浅谈沥青路面设计和施工中的技术问题

张宏莉

(黑龙江省交通科学研究所)

1 路面结构有足够的承载能力

在设计使用期间的行车荷载反复作用下,路面不会发生结构性破坏,这是关键。如果路面产生结构性破坏,就谈不上具有优良使用性能。路面的结构性破坏通常不是整段大面积发生的,而是局部小面积逐渐发生和扩展的。在路面设计和施工都符合要求的情况下,半刚性路面的结构性破坏常先发生在行车道的轮迹带上。在轮迹带上先产生细小裂缝,而后产生通过轮迹带的横向裂缝,最后发展成网裂和形变。轮迹带上产生网裂和形变后,路表弯沉值会显著增大。在行车荷载继续作用下,会较快发展到整个行车道产生结构性破坏。半刚性路面的承载能力取决于半刚性材料层的质量和厚度两大因素。这两大因素对半刚性基层的强度和整体性有至关重要的影响。

2 路面结构的高温抗永久形变能力

要求路面结构的高温抗永久形变能力强,也就是要求路面在设计使用期间不产生严重的辙槽。因为一旦产生严重的辙槽,就会影响高速行车的安全和舒适,路面也容易加速破坏。就半刚性路面而言,在基层质量好的情况下,其抗辙槽能力完全取决于沥青混凝土在高温时的强度和面层的厚度。因为半刚性材料层是不可压缩的,通过厚的半刚性材料层作用在土基顶面的拉应力很小,不会引起土基产生明显的压应变而又通过半刚性材料层反映到表面。柔性路面的辙槽则受沥青面层下柔性基层和土基的影响很大。同时辙槽可能引起的破坏较半刚性路面严重得多。

3 面层表面无明显泛油现象

路面泛油现象不是单一因素引起的,而是多个内外因素共同作用的结果。导致泛油的外因是：(1)高温气候,特别是连续高温。(2)大量行车,特别是载货汽车反复作用。导致泛油的内因是：(1)沥青用量偏多。(2)沥青混凝土的现场孔隙率过小。(3)沥青混凝土的不均匀性。沥青面层一旦泛油,会使竣工时优秀的表面构造深度显著下降,个别路段甚至变成光面,摩擦系数显著下降。它将严重影响车辆高速行驶时,特别在雨天高速行驶时的安全性。泛油也导致不平整度较快增大。由于行车道上的交通量和载货汽车的数量显著大于超车道上的,所以,泛油通常主要发生在行车道上。但在沥青用量偏多程度较大时,超车道也会严重泛油。

4 无明显水破坏现象

沥青路面产生水破坏不是由单一因素引起的,而是多个因素共同作用的结果,导致路面产生水破坏的外因主要有以下两方面：(1)降水次数多和降水量大,特别是降水延续时间长,自由水可能进入沥青面层的机会就多,自由水渗透进入沥青面层的量就可能大。自由水进入沥青面层的机会多,产生水破坏的机率也就大。自由水进入沥青面层的量大,水破坏就严重。(2)大量车辆,特别是载货汽车高速行驶在路面上,车轮下的压力会将轮下结构层中的水(沥青混凝土的孔隙中或面层与基层的交界面上滞留的自由水)压挤,同时车轮驶离时又产生相当大的抽吸力。这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面。在浆水唧出过程中首先是沥青混凝土中较大颗粒上的沥青膜逐渐剥落,沥青混凝土面层向下变形并形成网裂或很快形成坑洞。压力和抽吸力的反复作用还会使沥青混凝土孔隙中的自由水往复运动并促使沥青首先从较大颗粒上剥落,逐渐使沥青混凝土强度大幅度下降直至局部松散。

5 无明显台背沉陷和路基沉陷

高速公路的软土地段,常产生桥梁台背沉陷和路基沉陷。个别软土地段构造物上的深陷量可超过 1m,甚至1.5m以上。这种沉陷产生得较快,往往路面建成通过后不久就出现桥头跳车现象。尽管在设计和施工高速公路时对软土地基都采取了处理措施,但并没有避免轻重不一的桥头跳车现象。软土地基上的桥头填土往往需要多年时间才能达到稳定。软土地段除台背产生严重的不均匀沉降外,在两个构造物之间的路基路面也有产生明显不均匀沉降的情况。台背沉陷和路基沉陷,即使经过找平处理后也会使路面的不平整度显著增大。路面沉降处理应注意以下几方面：(1)沉降处理设计的控制高程以两个车道的分界值作为路面高程的控制基础。(2)沉降处理的纵向高程调整在一定范围内进行。由于该高速公路路堤沉降量远大于结构物,如果简单地将构造物之间的路堤拉平,一是经费多,二是路堤未完全稳定,也无此必要。(3)对沉降量较大,且相距很近的几个构造物,有条件同时进行接坡处理时,采用极限最小的竖曲线半径和接近最小长度值的连续处理方案。(4)对一般沉降量的单一结构物进行接坡沉降处理时,采用从构造物靠背处向相邻原路面拉直线纵坡,并在与原路面连接处用最小圆曲线过渡的方案,控制相邻纵坡≥5‰。(5)在以两个车道的分界线为路面高程的控制基准的同时,兼顾横断面的调整,但不强求恢复设计横坡2%,尤其是对较短的处理路段,主要是考虑与老路面横断面的逐步接顺。

6 基层质量好,形成完整的整体

基层质量要好且均匀,要形成一个完整的整体,即在宽度和深度范围内都是一个完整的整体。优质的整体性好的基层不但对保证路面的承载能力,保证路面不产生结构性破坏非常重要,而且对保证路面少产生其他早期破坏也是十分重要的。基层质量不好或质量不均匀,不能形成一个完整的整体,容易导致沥青路面产生局部破坏。在用集中厂拌法拌和混合料,用摊铺机铺筑半刚性基层的高速公路上,由于基层级配范围过宽、对原材料要求不严、料仓偏少或管理问题,也未能完全避免基层质量不好引起的路面早期破坏现象。

7 避免早期纵向裂缝

路面一旦产生纵向裂缝,首先就影响平整度。如果不及时灌缝和封缝或用其他方法处理,雨水很容易从纵缝进入路面结构层,甚至通过结构层到达和进入土基。一旦有这种情况发生,就容易导致路面产生其他早期破坏现象。路面的早期纵向裂缝常是由路基产生横向不均匀沉陷引起的。路基的横向不均匀沉陷则是由多个不同因素引起的：有的是由于路堤横向压实度有明显差异引起的;有的是由于自由水侵入路堤边部下面的地基,使边部地基承载能力显著减弱引起的;有的是由于雨水侵入路堤边缘引起的。

8 减少横向温度裂缝

沥青路面的横向温度裂缝是不可避免的。虽然表面层采用较稀的重交通道路石油沥青,以及富沥青的混凝土有利于提高沥青混凝土的抗温度裂缝能力,但沥青面层迟早会开裂。当然,采用上述措施与采用轻、中交通道路石油沥青相比,前者会显著减少温度裂缝的数量。横向温度裂缝产生的迟早还与沥青混凝土的均匀性和压实密度有关。