高速公路路面破壞的特征及原因初探

趙秀云

摘要:我國的公路事業(yè)進(jìn)入了以建設(shè)高速公路、一級公路等高等級公路為主的新時代。早期修建的一些高速公路,在沒有達(dá)到設(shè)計年限的情況下,也開始進(jìn)行大修。不僅對社會、交通造成了較大的影響,也在經(jīng)濟(jì)上造成了很大的損失。本文深入分析了高速公路路面破壞的特征及成因。 關(guān)鍵詞:高速公路;路面破壞

我國高速公路路面的早期損壞有多種形式,也是由多種不同原因引起的,其中對路面使用性能和使用壽命影響最大的是結(jié)構(gòu)性破壞、水破壞和嚴(yán)重轍槽。引起高速公路半剛性基層瀝青混凝土路面的早期破壞有多種原因,表現(xiàn)為多種形式。

1 變形類

填土路堤上的路面竣工后以及開放交通后,路基會產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致其上路面頂面產(chǎn)生波浪式的不平整。在未填筑路堤之前,地基處于平衡狀態(tài)。填筑路堤后,地基受到動靜荷載的共同作用產(chǎn)生固結(jié)形變,直到達(dá)到新的平衡狀態(tài)為止。地基產(chǎn)生固結(jié)形變的大小,既與填土高度有關(guān),又與地基內(nèi)部各層土的壓縮系數(shù)有關(guān)。填土路堤地基存在橫向承載能力顯著不均勻的特性,兩側(cè)地基的承載力小,中部承載力大,路堤產(chǎn)生不均勻沉降,路堤兩側(cè)邊部產(chǎn)生外傾式沉降,將路面和路基掰開,在路面上產(chǎn)生寬度較大的縱向裂縫,其特點是上寬下窄。

軟土基層沉降是由于軟土地基引起路面產(chǎn)生很大的不均勻沉降,使路面縱斷面產(chǎn)生大的變形。主要原因是施工期太短,在軟基還沒有固結(jié)沉降達(dá)到基穩(wěn)定時就鋪設(shè)瀝青路面;另一重要原因是復(fù)合地基處理深度和置換率小。

2 松散類

由路面結(jié)構(gòu)性破壞產(chǎn)生的網(wǎng)裂。所謂路面結(jié)構(gòu)性破壞,是指路面結(jié)構(gòu)的承載能力不能抵抗現(xiàn)有行車荷載的反復(fù)作用,而產(chǎn)生的路面結(jié)構(gòu)性整體破壞。其外觀特征為輪跡帶上產(chǎn)生裂縫,進(jìn)一步發(fā)展成縱向網(wǎng)裂形變帶。

由水破壞產(chǎn)生松散變形類病害尤其廣泛,主要表現(xiàn)為幾種不同情況:第一種是由于雨水較快的透入空隙率較大的瀝青混凝土表面層后,由于其下層比較密實,在進(jìn)入表面層的水還未來得及往下層滲透前,表面層就開始產(chǎn)生水破壞。表現(xiàn)為瀝青路面的表面層產(chǎn)生圓形坑洞。第二種情況是由于透入表面層的水較快滲入中面層,滯留在中面層的水因難于或來不及透過中面層進(jìn)入底面層之前,中面層瀝青混凝土強度變?nèi)?瀝青剝落,甚至松散,導(dǎo)致表面層首先在行車道底輪跡帶上產(chǎn)生網(wǎng)裂形變,有的甚至產(chǎn)生明顯轍槽。第三種是由于透入表面層的水透過中面層進(jìn)入底面層,如果在底面層表面有粘結(jié)防水層,或有質(zhì)量好的下封層,同時進(jìn)入的水量不大,則滯留在底面層的水會使底面層瀝青混凝土強度減弱,進(jìn)而瀝青剝落,甚至瀝青混凝土松散,導(dǎo)致瀝青混凝土路面表面產(chǎn)生網(wǎng)裂形變。在基層頂面沒有粘結(jié)防水層,或雖做了下封層但質(zhì)量不好的情況下,進(jìn)入底面層的水將直接滯留在基層頂面。行車荷載生的水壓力,使滯留水首先沖刷基層表面的水泥細(xì)料或二灰細(xì)料,接著向下沖刷并形成白漿,在行車荷載的泵吸作用下,白漿被唧到面層表面層,漿被唧出的過程中,沿途的瀝青混凝土碎石上的瀝青剝落,輕者表面產(chǎn)生網(wǎng)裂變形,重者很快產(chǎn)生坑洞,碎石被甩出洞外,洞中積水。瀝青混凝土面層的表面層、中面層和底面層都不能讓水侵入和滯留,只要水能侵入任一層并滯留在該層就會產(chǎn)生水破壞。

