高速公路沥青混凝土路面坑槽修复率提升研究

2022-05-17李小辉古文祥

城市建设理论研究（电子版） 2022年2期

李小辉李智古文祥

陕西交通控股集团有限公司西略分公司略阳管理所陕西汉中 724300

坑槽是目前我国公路交通事故中较为普遍的一种类型，严重影响了道路交通的正常行驶。通过分析造成道路凹陷的成因，可以有效地防止凹陷。对道路坑槽进行了深入的研究和分析，可以提高道路的使用年限。

1 坑槽形式及成因分析

在道路上，由于长时间的汽车负荷，导致其在超过一定的寿命后，会出现裂缝、车辙、坑槽等问题，从而降低了道路的舒适度和安全性。如果不进行及时的修复，可能会引起路面积水，并在沟道中沉积，致使底板长时间处于积水状态，从而引起集料松动脱落，产生较大的凹陷。在较大的情况下，还可导致路基基础材料的软化，从而导致结构的结构损伤。在沥青路面发生凹陷时，由于受高速汽车的撞击，其边沿及底层的物质将会进一步加剧损伤。

在道路工程中，由于施工技术不能满足相应的施工规范，会造成沥青混凝土的各种质量问题。沥青混凝土的施工对沥青结构的要求很高，地面层、中面层和上面层的施工材料都有严格的规定，如果不能正确的进行施工，就会造成路面的质量问题，比如出现缝隙，比如渗入雨水，对沥青地面造成很大的伤害。若不能进行适当的调控，则会导致混合料的孔隙度增加，而且压实度、粘结力、整体强度、均匀度等指标不能满足工程的需要。此外，如果搅拌站点距离过大，再有不顺畅的情况下，搅拌站的温度也会低于设计的标准，会对混凝土的施工造成不利的后果[1]。

1.1 坑槽形式

(1) “自上而下”型：如图1，坑槽的上半部分面积大，下半部分比较少，通常是因为受水的侵袭而造成的。

图1 “自上而下”型坑槽

(2) “自下而上”型：如图2，坑槽的上部破坏区少，而下部的破坏程度比较大，破坏范围比较大，这是因为底部的构造受到了污染；

图2 “自下而上”型坑槽

(3) “伴随”型：如图3，经常伴随着其它的道路问题如唧泥、龟裂、塌陷等，造成整体的结构疏松，使集料在汽车的运行中被车轮卷走，并在道路上形成凹陷。

图3 “伴随型”坑槽

1.2 坑槽形成分析

(1) 面层坑槽

沥青路面主要是以表面凹陷为主，因长期承受外界荷载的影响，且长时间的磨蚀使其表面产生凹坑。目前，公路路面主要采用的是沥青混合料，其孔隙度大，外界杂质侵入路面，会使路面的整体力学性能下降。这样，沥青混凝土的结构一旦发生损坏，其粘着性就会下降，并且在受到较大的车辆负荷时，其表层会产生疏松的剥离现象，久而久之就会产生凹痕。另外，如果在工程中没有对沥青混凝土进行足够的碾压，会造成沥青混凝土的凹陷[2]。

(2) 基层坑槽

在公路沥青路面上，一旦发生凹陷，不但会危及道路的行车安全，而且还会加大施工工作量和施工的困难。公路沥青路面的基础坑槽是因为长时期承受了大量的汽车荷载，使得路面表层的积水在轮子的作用下进入底层和底层，久而久之，就会产生裂纹，从而引起地基周围的地基坍塌，从而引起基础结构的局部坍塌，从而发生凹槽。另外，由于地基的密实度不够，没有做好排水工作，致使地基发生了较大的局部沉降。

(3) 冻融造成沥青路面出现坑槽

公路沥青地面上的沟道是由季节冻土引起的，如果公路处于冬季寒冷的气候中，降雨过多，就会产生很大的降雨，而且沥青混凝土是一种具有多孔的结构，在温度降低时，沥青混凝土中的水分就会冻结，导致建筑的体积变大。随着温度的上升，凝结的冰将发生溶化，再加上外界的汽车负荷，使静态的水份变为有压的水份，从而使沥青混凝土的粘性下降，这种失效在不同的季节中会重复发生，最后形成凹陷。具体如表1所示。

表1 坑槽破损机理

2 工程实践

2.1 工程概况

某高速公路车流量大，在高温天气下，路面易出现车辙、坑槽、裂缝等病害。针对目前国内公路沥青路面的坑槽，采取修补混凝土的方法，对其进行修补，主要有找平层、修补块和填充料三类。由于修复块的原材料是在测试室内进行的，因此要对基坑进行平整。坑槽的快速修补技术主要有清除坑槽、找平、修补快拼装、接缝处理等工序，与常规修补工艺相比，能节省工期、节省投资。所用的沙是一般的河沙，颗粒直径不超过2。36毫米，由石灰石制作而成，其粗、细骨料的品质达到了《公路沥青路面施工技术规范》的要求，其等级型式如表2所示。

