高速公路沥青路面预防性养护问题探讨

忻刚明

摘要:研究开发高速公路沥青路面预防性养护技术与管理模式,实施路面预防性养护管理是我国高速公路发展的迫切需要。文章论述了路面预防性养护的概念和意义,高速路公路沥青路面破坏原因,高速公路沥青路面预防性养护措施,雾封层预防性养护技术。

关键词:高速公路;沥青路面;路面养护;雾封层技术预防性养护技术

中图分类号:U412文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0154-03

一、路面预防性养护

(一)路面预防性养护的概念

1.所谓路面预防性养护,即通过定期路况调查,及时发现路面轻微破损与病害迹象,分析研究其产生原因,对症采取保护性养护措施,防止微小病害进一步扩大,以减缓路面使用性能恶化速度,使路面始终处于良好的服务状态。高速公路实施路面预防性养护,能及时修复路面微小病害,防止水分侵入破坏路基,使路面整体结构始终得到保护,不致产生严重损伤,从而减少铣刨、翻修次数,大大节省大修费用,并延长路面使用寿命,保持路面良好的服务状态,所以研究开发高速公路路面预防性养护技术,实施路面预防性养护是我国高速公路发展的迫切需要。

2.预防性养护是那些带有保护路面和以减缓路面使用性能恶化速率为目的的重要技术措施,它可以延缓由于交通和环境荷载作用而引起的路面使用质量的下降,并延长使用周期。预防性养护分为初期保养、日常保养和预防性季节保养。

3.《沥青路面养护技术规范》明确规定,对沥青路面必须进行预防性、经常性和周期性养护,这是针对沥青路面的工程特点而提出的。沥青路面一般在开放交通后不久,就会出现不同程度的损坏,主要是路面使用性能上。如果这些轻微的初始损坏得不到及时有效的预防性养护和维修,就可能加剧荷载、水、温度等对路面的不利影响,导致路面损坏迅速扩展,路面状况恶化加剧,严重时将导致路面结构的破坏,极大缩短路面寿命,更增加了后期维修费用。因此,必须进行预防性养护,以控制损坏的进一步发展,维持路面服务性能,延长路面寿命。

(二)意义

1.预防性养护是针对道路尚未出现严重的破坏,一般是在道路投入5～7年后进行,其养护的目的是改善和恢复路面表面功能,防止病害的进一步恶化。国外的经验表明,采取有效的预防性养护措施不但可以提高道路的使用品质,而且还具有良好的经济效益,大大延长道路使用年限,可节约养护资金多达50%以上。

2.高速公路养护的目的是经常保持路况完好,维护高速公路的正常使用功能,消除使用中出现的病害、隐患,延长其使用寿命。如果公路缺养、失养,路况必然很快下降,道路通行就必然受阻。因此,必须高度重视养护工作。而在整个养护工作中,路面养护是高速公路养护工作的中心环节,路面养护质量是公路养护质量考核的首要对象,这是因为路面是直接承受行车荷载和自然因素作用的结构层,关系着行车是否安全、快速、经济和舒适。

目前我国已经建成的高速公路75%左右是半刚性基层高级沥青混凝土面层结构,在广东省这一比例更高达95%,这些高速公路建成后,受交通量迅速增长、车辆大型化、超载严重、行驶渠道化及水损坏等影响,路面发生了不同程度的早期损坏,导致养护任务艰巨。

3.另外,随着高速公路里程的增加和使用时间的延长必然会带来路面不断的损坏,养护工程量将越来越大。可以预计今后一个时期,我国高速公路将由建设为主,转为建设与养护并举,并逐步以养护为主。

