二灰碎石基层路面起拱病害浅析

2017-08-07侯毓莉

城市道桥与防洪 2017年7期

关键词：右幅平整度车道

侯毓莉

（上海市市政规划设计研究院,上海市 200031）

二灰碎石基层路面起拱病害浅析

侯毓莉

（上海市市政规划设计研究院,上海市 200031）

对南方某市主干路的二灰碎石基层路面起拱病害进行调查,进行了路面平整度检测、路面弯沉检测、粉煤灰SO3残余量试验以及路基样洞开挖等一系列检测。试验结果表明:粉煤灰的SO3含量对基层体积安定性的影响较大,基层易发生体积膨胀,这是导致路面起拱的材料因素；地下水和地表水的浸入,为体积膨胀的发生提供了水源,这是造成路面起拱的外部原因。

道路；基层；二灰碎石；路面起拱；病害

0 引言

二灰碎石基层是指以石灰、粉煤灰混合作为集合料,与一定量的级配碎石加一定的水分拌合,碾压、养生后而产生强度的一种半刚性结构。由于其具有强度高、耐久性好、造价低、环保等优点,二灰碎石基层被广泛应用在各类路面工程中。但随着二灰碎石基层的使用越来越多,也发现了一些问题,如路面起拱病害[1,2]。近年来,在南方某市内的多条城市道路上发现了多处路面起拱病害,路面起拱最高处达到18 cm,造成路面凹凸不平,影响了车辆的安全行驶。通过对起拱路段进行调查,采用路况检测、材料化学分析、样洞开挖等检测手段,对路面出现的起拱问题进行了分析。

1 路况调查

1.1 路面起拱的调查

本次调查道路为城市主干路,路段单元为1 km。为了掌握沥青混凝土路面的起拱严重程度,对该路段各车道进行了详细的路面状况调查。从现场调查来看,该道路起拱现象在部分区间内比较严重,双幅起拱面积共计2 809 m2,其中右幅各车道累计起拱面积1 313 m2,左幅各车道累计1 496 m2,左幅比右幅稍严重些。起拱范围主要集中在非机动车道和道路中心线两侧。另外,通过打开井盖发现井中水位在正常水位以下。

1.2 平整度调查

道路起拱严重影响到行车的舒适性和安全性,使路面的行驶质量大大降低。为了更科学直观地了解该路段各车道的起拱程度,本项目采用激光断面仪对该路段平整度进行了加密检测,检测频率为每20 m一点,各车道平整度检测结果汇总见表1。根据《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）,城市主干路的平整度设计指标σ≤1.5 mm；根据《城镇道路养护技术规范》（CJJ 36-2016）,主干、次干路养护标准A级别平整度设计指标σ≤4.5。检测结果表明,无论是左幅还是右幅路面,非机动车道平整度最差,其次为3车道、1车道、2车道。整体来说,右幅比左幅平整度要略差。根据验收规范,右幅各车道平整度合格率在22%～74%之间,左幅各车道合格率在14%～66%之间,说明路面行驶质量已经基本不能满足当初设计要求；根据养护规范,右幅各车道平整度合格率在67%～98%之间,左幅各车道平整度合格率在83%～98%之间,除非机动车道外,绝大部分点行驶质量满足养护质量要求。

表1 各车道平整度检测结果

1.3 路面弯沉调查

路面回弹弯沉是反映路面结构承载能力的重要指标,本项目采用自动弯沉仪对该路段弯沉进行检测,检测频率为每9～11 m一点。根据该段道路设计文件,路面弯沉设计指标l≤22.1（0.01 mm）,各车道弯沉检测结果汇总见表2。根据《城镇道路养护技术规范》（CJJ 36-2016）,重交通半刚性基层沥青路面结构临界弯沉值l≤46（0.01 mm）。从表2可以看出,无论是右幅还是左幅1车道弯沉最大,整体来说,左幅比右幅弯沉要略大一些。根据设计文件,右幅各车道弯沉合格率在66%～70%之间,左幅各车道弯沉合格率在40%～65%之间,说明路面结构强度已经基本不能满足当初设计要求。根据养护规范,右幅各车道弯沉合格率在95%～100%之间,左幅各车道弯沉合格率在80%～90%之间,说明除个别点外,路面结构强度基本能够满足养护质量要求。