表2 碎石级配类型

2.2 施工质量控制

(1) 修补块预制质量控制

本论文采用环氧树脂、固化剂及其它助剂等原料进行混合而成的补充体，因其化学稳定性较好，故不会出现分层现象。环氧类混和常用的搅拌方法是：先进行冷搅拌，再由挤压模压机进行挤压，以达到致密[3]。

(2) 找平层

清除沟道后必须清除周边的疏松粒子和杂乱，并将凹坑底部凸起的部位铲除。根据环氧砂浆的配制，将水泥浆倒入凹槽内，确保灰浆表面与切割面的标志线齐平，然后将衬砌快速的放入混凝土中，然后用橡皮锤子将其均匀地打在平整的地面上。

(3) 灌缝材料

灌浆物料要先混合，然后使用注浆机将混合液吸入，然后对着裂缝进行缝制，直到胶缝内的混合物停止下落，40分钟后，当灌缝剂的表面干燥时，才能打开运输。坑槽修复完成后，应对坑槽面积、深度、施工天气等各项指标进行及时的监测。与此同时，还要对修复的品质进行每日的监测，才能不断改善施工工艺，从而提高路面的使用年。

(4) 其他工艺

在这些缺陷的修复中，也存在着一些特别的处理办法。例如，使用沥青混凝土砌块，在破损部位进行裂缝修复，其大小必须与混凝土块体的数量相等，并用填充材料填充混凝土。这种修复方式相对来说比较简便，补强材料的配比容易掌握，可以确保其密实性。日本人还发明了一种叫“荒川”的斜坡修筑方法，这种方法是在回填、压平、加铺之前，用专用的刀具把凹坑的边沿切割45度。先用火焰把它的边沿加热，使其变得粗糙，然后在上面铺设沥青。这种方法可以保证新的材料与老的材料之间的粘接，而且很少产生裂纹[4]。

3 修补材料的要求

3.1 修补材料应具有足够的强度

在水毁和车辆载荷的作用下，填充于凹坑内的修复体受到各种应力和应变的作用。为弥补坑槽区原有的沥青砼承重性能和路面强度的缺陷，对坑内填充物进行补强处理后，必须将其组合成为一个块或一个整体，以保证其具有承受外部载荷的功能。因此，补强必须具有很高的强度，也就是说，矿质骨料之间存在着很大的摩擦和挤压作用，而矿物和柏油之间则存在着充分的粘性。

3.2 修补材料应具备优良的高低温稳定性

在汽车荷载的影响下，修复材料必须具有良好的耐高温性能，以保证其不会出现推移、波浪、粘轮、车辙、油等损坏。即，在高温条件下，补强材料必须能够承受塑性流动的塑性，并具备充分的强度弹性。反之，在寒冷的气候和冬天.很易使补强剂硬化、脆化。为了防止出现温度裂纹，必须采用充分的低温稳定剂进行修补，也就是在低温条件下，要有良好的应力松弛特性，对变形的适应性强，劲度小，而不会形成大量的应力积累，不易发生脆裂，即便受到车辆等多种条件的反复影响。原来的铺面材质和补丁料要有很好的结合，原来的材质和补丁的性能是一样的。采用一致密的材质，同样的变形适应性，可以降低由于不同的形变造成的裂缝、脱落等损坏，从而延长了坑槽修复后的使用年限[5]。

3.3 修补材料应具有优良的耐老化性

在实际应用中，因修复材料长时间处于曝晒状态，受阳光、空气（氧、紫外线）、水、温度等多种环境条件的影响，会导致材料的各项特性恶化。要改善已修复的沟道的耐用性，避免修复后的沟道提前再次受损，就需要保证修复材料的抗老化能力，也就是说，修复材料的质量不会有太大的改变，或者可以保证它的工作状态。

3.4 修补材料应具备比较强的耐水性

从本质上讲，坑的破坏是由于水灾造成的，防止已经修复的坑被雨水冲刷后再次发生修复材料掉粒、松散和油膜从石头上剥落等破坏，因此必须选用一种水稳性好的补充剂，也就是沥青矿物之间要对水分的替代和良好的粘着性。因此，既要保证修补剂自身的防水性能，又要避免表面被雨水浸湿，导致基础表面软化，承载力下降，从而导致废液的出现。

3.5 修补材料应具有一定的抗疲劳性

在施工中，汽车荷载对已经修复的凹坑产生重复的影响，而凹坑修复材料将会处于长时间的应力-应变相互作用中，从而逐渐削弱其结构的强度。在连续多次载荷反复的情况下，连续降低的结构强度将比加载时修复材料中的应力小，从而使裂缝再次发生。防止修复后的凹槽出现早期的疲劳破裂，因此修复材料应该具有足够的耐久性和耐疲劳性能。