《公路养护技术规范》明确提出:公路养护工作必须贯彻“预防为主,防治结合”的方针,而现实是高速公路养护管理不足,对病害处理不及时,预防性养护处理不到位;加上交通量增长迅速、早期施工缺陷、温度变化、水的影响等,造成多数高速公路未到设计年限,路面已严重破坏。大修提前高速公路实施路面预防性养护,能及时修复路面微小病害,不致产生严重损伤,从而减少铣刨、翻修次数,节省大修费用,并延长路面使用寿命,保持路面良好的服务状态。所以研究开发高速公路沥青路面预防性养护技术与管理模式,实施路面预防性养护管理是我国高速公路发展的迫切需要。

二、高速路公路沥青路面破坏原因

(一)功能性破坏

1.局部裂缝一般是在路面使用3~5年后发生的,其表现多是细线状裂缝。引起局部裂缝的原因可归纳为基层和路基的压实度不均匀、施工质量控制不严格及局部材料质量等问题。

2.车辙是在道路横断面上由于车辆轮胎重复行使久而久之产生的一种路面沉陷现象,表现为沿行车带出现横向高差,主要是由于沥青混合料级配设计不合理,稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足,使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起。另外,重载和超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。

3.桥头跳车现象发生在桥和涵洞等构造物与路面交接的部位,是由于材料压实不均匀而产生的与构造物间的高差所致。

4.波浪的主要原因是路面组成材料设计不合理或施工质量差,导致路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用;在纵坡段,由于高温的原因也会出现这种病害。

5.沉陷主要是由路基压实度不足引起的,特别是在一些高填方和压实困难的半填半挖路段以及构造物两端出现。

6.松散和剥落松散主要出现在水损坏严重的路段上;如果沥青混合料中使用了中性或酸性石料,会造成集料与沥青之间的粘附性不足,在行车荷载的作用下,集料从路面剥落,使路面形成麻面,进而可能发展成为坑槽、松散等病害;施工时混合料离析也是产生剥落的原因之一。

7.坑槽是龟裂和松散等其他损坏进一步发展的结果。

(二)水破坏

水损害是我国高速公路沥青路面最严重的早期损坏原因之一。其破坏特征是:沥青表层泛油并伴有严重的推移变形和车辙变形,沥青中、下面层潮湿,并出现油-石分离、松散,多发生在重车交通量较大的行车道上。另据报道,我国从南方到北方,都出现过由于水损害引起的高速公路大面积早期破坏。出现的时间,有的竣工通车后不足一年或两年,时间短的只有几个月。直接和间接经济损失巨大,同时也造成了不良的社会影响。水破坏的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。在其他条件都相同的情况下,在我国南方多雨潮湿地区,沥青路面的水破坏要比半干旱地区(特别是干旱地区)沥青路面的水破坏在数量上多得多,在速度上快得多。

在较干旱地区和降水量不大的情况下,特别是沥青混凝土虽透水但透水性不大的情况下,这种冲刷、唧浆、坑洞可能是一个缓慢的过程。但在沥青混凝土的不均匀性和透水性均较大和基层质量又不好的情况下,即使在较干旱地区,一次降水也可能使半刚性路面产生唧浆和坑洞。

网裂、形变发展成坑洞的速度也与上述诸多因素有关。网裂、形变可能在随后的一、二个雨季中发展成坑洞,也可能过更长的时间才发展成坑洞。在南方多雨潮湿地区,沥青路面的这种唧浆、网裂、形变、坑洞和唧浆、坑洞的早期破坏现象更为严重。

三、高速公路沥青路面预防性养护

沥青路面预防性养护技术有:稀浆封层、沥再生、石屑封层、微表封层和热薄层罩面(包括开级配、密级配和间断级配)等。

(一)稀浆封层

1.稀浆封层技术最初产生于德国,20世纪80年代后期引入我国。它是指由一定级配的骨料、乳化剂、沥青、水和添加剂按一定配合比拌和成的稀浆混合料,及时、均匀地摊铺在路面上的薄层。经过十多年的实践证明,稀浆封层是一种较理想的筑、养路施工方法。它能够快速维修养护新、旧路面,治愈沥青路面早期出现的磨损、老化、裂缝、松散、坑槽等病害,提高路面的防水、抗滑、耐磨等功能,同时稀浆封层使用的沥青材料较少,施工工艺简单,且造价较热沥青低。

