沥青混凝土下面层施工中的推移病害原因和处理策略

2022-07-13李兰勋

交通世界 2022年14期

李兰勋

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

在高等级公路建设中，沥青混凝土路面是常用的路面形式，其基层以半刚性结构为主，整个沥青路面结构可以划分为上面层、中面层与下面层3个层次。其中，下面层是与基层表面相连的部位，如果下面层混合料在施工中发生推移，将对其整个路面的质量带来很大影响。因此，在实际的沥青路面施工中，有必要在明确导致下面层混合料发生推移的原因基础上，探究有效的处理策略。

1 下面层主要作用

对于采用半刚性基层的沥青路面，其下面层底面难免受到竖向力的持续作用，通过力学分析可知，底面层除了承受一定压力作用，还会受到剪力的持续作用。在气温较高的季节中，尤其是有自由水进入到结构层后，因自由水滞留于混合料当中，所以底面层混合料强度大幅降低，严重时将导致剥落，使底面层产生剪切变形。基于此，在采用半刚性基层的沥青路面中，下面层的作用就在于抵抗剪切变形，从而防止坑槽与车辙等病害的发生[1]。

2 下面层推移对路面质量造成的影响

下面层推移是指下面层混合料碾压时，由于受到压路机推动，混合料产生移动。这一现象一旦发生将使成型后的混合料产生横向裂纹，这些裂纹会对下面层强度造成很大影响，使抗剪强度下降。根据相关试验可知，在气温较高的季节，沥青面层下部4～9cm深度位置的温度很高，伴随轴载不断增加，除了剪应力显著变大，其作用深度也明显增加。在高速公路中，沥青面层总厚为15～17cm，在这种情况下，如果下面层实际抗剪能力减弱，会使中面层与上面层实际抗剪能力减小，进而使路面产生早期破坏，产生裂缝、车辙与拥包等一系列病害。

推移和拥包都是沥青路面在夏季高发的病害，其中，推移一旦发生将使路面开裂，而拥包则会对路面平整度造成影响。导致路面出现推移的原因包括以下两方面：其一，面层与基层结构间的黏结力较低，受行车荷载施加的水平方向作用力后，产生层间推移；其二，因混合料在高温条件下的稳定性较差，受夏季行车荷载影响后出现推移。根据相关经验可知，前者多产生于面层厚度较大时。就目前来看，我国二级及以下公路工程沥青路面的面层厚度大多小于10cm，加之重载与超载车辆数量与日俱增，导致很多地方的沥青路面都产生了推移病害，甚至在建成初期就产生了显著的推移，除了使道路服务水平大幅降低，还对公路形象造成不小的影响。

3 下面层推移产生原因与处理措施

对某公路推移现象相对严重的段落开展现场调查，经调查可知，在推移相对轻微的部位，通常有若干细小斜向裂缝，和路中线之间的夹角约为45°，而推移较为严重的部位则在裂缝端部产生横向开裂，与斜裂缝直接相连，产生类似于U形的裂缝。该裂缝顶端指向汽车启动或制动产生的作用力方向。由于推移产生的裂缝，其宽度最大可达2cm左右，且推移前部面层还有褶皱，裂缝的形状与指纹类似。通过观察，开裂处可看到明显轮迹带，粗颗粒上浮，表面粗糙。通过调查还得出推移大多产生于重车车道，其他车道的推移很少。另外，在长纵坡顶、底部，推移现象往往比较集中，其原因为车辆行驶至纵坡底部时会制动减速，而达到坡顶时会加速，导致这两个部位承受较大水平方向作用力。推移和坡度之间并无直接关系，一些坡度很大的段落可能没有推移，在长纵坡底部推移较多，特别是和半径较小的曲线段相连的部位，不仅推移数量多，而且还比较严重。

沥青路面发生推移主要和层间剪应力有关。为了确定层间受荷载作用后产生的剪应力，本次借助BISAR开展计算分析。分析对象的路面结构为：沥青混凝土上、下面层+二灰碎石基层+二灰土底基层+土基。主要计算参数包括：上面层：模量1 400MPa，层厚3cm，泊松比0.25；下面层：模量1 200MPa，层厚4cm，泊松比0.25；基层：模量1 500MPa，层厚15cm，泊松比0.25；底基层：模量700MPa，层厚30cm，泊松比0.25；土基：模量50MPa，泊松比0.35。将不同层之间的接触均考虑为连续接触，车轮和路面的摩擦系数为0.5。经计算得出层间剪应力在0.24MPa以内，在此基础上使面层厚度发生变化，以确定面层厚度和层间剪应力之间的关系，如图1所示。

图1 面层厚度和层间剪应力之间的关系

从图1可知，当面层厚度增加时，层间剪应力减小，层间剪应力在面层厚度为4cm时达到最大，为0.330 31MPa，而在面层厚度为13cm时达到最小，为0.165 02MPa，成近似的线性关系。除面层厚度外，基层模量也会给层间剪应力造成很大影响，具体表现为当基层模量增大时，层间剪应力也显著增大。然而，基层厚度和层间剪应力之间无显著关系。通过以上计算和分析可知，通过提高基层强度或增加基层厚度来减小层间剪应力，从而防止推移的发生，其作用有限，应将重点放在面层上。以下就几个导致推移发生的原因，提出相应的处理措施。

3.1 混合料摊铺与碾压设备搭配不合理

在当前的沥青路面施工中，为了使混合料在要求的温度条件下碾压，以保证压实度，通常使用吨位较大的压路机，但混合料摊铺中使用的摊铺机，其夯锤振级依然沿用之前的标准，导致实际施工过程中混合料初压只能达到相关标准的70%左右，使松铺系数无法达到压实要求，导致在初压过程中产生推移[2]。

