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我国高等级公路破坏分析

2010-08-15张书文

黑龙江交通科技 2010年6期
关键词:面层集料沥青路面

张书文

(邯郸市交通局公路工程二处)

1 结构设计施工原因

1.1 局部沉陷变形和纵向裂缝

由于路基填土压实度不够或对原路基(介于软土地基和坚硬地基之间的地基)未作适当处理,使铺筑的沥青路面在通车一段时间后出现明显的局部沉陷;或由于地基和填土横向压实不均匀性,特别是有表面水渗入时,沥青路面容易产生一些细而短的纵向裂缝。实践证明:地基处理得好,路基分层填筑,压实充分,压实度高,路基均匀,预先采取措施防止表面水渗入路基,可以避免产生局部沉陷,减少纵向裂缝的数量,延缓纵向裂缝出现的时间。

1.2 网裂、块裂和唧泥

我国高等级沥青路面产生局部小块(盆状或槽状)网裂变形,这与基层质量不好、集料离析和不均匀性(含级配、结合料剂量、含水量和密实度等)等因素有关。基层的施工工艺水平关系其质量好坏,基层铺筑质量不好,厚度不足,载重车通过时产生“弹簧”现象,使路面出现轮迹带网裂、下沉变形和块状裂缝。在冰冻地区,特别是重冰冻区,由于低温作用出现冻融循环,产生大块网状裂缝、唧泥、坑洞和滑移裂缝。调查表明,导致基层质量不高的原因有:(1)基层材料的强度(抗拉强度和抗压强度)和刚度(回弹模量)达不到要求;(2)基层材料的水稳性和冰冻稳定性不够;(3)基层材料不足以抵抗动水的冲刷作用;(4)基层材料的收缩性小;(5)基层没有足够的平整度;(6)与面层结合不好。

1.3 松散

松散是沥青混凝土面层集料脱落向下发展的渐进过程,集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的原因。调查分析发现有多种情况可能导致发生松散:(1)集料颗粒被足够厚的粉尘包裹,使沥青膜粘结在粉尘上,而不是粘结在集料颗粒上,表面摩擦力会磨掉沥青粘膜,使集料颗粒脱落;(2)表面有离析,离析处缺少细集料。离析面上粗集料与粗集料相接触,只有少数接触点有沥青粘膜,随着时间的增长,沥青老化剥落会使沥青与集料的粘结力减弱,孔隙水的冻结会破坏粘结力,足够大的摩擦力也会破坏离析面上的集料颗粒;(3)沥青混凝土面层中存在密实度低的位置,集料容易从混合料中脱落。松散严重的路面,如材料散失后表面留下一个洼坑,并有存水,就可能引起水漂,产生安全问题。表面颗粒集料的松散还会降低路面抗滑能力,集料被行车轮胎带起甩到行车道上也会引起其他安全问题。

1.4 泛油

泛油是沥青混凝土路面发生沥青浸出的现象,主要在行车道上产生,超车道上泛油很少。行车道上的泛油主要是间隔式和条片状,而且间隔距离大于泛油条片的长度,连续泛油和整个行车道全面泛油的现象不多。路面发生泛油会使路面原来优良的表面构造(宏观构造)显著减小,表面发光或发亮,路面的摩擦系数和表面构造深度表征的表面抗滑性能达不到要求,严重影响行车的安全性。

发生泛油主要是因温度作用,沥青高温稳定性差。通过选择不同标号的沥青,以及适当的减少路面材料的沥青含量将有助于降低泛油发生的可能性。还可以通过选择合适的级配,降低沥青混合料在使用过程中的油上浮的现象。

2 环境原因

2.1 水破坏作用

我国高等级沥青路面的水破坏现象十分普遍,水破坏来得快性质严重,它是路基路面的大敌。降水进入沥青面层后,在大量高速行驶车辆作用下,可能产生以下不同的水破坏现象:(1)表面层产生坑洞。降雨过程中,雨水会进入并滞留在表面层沥青混凝土的空隙中,在大量快速行车的作用下,一次又一次产生的动水压力(空隙水压力)使沥青从碎石表面剥落,表面局部沥青混凝土变松散,碎石被车轮甩出,路面便出现了坑洞。对比发现,采用半开式(Ⅱ型)沥青混凝土表面层产生的坑洞破坏更严重:(2)表面层和中面层同时产生坑洞,局部表面产生网裂。降水过程中,如自由水渗入并滞留在表面层和中面层中,大量的快速行车令这两层沥青混凝土中的部分碎石间的沥青发生剥落,导致表面产生网裂、形变(下陷)和向外侧推挤,或产生坑洞;(3)唧泥、网裂、坑洞。若水透过沥青面层(两层式或三层式)滞留在半刚性基层顶面,在大量快速行车作用下,自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层的细料,形成灰白色泥浆,产生唧泥现象。灰浆数量大时,即产生坑洞;数量小时,可使路面发生网裂或变形。通过调查分析,上述水破坏现象都随机地发生在行车道上,导致产生水破坏的主要内因是沥青混凝土本身的空隙率大、压实度不够和不均匀。