2.稀浆封层通常按封层的厚度分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,相应的称为细封层、中封层、粗封层。细封层宜用于填封裂缝、填充空隙;中封层宜用于预防性的养护,以修补沥青面层的松散、开裂和老化,改善路面的抗滑能力,并可用于沥青路面或水泥混凝土路面的磨耗层或者稳定类基层的封层;粗封层可用于多层式封层的底层,并可用于面层,提高重交通量道路抗滑能力。

3.进行稀浆封层的配合比设计时,应根据道路及路面情况,明确采用稀浆封层的类型及预期达到的效果,并根据封层的结构与耐磨性确定集料品种及质量、规格及级配,选择适宜的改性剂、乳化剂、外加剂,并根据现场情况确定适宜的填料种类及用量。确定配合比应首先在室内进行试验,定出初步配合比,并以此作为施工机械计量控制的依据,但是现场的气温、材料、湿度等多种因素与室内试验条件不同,所以必须因时制宜,因地制宜,制定相应的调整措施,确定最终配合比。

(二)微表处

微表处是一种专门为高速公路、城市干线、机场道面等高等级路面表层设计的养护技术,它由聚合物改性乳化沥青、100%轧碎集料、矿物填料、水和必要的添加剂组成。要使用专用的摊铺设备,一次性完成摊铺,并可根据路面损坏程度进行一层或多层摊铺。当路面出现开裂、磨光、车辙、松散、老化等病害时,采用微表处能迅速提高路面平整、耐磨、防滑、防水等性能,使路面达到良好的状态。

微表处技术在国外主要用于预防性养护,而国内的微表处施工更多地被用于修补性路面养护中。修补性养护是公路出现病害后进行修补养护,这种养护方式常因为病害路面零星分散、线长、面广,造成施工繁琐、功效低、成本高。因此,在公路养护技术发展中,先进的国家普遍采用预防性养护技术,即根据路面中结合料沥青性能的变化的规律,经过一定年限行车后,在其将要出现但尚未出现病害(或严重病害)之前,便进行预防性养护,做到防患于未然,从而使沥青路面经常保持良好的服务状态。据报导,采用预防性养护技术,不仅在直接工程费用上可节省50%以上,而且它带来的社会效益将成倍增长。微表处养护技术的应用主要有如下几个方面:

1.作封水处理,处治路面水损害。水损害是高速公路路基路面破坏的主要因素,据有关部门调查显示,使用1年以上的高速公路,都不同程度地存在水破坏现象。主要是由于高速公路铺筑的不均匀性,路面总存在一些空隙率较大和自由水容易渗透的位置,再加上行车作用,从而出现一些随机分布的小坑洞等水破坏。采用微表处技术作防渗水处治后,可延缓和阻止病害的继续发展,防止路面病害进一步恶化,避免造成结构性破坏,维持路面的使用,推迟大修日期,有效延长路面使用寿命。

2.当出现了表面功能衰减、轻微车辙和不平整时,恢复路面服务功能。无论是在高速公路、城市道路上或在交通量大的交叉路口,微表处理技术都能以其特有的方式在一次摊铺中解决提高道路的抗滑能力、提高路面性能或封填网状裂纹等问题。微表处技术,可以在路面上形成比较密实、坚固的路面磨耗层,治疗路面早期病害,延长路面使用寿命,节约沥青材料和资金,提高养护质量。而且这项技术不同于以往的热沥青摊铺,路面能够在较短时间内达到正常使用功能,适用于城市一般道路、城市快速路和高速公路路面磨损后的修复。

