基和路面基層由于受溫度變化,冬季冰凍產(chǎn)生的膨脹,導(dǎo)致路基和基層產(chǎn)生裂縫并反射到、瀝青面層。

   (5)橋梁、涵洞、通道等構(gòu)造物兩側(cè)或橫穿道路埋設(shè)管線的溝槽回填土下沉。

   3 網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫

   通過(guò)分析宜州至忻城二級(jí)公路K12+840段出現(xiàn)的網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫,網(wǎng)狀(或龜裂)裂主要是由于路面的整體強(qiáng)度不足而引起的,其原因很多:(1)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,瀝青層厚度或其基層強(qiáng)度不足,層問(wèn)粘結(jié)差。(2)瀝青與瀝青結(jié)合料質(zhì)量差,延度低,抗裂性能差;路面材料配合比不當(dāng)或拌和不勻。(3)土層和基層局部壓實(shí)度未達(dá)到規(guī)范要求,或基層材料局部松散不成板體,路面整體或基層失穩(wěn),使路面承載力下降,在車輛荷載作用下產(chǎn)生網(wǎng)裂。(4)路面結(jié)構(gòu)中夾有軟弱層和泥灰層,粒料層松動(dòng),水穩(wěn)定性差。(5)瀝青在施工期間以及在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的老化變脆。(6)路面出現(xiàn)縱向、橫向裂縫后未及時(shí)封填,致使雨水滲入下層,加劇裂縫擴(kuò)展。

   4塊狀裂縫

   (1)塊狀裂縫主要由面層材料的收縮和溫度的周期性變化所致,與荷載的大小關(guān)系并不密切。

   (2)配制的瀝青混合料質(zhì)量較差,如拌和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、拌和溫度過(guò)高或在儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng),使混合料中的瀝青變硬,當(dāng)溫度下降產(chǎn)生拉應(yīng)變時(shí),則容易產(chǎn)生塊狀裂縫。

   (3)當(dāng)瀝青路面上縱向裂縫出現(xiàn)后,在某些因素的影響下繼續(xù)擴(kuò)展,逐漸縱橫裂縫交叉在一起,從而形成塊狀裂縫。

   (4)同樣的瀝青混凝土面層,鋪筑在不同的基層上,由于層問(wèn)聯(lián)結(jié)與摩擦系數(shù)不同,溫縮裂縫的數(shù)量也不一樣。如果基層材料中細(xì)粉含量過(guò)多,則會(huì)產(chǎn)生較大的溫度收縮,也會(huì)使瀝青面層跟隨著出現(xiàn)塊狀裂縫。

   (5)瀝青混合料的礦料組成級(jí)配與裂縫也有一定關(guān)系,一般用油量偏低、礦粉含量高易產(chǎn)生裂縫。

   四、對(duì)于以上病害路段裂縫的施工、預(yù)防和處理措施

   1、 材料方面

   (1)采用低溫勁度小、延度大、溫度敏感性差、含蠟最低的優(yōu)質(zhì)瀝青,配制低溫延伸性能好、應(yīng)力松馳性能優(yōu)良的瀝青混合料,降低瀝青混合料的低溫勁度,提高瀝青路面的低溫抗裂性能。

   (2)認(rèn)真選擇瀝青面層的礦料級(jí)配和合理的瀝青混合料配合比,在保證瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的前提下,盡量采用稠度較低的瀝青和較多的瀝青含量,保證瀝青混合料性能優(yōu)良。

   2 、設(shè)計(jì)方面

   (1)設(shè)計(jì)應(yīng)從實(shí)際出發(fā),對(duì)地形復(fù)雜地段做好地質(zhì)調(diào)查工作,精心設(shè)計(jì)。要特別注意加固地基,防止因地基軟弱而出現(xiàn)不均勻沉降,使用合格填料填筑路基,或?qū)μ盍线M(jìn)行處理后再填筑路基,確保路基有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,以保證路面具有穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

   (2)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做好交通調(diào)查和預(yù)測(cè)工作,使路面結(jié)構(gòu)組合與總體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)交通荷載的要求;選用合適的基層和底基層結(jié)構(gòu),并保證一定的厚度,有條件可將柔性基層與剛性、半剛性基層綜合運(yùn)用,充分發(fā)揮剛性、半剛性基層強(qiáng)度高、剛度大的優(yōu)勢(shì),防止因裂縫反射,結(jié)構(gòu)排水不良對(duì)路面產(chǎn)生危害;瀝青面層一般應(yīng)采用表面層、底面層和中間層三層結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)各層應(yīng)滿足最小施工厚度的要求,并保證上下層之間有良好的粘結(jié)。

