淺析影響瀝青混凝土路面壽命的原因

高科福 王 欣

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,目前國內(nèi)瀝青混凝土路面使用壽命較長的為8年～12年,普遍使用壽命為5年～8年,有的甚至2年～3年就需要整體翻修改造,大多數(shù)都達不到設(shè)計使用年限的要求。瀝青路面使用壽命減短,主要是瀝青混凝土路面較早地出現(xiàn)了病害或破壞。

1)雨季或春融季節(jié)瀝青混凝土路面出現(xiàn)坑槽,即水損害破壞。南方冬春季節(jié)雨水較多,滲入路基的水未及時排出,在行車作用下形成高壓水沖刷或形成凍融性破壞。2)夏季高溫期在重載車作用下瀝青混凝土路面形成嚴(yán)重的壅包、沉陷、車轍,平整度嚴(yán)重下降(尤其在行車道更明顯)。3)冬季瀝青混凝土路面的橫向開裂,包括溫縮裂縫及半剛性基層開裂引起的反射縫,同時水從裂縫中進入基層,引起承載能力下降的破壞,逐漸引發(fā)瀝青混凝土路面出現(xiàn)龜裂、唧泥。

瀝青路面早期破損,使用壽命達不到設(shè)計年限,不僅使行車變得艱難,經(jīng)濟效益大大降低,社會上的負面影響也是不可低估的。

1 特殊地質(zhì)路段設(shè)計問題

不同地質(zhì)條件下的路基處理設(shè)計不合理,會導(dǎo)致路基產(chǎn)生裂縫、不均勻沉降、強度不足、沉陷等問題。一般來說,對比較特殊的地區(qū),設(shè)計都會考慮進行特殊的處理。如軟基路段、沼澤路段、鹽漬土路段、多年冷土路段、巖溶路段等等。但這種分段設(shè)計處理并不總是很合理和細致的。例如,路基設(shè)計時本應(yīng)根據(jù)地下水位、基底潮濕情況及填筑高度,分段劃分路基干濕類型,段落最小長度應(yīng)符合規(guī)范要求。對于處于潮濕路段和基底過濕土,必須采取措施,如換土、摻灰(石灰、水泥)、鋪設(shè)土工材料,并在基底設(shè)置一層透水材料的隔水層,以隔絕地下水,增強基底土強度。隔水層材料應(yīng)具有一定的級配,其粒徑應(yīng)作嚴(yán)格的控制。對于挖方或零填挖方達到要求有困難的地段,在設(shè)計時也應(yīng)采取相應(yīng)措施。但在路基設(shè)計文件上很少看到這樣細致的設(shè)計方案。例如,某高速公路一段淺挖方地段,其地表50 cm下面就是強風(fēng)化紅色泥巖,長度只有50多米。晴天時這種紅色泥巖強度很高,用風(fēng)鎬、爆破均難以處理,但一遇水則迅速風(fēng)化,軟如豆腐。設(shè)計文件中根本未考慮到換填處理問題,承包商在施工過程中僅僅用一層25 cm厚的宕渣找平層,當(dāng)時路床交驗彎沉值檢測也是合格的。但由于該段泥巖未換填處理,地表水位較高(開挖中央分隔帶溝槽時就發(fā)現(xiàn)有水)、邊溝設(shè)計又淺(溝底與路床頂面基本平齊),幾種因素共同作用,結(jié)果該段路面通車不到一年就出現(xiàn)嚴(yán)重的翻漿、龜裂、沉陷。

因此,要求設(shè)計單位對地質(zhì)和水文條件復(fù)雜的或已產(chǎn)生嚴(yán)重路基病害的路段,應(yīng)單獨進行設(shè)計,確定各項處理措施的平縱橫位置、排水方向、構(gòu)造、出入口、縱坡等。

2 結(jié)構(gòu)層設(shè)計問題

2.1 底基層、基層摻灰劑量設(shè)計不合理

摻灰劑量設(shè)計有的直接采用試驗室數(shù)據(jù),有的憑經(jīng)驗。如“水泥穩(wěn)定碎石中的水泥用量不宜超過6%,二灰碎石中的二灰含量不宜超過20%”的經(jīng)驗數(shù)據(jù),就有很大的設(shè)計取舍空間。摻灰劑量的正確選定,直接影響到底基層、基層的強度,劑量過高會出現(xiàn)反射裂縫且不經(jīng)濟,劑量過低會導(dǎo)致強度不足產(chǎn)生開裂。

半剛性基層產(chǎn)生的干縮與溫縮裂縫,是路面早期破損至關(guān)重要的因素。有關(guān)資料研究認為半剛性基層產(chǎn)生裂縫是不可避免的,如何在設(shè)計上減少反射裂縫的影響,目前只有非常少量的高速公路在設(shè)計中考慮簡單地采用長絲燒毛土工布處理基層施工養(yǎng)護期間出現(xiàn)的較寬的裂縫(2 mm以上)。但這也僅僅是一種治標(biāo)不治本的應(yīng)急設(shè)計技術(shù)。