3.用于桥面防水层、隧道内水泥路面罩面以及半刚性基层与沥青层的联结层等。

(三)沥再生

在沥青路面的养护中,多年来对路面病害多是采取挖弃旧面层重做新面层,在公路改造中多是采取挖弃或填埋。对挖取的废弃物沿线堆弃路边,既破坏环境又侵占粮田,尤其是高等级公路油路面层较厚,常需征用土地堆弃废料。破坏环境,侵占粮田,资源浪费,增大成本等矛盾更显突出。我们通过实际应用,深深体会到废旧沥青路面材料再生利用技术十分值得推广。

沥青路面在使用过程中,经受着行车和各种自然因素的作用,逐渐脆硬老化,其实是旧路面材料中的沥青结合料发生了老化。主要表现为针入度减小、软化点有所上升、延度降低。沥青材料不是单体,主要是由油分、胶质、沥青质等组成。在生产作业和使用一段时间后,沥青的化学组分及性质也随之改变,以致使沥青变硬,降低粘性而产生龟裂,松散病坏(除路基和路面基层质量问题外)。通过掺入适量的再生剂在混合料中,经过加热拌合产生物理化学反应,使旧沥青恢复路用性能(必要时增加少量新沥青),达到路用技术要求后实现再生利用目的。

四、雾封层预防性养护技术

雾封层作为高速公路早期预防性养护最有效的方法,在2004年年度《第二届全国公路科技创新高层论坛》上,把它作为养护新技术,在全国推广。

1.当沥青路面正常使用几年后,路面开始出现轻微疲劳龟裂、损失细骨料的现象,并且其渗水性大大提高,路面水会经过裂缝或细骨料损伤处(露骨处)进入到沥青混合料中,这进一步加速了路面的损坏。在这时期,路面处于基本完好时期,如果在这一时期不进行及时处理,会导致网裂、龟裂、坑洞等路面破坏。如何对以上的这些缺陷进行处理,方法很多,如微表处、薄罩面等,都各有优缺点,但总结起来,在这一阶段,最有效的方法是“雾封层技术”即“FOG SEAL”,且它的费用非常低廉。

2.经雾封层后,由于所用材料流动性比较大,可渗入到骨料缝中去,可流入到裂缝中去,对路面“输血”,从而恢复路表沥青粘附力,填补微小裂缝和空隙,防止路表水下渗,将路面性能维持2~3年时间,推迟造价更高的养护工程,提高了道路的经济效益。雾封层一般用于轻度到中度细料损失或松散的道路,对于开级配混合料出现松散时,雾封层可有效解决。无论低交通量道路还是高交通量道路均可使用雾封层。

3.道路经雾封层后:可更新和保护旧氧化沥青路面;填补小型裂缝和表面空隙;使低温下的路面免受损害;加深沥青路面的颜色;加大沥青路面与标线的对比度;防止开级配路面的松散。

路面雾封层技术处理路面渗水。沥青路面的绝大多数病害都是由于水的原因造成的,有效地预防路面进水是非常必需的,而路面雾封层技术是一种很直接、有效和经济的预防性养护措施。简单地说就是利用专用雾封层洒布车在沥青面层上喷洒一层薄薄的、高渗透性改性乳化沥青,以形成一层严密的防水层将路面封闭,起到隔水防渗、保护路面功能的原理,最大限度的减少路面的水破坏,加大路面骨料间的粘结力,由此延长其使用寿命,从而节约养护资金。

五、结语

预防性养护在国内发展起步晚,尚未得到充分发展,“重建设、轻养护”的思想观念根深蒂固,因此向公路管理者及其他相关人员贯彻预防性养护理念成为道路养护工作者的首要任务之一。对于不同的路面,其破坏类型及原因各不相同,而各种养护措施的机理、工艺、应用范围及其所达到的效果各不相同,例如雾封层主要封堵细小裂缝及表面孔洞,也可改善路面的松散、轻微干裂,但会引起抗滑性能的下降;微表处可增加路面平整度、进行车辙填充、恢复路面抗滑能力,等等。因此,选择合适的处置措施至关重要,否则,既浪费了资金,又达不到预期的效果,甚至会引起其他问题的产生。

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