2.2 温度引起的横向裂缝

横向裂缝通常在温度变化大的地区发生,夏季完好的路面在冬季由于路面温度收缩产生纵向近似等间距(5~10m)的裂缝,贯穿整个路面宽度。横向裂缝具有以下特点:(1)普遍性。横向裂缝是高等级沥青路面发生最多的一种破损裂缝;(2)绝大部分是温度裂缝。由于日气温变化引起沥青面层产生温度应力,温度应力的反复作用使沥青面层产生温度疲劳裂缝;或在冰冻区,由于冬季突然大幅降温引起沥青面层产生低温收缩裂缝;(3)温度裂缝起始于路表面。面层温度变化率大,产生的温度应力最大,温度裂缝总是起始于表面向下延伸;(4)温度裂缝逐年增长。由于沥青随时间而老化,沥青面层的抗裂性会逐渐降低,温度裂缝会逐年增加;(5)横向裂缝的数量与沥青路面面层厚度没有直接关系,面层愈厚并不意味裂缝愈少。实践证明:在其他条件相同的情况下,面层愈厚,表面产生的温度应力可能愈大,裂缝愈多。

避免沥青路面产生大量横向裂缝的措施有:(1)采用优质沥青(沥青较稀、粘度较高)有利于减少温度裂缝:(2)提高面层沥青混凝土的强度。面层沥青混凝土的抗拉强度愈强,愈不易开裂。影响沥青混凝土抗拉强度大小的因素有沥青质量、矿料级配(密实级配优于半开级配和开级配)、空隙率和压实度;(3)提高沥青混凝土的均匀性。沥青混凝土的均匀性包括矿料级配的一致性、拌和均匀性、有无粗细集料离析和离析现象的轻重程度、压实度或空隙率及层厚的一致性。沥青混凝土的均匀性愈好,其强度愈均匀、愈高,面层的薄弱处愈少,表面产生温度裂缝的时间就可能愈晚,数量愈少。

2.3 地质引起的沉陷

路面整体沉陷主要是由软土地基沉降引起的,其主要表现为遇到桥梁等构造物时桥头跳车。我国很多高等级公路都有部分路段位于软土地基上,软土性质差,变形复杂,容易发生沉陷。针对不同情况的软土地基,公路设计和施工时,都采取了相应的处理措施,期望路面建成通车后,软土地基不会产生过多的工后沉降,保持路面应有的平整度。但实践表明,现有很多高等级公路都没有达到预期的技术效果,软土地段都出现了不同程度的路面沉陷或桥头跳车现象,同时还引起涵身和通道沉陷、沉降缝拉开和透水,横坡变缓造成路面积水等。

因此,要使软土路基固结稳定,最重要的是要有足够长的加载预压时间。铺筑路面前的加载预压时间愈长,开放交通后路面沉降变形就愈小。高等级公路软土路段有必要尽早采取处理措施,提前填筑路堤,使加载或超载预压时间足够长后,再铺筑沥青面层,以节约投资,减少浪费,避免出现沉陷破坏。

2.4 车辆因素引起的车辙

车辙是沥青路面特有的破损现象,是指沥青路面轮迹带的凹陷深度与其两侧隆起高度之和。对于半刚性路面,沥青面层下的柔性基层、底基层和土基都可能由于大应力(大于材料和路基土的抗剪强度)作用而发生严重的车辙;若半刚性基层质量不好,局部材料没有形成完整的整体,沥青面层也会产生车辙,有时车辙深度达 30~40mn以上。车辙达到一定深度会直接影响行车舒适性,而且降雨过程中及雨后车辙内的积水会使行车产生水漂现象,影响行车安全性。造成辙槽的因素有:(1)重载车的数量、轴重和轮胎压力。重载卡车的数量愈多、轴重和轮胎压力愈大,要求沥青混凝土的抗辙槽能力愈大;(2)行车速度。承受慢速交通或有停车情况的沥青混凝土路面与承受快速交通的比较,车速愈慢要求沥青混凝土的抗辙槽能力愈大;(3)沥青混凝土表面层的压密程度、材料级配组成、高温稳定性及抗水侵入能力也影响辙槽的产生。

3 小 结

对高速公路常见的破损现象进行分类,总结了现有的一些破损现象的成因。主要分为两大类,一是人为的结构设计原因,另一方面就是环境因素。在两方面的成因中,内外因是相互影响,相互作用的,通过人为的设计可以减少外因对道路的影响。通过综合考虑两方面的影响,可以更好的解决道路的设计问题,更好地促进道路的维修养护水平。

[1] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 沙庆林.高等级半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 胡群芳.公路路面结构使用性能评价与预测研究[J].郑州:郑州大学,2003.

[4] 谢猛.高速公路路面病害及成因预测[J].现代公路,2010:193~194.

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