严寒地区沥青路面病害防治措施研究

2021-12-23袁乾龙

城市建筑空间 2021年11期

袁乾龙，蒋鑫，龙辉

（中国建筑第二工程局有限公司西南分公司，重庆 400023）

0 引言

沥青路面具有施工周期短、表面平坦、养护方便等优势，在公路建设中应用广泛。但是，沥青路面易受环境因素影响，再加上长期行车荷载，易形成路面裂缝、坑槽、车辙等，从而降低公路使用寿命，增加公路建设成本。在严寒地区，如果沥青路面冻害情况严重，不仅对公路行车安全造成影响，而且严重损害路面的耐久性，加速公路老化。因此，加强严寒地区沥青路面病害防治研究具有重要的意义。通过深入探讨严寒地区沥青路面病害类型及成因，制定有针对性的防治措施，是严寒地区沥青路面养护工作的重点。

1 严寒地区沥青路面病害调查与成因分析

1.1 道路概况

某线路是穿越青藏高原低温区域的线路，该地区是全年低气温区，年平均气温不超过7.0℃，每年的冻结期高达7～8个月，而冻土区年最高气温不超过8.2℃。该道路是典型的严寒地区沥青路面公路。全线气温状况较为复杂，纵横向气温变化幅度较大。调研路段全长17.35km，包括冻土区域及高含冰量分布区域，应充分考虑严寒地区寒冷气候及含冰量对道路病害的影响。

1.2 病害调查结果及统计

调研路段病害主要包括路面纵裂、横向和网状裂缝、车辙、坑槽等，其中，路面纵裂、横向和网状裂缝病害占比较大，坑槽次之，车辙病害占比较小。

1）路面纵裂路基发生变形，或边坡有积水、毁损的情况，往往会使沥青路面产生纵向裂缝。严寒地区沥青路面发生纵裂，通常是由于路基融沉而导致，并且路基高度越高，路面纵裂的发生率越高，而一旦形成连续性纵裂，则病害会快速发展。纵向裂缝宽度为2.0～8.0cm，一般大于横向裂缝宽度。如在调研路段12.5km处，存在长约5.4m、宽约6cm的路面纵向裂缝，该裂缝距离道路半坡不到0.5m，主要是由于路基沉陷造成。在调研路段，该类路面纵裂出现较多，且多与路基高度有关。路面纵裂病害与路基高度关系如图1所示。

图1 路面纵裂病害与路基高度关系

2）横向、网状裂缝横向裂缝大多为横向贯穿裂缝，贯穿于左右两幅路面。贯穿裂缝宽度相对较大，通常在1.0～2.5cm；未贯穿裂缝宽度相对较小，一般在0.1～1.0cm。横向裂缝会伴随车辙、网裂等病害。路面横裂如不能及时采取灌缝处理措施，则其裂缝长度与宽度会快速发展，并演化为其他类型病害。如在调研路段8.6km处，存在贯穿路基断面的横向裂缝，裂缝宽度为1.8cm，同时伴有面积约6m2的网状裂缝。该公路常见网状裂缝病害通常为单独发生，裂缝面积在5～80m2，且裂缝细小，大部分并没有出现松散或者变形的情况，并伴随一定程度的横向开裂。网状裂缝受路基、边坡病害的影响程度相对较低，通常由多条横向裂缝联合发展而来。

3）坑槽通过对该路段坑槽病害调查发现，道路行车荷载量增大，坑槽发生率随之升高。同时，如果路面沥青混凝土压实度不达标，路段坑槽发生率升高。

4）车辙公路沿线车辙病害发生较少，仅占调研路段病害的6%。道路线形如有较大纵坡路段时容易出现车辙病害，路面发生较为严重沉陷时也可能引发该类病害。与车辙病害伴生的通常包括壅包、横裂等。根据统计数据，调研路段共有4处较为严重的车辙病害，并伴有严重的壅包病害。车辙病害主要位于纵坡、路侧积水及路面沉陷处，主要是由于路面沉陷造成车辆通行不便，车辆需要频繁启动制动，从而造成病害的产生。

