抗裂贴在半刚性基层裂缝处理中的应用

张春荣 高兆东

1 概况

我国公路与城市交通事业的蓬勃发展促进了经济的腾飞,建养并重的格局已经形成。目前我国公路与市政道路基层基本设计成半刚性(或刚性)基层的形式。半刚性基层有其强度高、承载能力大等优点,但也有易形成温、干缩裂缝的缺点,而沥青路面由于半刚性基层裂缝的反射造成路面开裂,进而造成雨水下渗,给路面带来了唧浆、网裂、沉陷等较大的危害,也造成了一定的经济损失。我们结合京沪高速公路沂淮江段,在铣刨治理中对基层裂缝处理效果进行了总结,对处理半刚性基层病害作了一点尝试与实践,并取得了一定的效果。

2 路面结构及病害形成机理与特点

纵观我国已建的高速公路路面基层结构,基本上是采用半刚性基层,如二灰稳定碎石和水泥稳定碎石等等,其在建成后,会因为各种原因产生各种形式的裂缝。

在裂缝形成初期,其对沥青路面的使用性能无明显影响,但随着裂缝处的应力集中,往往造成在路表形成反射裂缝,表面雨水或雪水侵入基层裂缝后,导致裂缝两侧的基层含水量加大,造成结构强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷和唧浆现象,进而形成网裂、沉陷、坑槽等结构性破坏。

3 沥青路面基层裂缝的现状

京沪高速沂淮江段全长261.5 km,地处平原区。于2000年年底建成通车,全线虽有部分软基,但从路表面裂缝看,因路基沉降而引起的裂缝极少。平均路面裂缝(单幅)长228 m/km,裂缝宽度一般在0.2 mm～1 mm以内,平均间距为16.8 m,SMA路段平均间距为34 m。

4 基层裂缝成因分析

4.1 纵向裂缝

京沪高速路面基层纵向裂缝往往是由于基层强度下降,在重车荷载作用下基层受行车荷载车轮集中作用产生的剪切作用而引起的,此种裂缝主要是受力裂缝,这也与纵向裂缝基本出现在轮迹附近比较吻合。出现纵向裂缝,基层板体性不好,容易进一步形成松散、网裂,主要表现在行车带附近,且往往在路表伴随有车辙,因此,针对这种情况,我们一般对这类裂缝不采用灌封处理,而进行铣刨处理。

4.2 横向裂缝

横向裂缝是半刚性基层常见病害之一。横向裂缝的产生有多种因素,如:基层裂缝反射、温度变化、行车荷载、地基变形、疲劳裂缝等。其主要分为:干、温缩裂缝,因施工时含水量过大,二灰碎石在强度形成过程中失水收缩而开裂,此外二灰碎石是一种热胀冷缩型材料,其温度收缩系数为25×10-6～40×10-6,在高温时具有较好的应力吸收功能,而在冬季,一次较大幅度的降温可能产生的拉应变在300×10-6～500×10-6之间,远远超出沥青混合料的极限拉应变,沥青面层薄弱处就会产生裂缝;受力裂缝是基层在行车重载作用下,基层底部产生过大的拉应力而开裂形成的裂缝。

5 以往修补方法

1)采用灌注沥青胶的方法对裂缝进行处理。2)采用在基层上铺土工格栅的方法进行处理。3)挖补法修补裂缝。

6 目前处理方法

通过多次实践及有关资料的介绍,为切实提高路面基层裂缝的处理效果,节省养护经费,2003年年底,我们选用了高分子橡胶沥青材料抗裂贴对铣刨路段基层裂缝进行了贴封处理。在裂缝选取方面,我们遵循如下原则:选取无沉陷、无严重松散、无严重网裂及支缝较少的横、纵向裂缝。抗裂贴材料性能及施工工艺流程如下。

