沥青路面早期损坏成因及其防治

[摘要] 沥青路面早期损坏引起了广泛关注。沥青路面的早期损坏主要有裂缝、车辙、松散、坑槽等。本文分析了不同类型早期破坏及其成因,并初步提出了防治沥青路面早期破坏的技术措施。 [关键词] 沥青路面早期损坏防治

沥青路面,尤其是半刚性基层沥青路面已成为我国高等级公路的主要路面结构形式。由于这种路面结构承载能力强,造价低,在我国高等级公路建设中发挥了重要作用。然而近年来,我国高等级公路半刚性基层沥青路面早期破坏比较严重,许多路面远在设计使用年限之前,便不得不大规模维修罩面,不但使得路面的养护费用大大增加,而且严重影响了公路的社会服务功能和形象。本文通过调查,分析了我国沥青路面早期破坏的现状及其产生原因,并初步提出了防治沥青路面早期破坏的技术措施。 1. 沥青路面早期破坏类型

高等级公路沥青路面的设计使用寿命为12-15年,通车1~3年内就发生严重病害和较大面积损坏,可认为是早期破坏。根据对现有沥青路面使用状况的调查,我国沥青路面早期破坏主要表现为开裂、变形、表面破损和表面功能丧失等。主要损坏形式见表1。 (1)车辙

沥青路面车辙是指沿道路纵向在车辆集中通过的位置处路面产生的带状凹槽,是渠化交通的高等级公路沥青路面的主要损坏类型之一。车辙是路面结构各层在重复荷载作用下,产生的永久变形的

积累。夏季高温环境下沥青混合料在荷载作用下产生塑性流动,流动变形不断积累形成流动性车辙。沥青面层压实不足,开放交通后,轮迹带下的沥青混合料受到继续压实,形成压密性车辙。当车辙达到一定深度时,由于辙槽内积水,极易发生汽车飘滑而导致交通事故。车辙的出现,在后期常常伴随有裂缝产生。越是在大型车多,行车轮迹集中的车道,在慢行、刹车、启动的交叉口附近,爬坡车道、车辆阻塞的车道,车辙就越严重。 (2)裂缝

裂缝是高等级公路沥青路面最主要的一种破损形式。沥青路面上出现的裂缝,按其成因不同分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型。

横向裂缝是指垂直于行车方向的裂缝。按其成因不同.横向裂缝又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类。

荷载型裂缝是由于路面结构设计不当或施工质量低劣.或者由于车辆严重超载,致使沥青路面在反复的交通荷载作用下,沥青面层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂。荷载型裂缝首先在路面的底面发生,在车辆荷载的反复作用下,裂缝逐渐向上扩展至表面。由车轮荷载产生的裂缝反映在面层上,往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝,而是稠密的、有时是互相联系的裂缝。

非荷载型裂缝是横向裂缝的主要型式。这种裂缝主要是沥青面层的温度裂缝。沥青面层缩裂多发生在冬季气温较低的地区或易发生温度骤变的地区。当沥青面层中的平均温度低于其断裂温度时,或

者说在降温过程中沥青面层所产生的拉应力超过其在该温度时的抗拉强度时,沥青面层即发生断裂。另外,当骤然降温(如南方高温天气突然降雨,或北方寒流袭击)时,沥青面层骤然收缩,其产生的应力来不及松弛,也会导致沥青面层的开裂。应指出的是,沥青面层的温缩裂缝经常是在温度应力的反复作用下,逐渐发展与扩张的。 纵向裂缝产生的原因有两种可能性,一种情况是沥青面层分路幅摊铺时,两幅接茬处未处理好,在车辆荷载与大气因素作用下逐渐开裂;另一种情况是由于路基压实度不均匀或由于路基边缘受水浸蚀产生不均匀沉陷而引起。

网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足而引起,其原因可能是路面结构设计不合理,路基路面压实度不足,路面材料配比不当或未拌和均匀等;也可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填,致使水分渗入下层,尤其在融雪期间冻融交加,加剧了路面的破损,沥青在施工期间以及在长期使用过程中的老化也是导致沥青面层形成网裂的原因之一。 (3)松散和坑槽

由于面层材料组合不当或施工质量差,结合料含量太少或粘结力不足,使面层混合料的集料间失去粘结而成片散开,称为松散。产生松散剥落的原因主要是由于沥青与矿料之间的粘附性较差,在水或冰冻的作用下,沥青从矿料表面剥离所致。产生松散剥落的另一种可能性是由于施工中混合料加热温度过高,致使沥青老化失去粘性。网裂的后期,碎块被行车荷载继续碾碎,并被带离路面,也会形

成坑槽。 (4)拥包和推移

在车辆经常启动和制动的路段上,路面受到较大的水平荷载的作用。沥青路面材料在温度较高时,抗剪强度下降。当荷载(包括垂直和水平力)产生的剪应力或拉应力大于材料的抗剪或抗拉强度时,面层材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏而出现推挤和拥起。 (5)表面磨光和泛油

沥青路面在使用过程中,在车轮反复滚动摩擦的作用下,集料表面被逐渐磨光,有时还伴有沥青的不断上翻,从而导致沥青面层表面光滑,尤其是在雨季常会因此而酿成车祸。表面磨光和泛油的内在原因是集料质地软弱,缺少棱角,或矿料级配不当,粗集料尺寸偏小,细料偏多,或沥青用量偏多等。