1.3 路面病害成因分析

1）气温该调研公路为典型的严寒地区公路，全年冻结天数达到300d。同时，该地区气温年较差和日较差非常大，年较差可达到29.42℃，日较差可达到16.76℃。这些因素会严重影响沥青混合料的抗疲劳性，导致材料开裂。因此，严寒地区极端低温不仅导致沥青路面病害，而且温度年较差和日较差大也对其造成严重影响。

2）太阳辐射该公路位于青藏高原高海拔区，太阳年辐射量在7 000MJ/m2以上，日照时间长，约3 000h/年。调研路段年日照率超过60%。太阳辐射对路面结构的耐久性产生影响，尤其是昼夜温差较大，夜间出现冻结而白天受到太阳辐射又发生融化，频繁的冻融严重影响沥青路面的使用寿命。此外，紫外线照射强烈会加速沥青混合料的老化，削弱其稳定性和材料的抗温度疲劳性能，从而产生路面病害。

3）降水量严寒地区受低温和冻融的循环作用，降水量越大，越易造成沥青混合料内部的冻结聚冰，从而削弱其抗冻性能，引发沥青路面胀冻病害。

4）材料材料性能是影响沥青路面病害发生的关键因素。严寒地区在沥青材料设计选择中，对材料的低温性能具有较高要求。此外，严寒地区沥青混合料的温度收缩更严重，需要承受的附加应力随之增加，因此需要具备更高的抗变形能力。

5）路基稳定性严寒地区温度变化产生的路面冻融作用会导致路基结构产生不均匀沉降，从而发生裂缝、沉陷等病害。

6）行车荷载行车荷载与路面耐久性具有负效应。该公路是当地重载交通路线，交通行车荷载量较大，很大程度上降低了公路路面的耐久性，加速了沥青路面病害。

2 严寒地区沥青路面防治措施

2.1 道路施工建设中的防治措施

1）在严寒地区沥青路面施工中，应考虑到施工温度低，沥青混合料降温速度快。因此，为降低寒冷温度对材料的影响，在路面铺设时，要对石料、沥青进行加热，并保证出料温度在160～170℃。在沥青混合料运输过程中，要采用保温效果较好的运输车，将车顶部及两侧做好保温防护，确保材料到场温度在150℃以上。

2）摊铺施工前，需保证黏性油洒布蒸发1h，混合料摊铺温度在145℃以上；机械设备摊铺与人工方式相结合，人工施工松铺程度要求微厚；摊铺准备中先用熨平板进行预热，使温度达到100℃时，施工过程中各摊铺设备需密合严实，避免引起摊铺不平整。

3）碾压3遍，初压采用钢轮压路机，吨位为13～16t；复压采用胶轮压路机，吨位为26～30t；终压采用钢轮压路机。根据道路施工实际情况进行组合碾压施工。

4）对施工路面进行压实度、抗渗、抗滑等性能检测，路面压实度应满足二级、三级道路相对实验室标准密度不小于96%的要求，本路段地区路面压实度应当保持在97%以上；路面抗渗要求渗水系数相较于普通地区更低，不应超过15mL/min，以保证严寒地区路面具有较高的稳定性；路面抗滑要求降低路面构造深度，为0.6～1.0mm。

2.2 沥青路面病害维修处治措施

1）路面裂缝的维修处治需要及时采用沥青灌缝方式，避免裂缝加速扩大或水分渗入。路面网裂可采用冷补法处治，在低温环境中，冷补料配置可采用乳化沥青混凝土，补缝施工顺序为切槽→清理槽底→刷油→填充补料→压实。

2）路面坑槽的维修处治施工人员应先根据坑槽周边裂缝情况进行规则切割，然后刨除其中沥青混合料，并吹干底部沥青面；将施工沥青黏性油均匀地涂刷在坑槽底部及周边，加热冷补料后进行坑槽填补，并在乳化沥青混凝土破乳前压实。为避免沥青路面发生松散脱粒问题，施工人员可以将松散部分挖掘后进行面层和基层的重做。同时，施工人员在冷补料施工基础上，可以运用就地热再生修补术，对路面进行现加热、喷洒乳化沥青或耙松、整平及碾压等，以防止材料加热温度不够而造成的路面松散问题。

3）路面车辙的维修处治采用道路加热方式，使用热的改性沥青填平车辙，并做好压实处理。