6.1 抗裂贴材料性能

抗裂贴是一种橡胶沥青类高分子聚合物防水卷材,由沥青基高分子聚合物改性材料、高强抗拉织物、耐高温、沥青相容性好的抗拉织物复合而成,其在高温下不流动,低温下不脆裂,厚度为3 mm,宽度一般为 5 cm～50 cm,其主要性能指标见表1。

表1 抗裂贴性能指标表

作用机理:主要是利用抗裂贴的柔韧和延展性,用以减弱基层裂缝处的应力集中,降低面层在裂缝处的劈裂作用,同时消除裂缝处的不平整。

6.2 施工工艺

1)环境要求与尺寸选择:应在表层温度不小于21℃的条件下使用。如表层温度低于21℃,建议使用温火烤抗裂贴的胶面,注意不得过烤,胶面熔化即可。宽度选择结合裂缝的走向与具体形态,一般为24 cm,32 cm,48 cm,96 cm等。2)基层横向裂缝表面处理:必须将基层横向裂缝表面灰尘和水等杂物清除,保持表面干燥清洁;对于基层表面的凸起物,必须进行清理或找平处理至平整。3)铺设抗裂贴:将隔离膜(纸)揭开,在铺设时应将成卷材料拉紧,保持抗裂贴应平整、不起皱、不翘边,铺设抗裂贴后用胶轮滚筒进行滚压至少3遍。4)其他要求与说明:a.抗裂贴被正确铺设后,应紧密结合上面层的施工,避免受潮和雨淋。铺设完成后,即可进行上面层铺设,间隔时间不应超过24 h。b.铺设抗裂贴后,可以按热沥青混合料的施工规范,洒布乳化沥青等粘层油,为防止车辆或摊铺机粘结抗裂贴,可在抗裂贴上撒些细粒碎石或混合料等。c.在抗裂贴上铺设热沥青混合料的厚度应大于40 mm。d.在压实过程中,应将压路机调整到最低振幅和最高频率的位置,如果压路机振幅过大,可能会在抗裂贴位置出现少量剥落。e.针对路面基层有纵向裂缝的情况,以往因纵向裂缝难以处理,日常维修也比较麻烦且质量不容易控制,都采取铣刨挖除的方法。现在针对基层承载能力状况总体较好的基层纵向裂缝,对铣刨段全长基层表面满铺抗裂贴进行处理,一方面防止了水的渗入,另一方面又节省了养护经费。

7 效果分析

我们选取2004年～2006年专项治理中采用抗裂贴处理行车道基层裂缝路段进行了跟踪调查,此次跟踪主要选取了不同路段以及不同环境气候条件下的路段,结果见表2。

表2 不同路段及不同环境气候条件下路段调查结果

从表2统计中可以发现,经过抗裂贴处理后的基层裂缝再次反射至路面的为4条,占调查总数的3.3%,良好率达96.7%,显示了抗裂贴优良的使用性能。

超车道满铺段因是2007年5月施工,从目前看效果良好,长期效果有待进一步观察。

8 经济效益分析

1)基层横向裂缝贴抗裂贴经济分析见表3。

表3 一道3.7 m横缝

2)基层满铺抗裂贴经济分析见表4。

表4 100m单车道

9 结语

从上述分析可以看出,用抗裂贴处理基层裂缝是有良好的社会效益与经济效益的,且其有效性基本上已经过实践检验,对基于养护角度的从根本上解决基层裂缝问题是一个有益的尝试,在一定范围内具有推广价值,目前我们已将其应用在路面日常养护维修时对基层裂缝的处理上,此外,对高速公路在建设时期先行处理基层裂缝具有重要的参考价值,将大大减少后期养护的费用,而且对于市政道路普遍存在的反射裂缝问题也有较好的借鉴作用,经济效益与社会价值巨大。

[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.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3] 党魁和,高 群.公路沥青路面养护技术[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 高伟章,郑海龙,翟朝勇.半刚性基层裂缝成因及处理方法探讨[J].山西建筑,2007,33(27):280-281.