表2 各车道弯沉代表值检测结果

1.4 SO3残余量试验

参照《水泥化学分析方法》（GB/T 176-2008）,采用硫酸钡重量法（基准法）进行SO3残余量试验[3],试验结果见表3。可以看出,该路段SO3残余量普遍较高,即使没起拱的地方也有20%～30%,存在较大的起拱隐患。

表3 SO3残余量试验结果

1.5 开挖样洞检验

为了进一步了解基层以及土路基的结构状况,采用开挖0.8 m×1.0 m的样洞对该路段基层结构的厚度和完整性以及二灰土底基层的压实度和含水率进行了检测。该样洞所在50 m区间弯沉代表值为0.54 mm,样洞位置有起拱现象,开挖后发现二灰碎石基层较为松散,板结效果较差,SO3残余量26.92%,但二灰土底基层干燥。

2 二灰碎石基层路面起拱病害原因分析

2.1 原材料的原因

二灰碎石混合料由石灰、粉煤灰、集料和水组成,其中粉煤灰主要从火力发电厂购买,其主要成分是Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO、SO3。粉煤灰本身并没有黏性,当它与水和消石灰相混合时,在常温下能与石灰中的氢氧化钙 Ca（OH）2发生反应,生成具有黏结性的化合物,所以粉煤灰被广泛地应用于道路施工中。SO3是一种空气和环境污染物,如直接排放到空气中,会造成空气污染,形成酸雨等危害。近几年我国对环境保护控制加强,许多电厂都实施了环保脱硫工艺,脱硫后脱硫灰渣重新回到粉煤灰中,加大了粉煤灰中SO3的含量。

SO3与石灰中的氧化钙（CaO）反应生成硬石膏（CaSO4）或无水钙质芒硝（CaSO4·Na2SO4）。这两种物质的性能都很不稳定,CaSO4与水发生反应生成CaSO4·2H20（二水石膏）,无水钙质芒硝（CaSO4· Na2SO4）与水和混合料中的Cao·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙）进一步反应,生成CaO·Al2O3·3CaSO4· 32H2O（钙矾石）。通过这一系列的化学反应,会使得混合料体积增大2.5倍左右[4]。通过本次检测发现出现起拱的地方,SO3残余量都普遍较高,这说明粉煤灰中的SO3含量高,对二灰碎石混合料的安定性存在很大的影响,在二灰碎石形成强度的过程中发生体积膨胀,导致路面起拱。

粉煤灰含有许多化学活性物,其中氧化钙、二氧化硅物质所形成的离子与黏土颗粒的离子发生化学、物理反应,从而形成大团粒结晶体,具有很高的强度。经过脱硫处理的粉煤灰除了SO3含量较高外,还有一个特点是SiO2的成分较少,使得粉煤灰的活性降低,容易脱落,造成二灰碎石基层松散[5]。

2.2 地下水和地表水的原因

该地区水网发达,地下水位高,由于毛细现象,地下水容易浸入到道路中。通过现场调查,发现该路段的道路中分绿化带和机非隔离的绿化带都较宽。市政设施管养单位经常对绿化带进行浇灌,由于没有增设隔水带和集水沟,使得浇灌绿化的地表水渗透到道路底层,给基层提供了丰富的水源,使得基层中的无硬石膏、无水钙质芒硝与水发生化学反应,形成新的次生矿物,造成基层体积膨胀。

3 维修处置措施

针对调查结果,建议对该路段的沥青表面层进行铣刨加罩处理,起拱严重的路段局部采用贫混凝土基层进行翻修处理。防治地下水对道路的破坏作用,通过工程措施降低地下水位高度,设置渗井、渗沟阻碍地下水对路基的浸润。进行绿化改造工程,在绿化中分带、机非隔离绿化带下部设置纵向碎石盲沟和横向排水管,将绿化带中土壤聚集的渗透水排除道路范围之外。