在上述沥青路面破坏形式中,裂缝、推移等属于结构性破坏,车辙、表面磨光和泛油等属于功能性破坏。结构性破坏涉及到路面承受荷载的能力,而功能性破坏则往往影响车辆行驶质量和安全。结构性破坏增加到一定程度,会影响路面功能,而功能性破坏则可能削弱路面结构强度,加速路面结构性破坏的产生。 2. 早期破坏的成因分析

沥青路面的早期破坏由多种原因造成,下面从路面设计、施工、材料等方面对沥青路面早期破坏的成因进行分析。 (1)路面设计

半刚性基层沥青路面体现了“强基薄面”的思想,认为半刚性基

层是路面主要承重层,面层可以减薄,甚至提出沥青面层可以只发挥功能性作用。然而,尽管研究采取了多种措施,始终无法有效避免由于半刚性材料收缩开裂引起的沥青路面反射裂缝。反射裂缝已成为半刚性基层沥青路面的主要病害之一。目前过于单一的路面结构形式,与我国地域广阔、气候各异,以及各地经济水平和交通量差别较大的现状不相适应。因此,应该探索新的路面结构型式,丰富高等级公路路面结构类型。

另外,目前我国公路上车辆超载严重,设计路面实际承受的当量轴次远远大于作为其设计依据的设计年限内的累计当量轴次,这也造成路面厚度设计结果的不合理。 (2)路面材料

目前沥青路面施工中,由于石料料场多,规模小,水平低,使得材料变异性很大,尤其级配经常发生变化,往往达不到配合比设计要求。目前我国各省高速公路建设部门非常注重沥青的选择,大部分选用优质进口沥青,上面层采用改性沥青,但在调研中发现,有些省份的高速公路建设部门为了确保沥青的质量,在进行招标时将指标值定得过高,以至于有些沥青供应商为了迎合主管部门的需要,在沥青中加入某种成分以提高指标值,严重影响了沥青路面的寿命。沥青的选择也比较单一,尚不能根据不同地区气候特点合理选择不同性质的沥青。 (3)施工工艺

摊铺质量不好往往伴随着裂缝、车辙等病害的发生。摊铺过程中

除严格按《规范》要求施工外,还应着重控制摊铺温度、供料速度与前进速度相协调、防止大料滚动离析等环节。碾压过程应遵循少量喷水,保持高温,梯形迭进的原则。决不能片面追求平整度,进行低温碾压,降低压实度标准;低温碾压易造成空隙率多大,压实度不足,使路面渗水,导致早期破坏;过度碾压易造成构造深度偏小,甚至出现泛油病害,影响行车安全。碾压过程要及时、迅速,并要保持碾压要求。绝对不允许压路机中途急停、转向,一面发生推挤、拥包现象,从而影响平整度。

(4)施工组织

工程中施工顺序不当,在沥青面层铺筑过程中或铺筑后,开挖中央分隔带,埋设管道和路缘石等导致挖出的土污染面层,影响上下层的粘结。

目前许多工程工期安排不合理,往往为了献礼等原因需提前完工,工期压缩必然影响施工的合理安排,使得施工方不得不在不良条件下施工,如冒雨摊铺沥青层,低温季节施工,由于温度下降较快,造成压实困难,影响路面质量。 (5)路基缺陷

从调查材料看,有些高速公路早期破坏与路基施工质量有关,特别是软土地区。路基软土地基不稳定、地基换填或挤淤处理不彻底、路基填筑压实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等都会导致路面的早期破坏。究其原因,大部分与施工工期短、施工低

栏为赶进度有关。 3. 防治早期损坏的措施

在现有的规范和标准指导下,应该采取下列措施来防止高速公路沥青路面的早期破坏。

(1)学习国外成功经验,开展柔性基层沥青路面的研究和建设,逐步改变半刚性基层沥青路面一统天下的局面,为路面设计提供更多选择。

(2)大力打击超载运输,保证高速公路的正常使用。在当前不能杜绝超载车行驶高速公路的情况下,加强养护管理,防止病害的进一步发展;引进动态称重技术,改变现有收费方式,按实际吨位进行收费,遏止超载车对高速公路恶性行驶。

(3)严格施工组织,科学合理地安排工期,不搞献礼工程。 (4)重视并协调高速公路沥青路面的压实度、均匀度、平整度和构造深度等指标,特别处理好平整度与压实度的关系。不能过分追求平整度而牺牲压实度,而是要在保证压实度的基础上追求平整度,否则通车后的路面极易发生水破坏以及松散、车辙等早期病害。 (5)加强路面材料控制,优化沥青混合料级配。 4. 结语

沥青路面早期损坏是多种因素综合作用的结果。必须注意改进路面设计、施工、材料等各个工作环节,才能有效防治沥青路面早期破坏,延长路面使用寿命,提高经济效益。本文通过调查,分析了我国沥青路面早期破坏的现状及其产生原因,并初步提出了防治沥青

路面早期破坏的技术措施,供工程技术人员参考。 参考文献:

[1] 沙庆林 .高速公路沥青路面早期破坏现象及预防,北京:人民交通出版社,2000

[2] 沈金安 .“解决高速公路沥青路面水损害早期破坏的技术途径”,公路2000(5)

[3] 交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范 (jtg f40-2004),北京:人民交通出版社,2004