   (3)對(duì)拓寬路段的設(shè)計(jì),使其基層厚度和材料與老路面保持一致或稍厚:土路基應(yīng)密實(shí)、穩(wěn)定,必要時(shí),在路面搭界處各結(jié)構(gòu)層間增加一定數(shù)量的土工格柵。在舊路面上加鋪瀝青面層時(shí),也可在銑刨原路面后加設(shè)土工織物、玻纖網(wǎng)后再加鋪,以延緩反射裂縫的形成。

   (4)加強(qiáng)瀝青路面的防水設(shè)計(jì),在做好路表排水的同時(shí),特別要做好路面結(jié)構(gòu)排水。在瀝青面層結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)中,應(yīng)將其中一層按密級(jí)配考慮,最后均采用密實(shí)型瀝青混凝土,防止面層滲水;在干凈基層表面設(shè)置一層瀝青下封層,防止面層滲水滯留在基層表面,使基層表面軟化。

   (5)增大瀝青面層的厚度或?qū)r青混凝土面層的最下層作成高抗疲勞層等對(duì)防止基層裂縫向上傳遞是非常有效的,對(duì)防止網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫病害的出現(xiàn)也很明顯,是防止網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫的有效措施。

   3、 裂縫的處理措施

   瀝青路面產(chǎn)生裂縫以后,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生裂縫的原因,及時(shí)采取相應(yīng)的方法進(jìn)行治理。如果不能及時(shí)處理,在氣象、荷載、水文等不利因素的影響下,這些裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展,對(duì)道路產(chǎn)生更嚴(yán)重的損壞。根據(jù)長(zhǎng)期的養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn),可采用的方法有:灌油、填縫和塞縫、乳化瀝青稀漿封層、瀝青混合料罩面和現(xiàn)場(chǎng)瀝青再生等。根據(jù)具體情況可按以下方法進(jìn)行治理:

   (1)在高溫季節(jié)全部或大部分可以自行愈合的輕微裂縫,可以不處治。

   (2)在高溫季節(jié)不能愈合的輕微裂縫,可將有裂縫的路面清掃干凈,并均勻噴灑0.3~0.6kg/m2的稀瀝青或乳化瀝青,再均勻撒上一層2~5mm的潔凈石屑或粗砂,再用輕型壓路機(jī)碾壓后開(kāi)放交通;或者直接沿裂縫涂刷少量稠度較低的瀝青,最好涂刷乳化瀝青。

   (3)對(duì)縫寬在5mm以內(nèi)的裂縫,可以用高壓空氣將縫內(nèi)灰塵和雜物清除干凈后,把預(yù)熱好的稠度較低的瀝青或乳化瀝青灌入縫內(nèi)約2/3縫的深度,隨即撒一薄層石屑或粗砂掃勻并搗實(shí),將溢出縫外的瀝青、石屑或粗砂清除即可。

   (4)對(duì)于縫寬在5mm以上的裂縫,可以將裂縫內(nèi)的雜物和灰塵等清除干凈(如縫邊緣有松動(dòng)部分也應(yīng)一并清除干凈)后,用預(yù)拌好的瀝青砂或細(xì)粒式瀝青混合料填入縫中并搗實(shí)。

   (5)對(duì)于大面積的網(wǎng)狀或塊狀裂縫,如果路基、基層強(qiáng)度尚好,可以選用的治理方法有:乳化瀝青稀漿封層,其厚度宜為3~6mm;改性瀝青薄層罩面:?jiǎn)螌訛r青表面處治;加鋪瀝青混合料上封層,或先鋪一層土工合成材料后,再在其上加鋪一層瀝青混合料上封層。

   (6)對(duì)于路基或基層水穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低而出現(xiàn)的嚴(yán)重裂縫,應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),先治理好路基或基層,然后再按上述情況分別對(duì)瀝青面層進(jìn)行治理。

   此外,還可以通過(guò)瀝青再生技術(shù)對(duì)裂縫處的瀝青進(jìn)行再生處理,以修復(fù)瀝青路面裂縫。

   結(jié) 束 語(yǔ)

   本人通過(guò)結(jié)合河池宜州至柳州忻城二級(jí)公路改建工程實(shí)踐中總結(jié)了瀝青路面裂縫病害原因及養(yǎng)護(hù)處治措施的施工工藝和質(zhì)量控制,實(shí)踐證明只要嚴(yán)格要求精心設(shè)計(jì),控制好原材料的質(zhì)量,以及混和料的組成設(shè)計(jì)、拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié),組織管理到位,就能夠確保工程質(zhì)量。
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