水破壞的重要內(nèi)因是所用瀝青混凝土的空隙率較大。所用瀝青混凝土,特別是表面層瀝青混凝土的實際空隙率較大,雨水較易進(jìn)入表面層,并導(dǎo)致水破壞。水破壞的另一重要內(nèi)因是片面強調(diào)平整度,忽視了壓實度。水破壞的第三個重要內(nèi)因是瀝青混凝土的不均勻性大。由于礦料質(zhì)量、施工技術(shù)要求和工程管理等多方面原因,我國高速公路面層所用瀝青混凝土的離析現(xiàn)象和不均勻性較大,在面層表面隨機(jī)分布這數(shù)量不一的薄弱點位。在降雨過程中,雨水在一些薄弱點位被快速行駛車輛輪胎下產(chǎn)生的較大動水壓力壓入表面層。水破壞的第四個內(nèi)因是瀝青混凝土面層的裂縫。由于瀝青混凝土是一種熱脹冷縮的材料,它的溫縮系數(shù)是半剛性基層材料的4倍左右。新瀝青混凝土面層剛產(chǎn)生的裂縫,往往僅深入表面層的上部。過一個冬季或一定時間后,裂縫又會深入到下層底部,甚至引發(fā)基層在相同的位置開裂。造成基層上部沖刷甚至松散的原因,是表面水的反復(fù)進(jìn)入和沖刷的結(jié)果,不是基層本身"衰老"的結(jié)果。

3 車轍

車轍、擁包等流動變形損壞當(dāng)高速公路車輛渠道化以后,車轍問題逐漸成為主要病害。由于我國普遍采用半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu),基層本身的變形不是主要的,多數(shù)都是瀝青混和料產(chǎn)生的流動性車轍。其主要成因是路面在高溫情況下勁度模量大幅度降低,抗剪切變形能力不足以抵抗超載和重載車作用下的剪應(yīng)力,尤其是在長大縱坡上坡路段,由于重載車車況差、爬坡車速降低,更為嚴(yán)重。嚴(yán)重車轍的內(nèi)因是由于瀝青混凝土的礦料級配不合適。我國已通車的多數(shù)高速公路都使用規(guī)范中的連續(xù)式密集配。瀝青混凝土的高溫抗形變能力較差,不能承受重載交通的反復(fù)作用,容易產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽。有的為避免產(chǎn)生水破壞,有意在瀝青混凝土中多用細(xì)集料和瀝青。未經(jīng)認(rèn)真試驗研究,就大量使用美國的SUP.自由水進(jìn)入并長期滯留在中面層內(nèi),使中面層瀝青混凝土強度顯著減弱、瀝青剝落直到松散,表面開始產(chǎn)生較嚴(yán)重轍槽、轍槽兩側(cè)鼓起。

4 裂縫類

瀝青路面開裂是國際上最普遍的損壞現(xiàn)象之一,只不過是裂縫發(fā)生的早晚、多少及裂縫的類型有所不同。我國瀝青路面的裂縫有橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)裂、沉降裂縫等。

橫向裂縫是由于在寒冷季節(jié)氣溫驟降和反復(fù)的溫度變化后,因疲勞而產(chǎn)生的溫縮裂縫;半剛性基層的干縮和冷縮開裂造成的瀝青路面的反射性裂縫;或者兩者綜合作用產(chǎn)生的裂縫。溫縮裂縫至今國際上并沒有有效的根治措施,不屬于早期破壞。

第二種是自上而下的表面裂縫。近年來國際上對瀝青路面自上而下的表面裂縫研究甚多,發(fā)現(xiàn)當(dāng)瀝青層較厚時,由于路表面瀝青容易老化,瀝青混和料的自愈能力逐漸喪失,極限拉伸應(yīng)變不斷減小,在車載荷載直接作用下,在輪跡部位產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力,導(dǎo)致路面產(chǎn)生開裂。但我國瀝青路面的表面裂縫有相當(dāng)部分與由于瀝青層的層間污染沒有很好粘結(jié)成為整體,首先使表面層或上、中層壓碎有關(guān)。

第三種是自下而上的疲勞裂縫。由于我國路面的瀝青層較薄,高速公路瀝青路面的縱向裂縫和網(wǎng)裂比較普遍,其原因是路面承載能力不足,導(dǎo)致路面的結(jié)構(gòu)性損壞?；鶎咏Y(jié)構(gòu)松散,尤其在有雨水的不利季節(jié),承載能力不足于承受超載車和繁重交通的作用,造成路面大面積損壞?；鶎铀缮⒌脑蛏贁?shù)是施工時沒有成型,大部分是由于半剛性基層在施工過程中水泥劑量過高,強度過高,收縮嚴(yán)重開裂,使整層的半剛性基層分裂為大塊,在使用過程中又逐漸破碎為小塊,最后成為碎塊。

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