为保证压实度，需严格遵循先轻压再重压的基本原则。在初压过程中，速度可按2～4km/h范围控制，复压时适当提高速度。具体的碾压方式为：先用胶轮压路机紧跟前方摊铺机连续碾压2遍，然后用钢轮压路机连续振动碾压4遍，碾压完成后通过观测如果发现小裂纹，应立即用胶轮压路机进行揉搓压实，使小裂纹达到闭合，最后再用钢轮压路机连续碾压2遍，用于消除轮迹，并将斜向压切处存在的拥包等压平。在碾压过程中，采用胶轮压路机时可以不喷水，但采用钢轮压路机时应在钢轮的表面适量喷水，以防止压路机轮和混合料黏结[3]。

3.2 基层表面过于光滑

对于半刚性基层路面，其基层混合料以水稳碎石居多，碎石粒径一般要求不超过31.5mm，可见基层混合料级配较细，完成摊铺与碾压后，基层表面光滑，难以形成粗糙的表面。另外，实际施工中对基层混合料实际含水量的现场控制不到位，如当含水量过大时，会使基层在碾压完成后产生灰浆层，给之后的下面层摊铺与碾压造成影响，导致下面层混合料碾压过程中产生推移现象[4]。

针对以上原因引起的下面层推移，一方面要促进水稳碎石不断向粗级配发展，确保施工完成后的基层表面是一个粗糙面，使透层油喷洒完成后的表面有足够的表面积，增大与下面层混合料之间的摩擦力，以防止下面层混合料碾压过程中发生推移；另一方面，在基层施工中要对混合料实际含水量进行严格控制，避免由于含水量过大导致在施工完成后产生表面灰浆层，给之后的透层油及下面层施工造成影响[5]。

3.3 基层表面被污染

在实际的工程建设中，存在追赶工期与交叉施工的现象，在这种情况下，往往容易使完成施工的基层表面被不同程度的污染，比如车辆反复行走导致基层表面空隙被灰尘填满，影响透层油洒布后向基层结构内部的渗透，进而降低下面层和基层之间的黏结力，导致下面层施工中产生推移的现象。

针对此原因引起的下面层推移，在基层施工中必须做好交通封闭，并在基层施工完成后连续养护至少7d才能开始后续的透层油洒布与下面层施工。当基层遭到污染时，应在下一步施工开始前清扫，以确保透层油充分渗透至基层中，保证基层和下面层之间良好黏结。另外，在透层油施工完成后应立即开始下面层施工，尽可能缩短停留的时间。

3.4 透层油施工不当

为确保下面层与基层之间良好黏结，必须进行透层油的洒布。但因基层表面较为密实，使透层油在渗透到基层之前就破乳，导致无法达到预期的效果，使下面层混合料摊铺过程中由于与基层之间的黏结较差而在后续碾压过程中产生推移。

对于以上原因引起的推移，首先要在透层油选择上引起重视，在条件允许的情况下，推荐选择中凝液体沥青，当现场不具备使用这种透层油的条件时，也可使用软化沥青，但要注意在洒布之前将基层表面充分湿润，这样也能促进透层油充分渗透，防止由于透层油洒布不到位导致的下面层推移。

3.5 下面层混合料配合比不合理

对下面层混合料进行配合比设计的过程中，因侧重点不同，比如在南方降雨较多的地区，相关设计人员为防止水损坏大多选择偏细型，因机械设备方面的因素产生误差，导致成品料中胶泥的数量不足，使混合料层间黏结力不足，在碾压施工中产生推移。

针对以上原因引起的推移，在对混合料配合比进行优化设计的过程中，要充分考虑粗、细集料之间的比例及油石比。因在转弯与陡坡处进行施工时相对容易产生偏移的现象，所以在确定此处混合料生产配合比的过程中，应将实际的油石比确定为比最佳油石比小0.3%。另外，在南方降雨较多的地区，还应在表面层加铺防水层，以减小水对结构层造成的影响及破坏。

3.6 原材料不符合要求

原材料不符合要求也是导致下面层碾压过程中产生推移的主要原因，其中，与沥青之间的黏附性作为一项重要技术指标，如果施工中为了追赶进度而使用了黏附性不满足要求的材料，则在施工中会因为抗剪能力不足而导致推移现象的发生。

针对以上原因引起的下面层推移，应通过加强原材料控制来解决，所有不满足要求的原材料一律禁止进场使用。另外，在必要时可以在矿粉中掺加适量生石灰，这样能起到提高矿粉和沥青之间黏附性的作用。

3.7 碾压温度控制不到位

混合料的压实质量和碾压温度之间有直接关系，然而，在摊铺完成后，混合料温度产生变化，尤其是在摊铺完成后4～15min内，混合料的温度损失速度可达1～5℃/min。对此，施工中必须对碾压时间进行严格控制，通过在最佳温度范围内碾压来达到预期的压实度。如果在温度较低的情况下碾压，则热混合料和基层之间的接触面将由于温度下降速度过快而产生一个硬壳，在热混合料的表面同样如此，在这种两端硬、中间软的情况下碾压，难免会使混合料产生推移。

针对以上原因引起的推移，一方面要规范混合料碾压施工，尽量在较高的温度条件下对混合料碾压。另一方面在气温较低的情况下不应进行混合料摊铺与碾压。若工期不允许，则要在现场采取有效的保温措施，在基层表面温度不低于10℃的情况下才能进行下面层混合料摊铺与碾压。此外，在实际施工中，压路机应尽量与前方摊铺机靠近，在完成碾压且经检测确认压实度合格后，可通过适当的补压实施修整，此时压路机和摊铺机之间的距离可适当增加。