目前國內(nèi)有關(guān)部門正在進行一些柔性形式的基層、底基層的結(jié)構(gòu)試驗研究,設(shè)法在設(shè)計上根本消除反射裂縫對瀝青使用壽命的影響。

2.2 結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計不盡合理

結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計的依據(jù)是設(shè)計年限內(nèi)的累計當(dāng)量軸次,并沒有區(qū)分不同車道的不同交通量。實際上,行車道與超車道所通行的交通量是有很大區(qū)別的,且行車道往往承受絕大部分的超載超限運輸車輛,也就難怪行車道總是率先損壞率先整修。在此,筆者提出結(jié)構(gòu)層厚度分車道設(shè)計更符合實際,施工起來也并不困難。

2.3 瀝青混凝土路面面層設(shè)計不合理可能誘發(fā)的病害

高速公路瀝青混凝土路面面層一般設(shè)計有三層:底面層、中面層和表面層。從我國目前高等級公路瀝青路面來看,主要有以下四種結(jié)構(gòu)形式:1)傳統(tǒng)的瀝青混凝土面層(AC);2)多碎石瀝青混凝土面層(SAC);3)瀝青瑪脂碎石混合料面層(SMA);4)SUPPERPAVE路面結(jié)構(gòu)。

就目前運用較多的傳統(tǒng)瀝青混凝土面層(AC)結(jié)構(gòu),它在設(shè)計上還存在很多不合理的地方:1)各結(jié)構(gòu)層的礦料級配范圍設(shè)計不合理。設(shè)計單位一般按規(guī)范或自己的經(jīng)驗“閉門造車”給出一個幾乎通用的“礦料級配及瀝青用量范圍”,并沒有根據(jù)施工時所采用的粗細骨料,針對不同路段環(huán)境條件,水文地質(zhì)情況及不同的材料性質(zhì),給出一個相應(yīng)材料組成設(shè)計。2)面層厚度設(shè)計不合理。國內(nèi)高速公路瀝青混凝土面層設(shè)計厚度一般在15 cm～18 cm左右,很少有厚度超過20 cm的。而國外一般采用20 cm～30 cm,有的國家瀝青混凝土面層設(shè)計厚度甚至已經(jīng)達到50 cm。在我國決定面層厚度的因素不是設(shè)計人員的計算,而是取決于工程預(yù)算造價?！皬娀∶妗钡脑O(shè)計理念是我國經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱的突出體現(xiàn),在國內(nèi)外的實踐中已受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

較少的裂縫,較輕的車轍,良好的平整度,較強的抗滑能力及經(jīng)久耐用,是高等級公路對瀝青面層的基本要求。能否達到這些使用要求,則與面層所使用的瀝青材料,瀝青混合料的類型和性質(zhì)以及瀝青面層的厚度有較大的關(guān)系。在實際工程中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌顩r、氣候條件、降雨量、材料情況、施工工藝、經(jīng)濟造價等因素選擇合適的瀝青面層類型。在這一“理論聯(lián)系實際”方面,設(shè)計單位確實做得很少。

3 排水設(shè)計問題

排水設(shè)計不合理是造成路面水損害的主要原因之一。排水系統(tǒng)設(shè)計不合理,筆者認為主要有兩個方面:

1)通常的瀝青混凝土路面三層結(jié)構(gòu)之間,都沒有考慮設(shè)計排水結(jié)構(gòu)層,只是希望在上面層和中面層之間排出水的,通過路肩上設(shè)置的碎石盲溝排出。事實上,由上面層滲入的水,絕大部分無法從碎石盲溝排出,而是長期滯留在路面中(天晴后數(shù)日,仍可看到在車輪的作用下,從路面縫中冒出水)或通過中、下面層空隙以及裂縫滲到中、下面層,甚至深入到基層內(nèi)。在車輪荷載作用下,部分路面水變成有壓水,形成沖刷;在冬季,滲入的路面水發(fā)生凍脹,損壞路面。

對于這種情況,普遍采用的是增大上面層的密實度、平整度,提高路拱,使表面水能迅速排出路外,不積水。另一種措施是增大上面層的孔隙率,通過表面和結(jié)構(gòu)層共同排水。

2)中央分隔帶的排水設(shè)計也存在諸多的問題。目前常見的高速公路中央分隔帶排水設(shè)計主要可歸納為兩種形式:一種設(shè)在中央分隔帶溝槽的最底部,一種設(shè)在中央分隔帶溝槽中部側(cè)面。

這種排水設(shè)計,缺陷有兩方面:a.于基層施工有加寬值,滲溝定位不準(zhǔn)確,縱向滲溝很容易埋沒在基層下面,影響排水。b.鋪在滲溝上的土工布不可避免地被防撞護欄的立柱打破,造成雨水下滲到中央溝槽的底部,這些水就無處可以排出,日久對路基造成損害。

因此,中央分隔帶的積水宜盡量采用縱向排水,并確保定位準(zhǔn)確。像南方溝渠較多,可充分利用橋涵、通道等設(shè)施,將分隔帶的積水及時縱向排出。橫向排水會因排水管的質(zhì)量、埋置深度、安裝質(zhì)量等因素給路面留下無窮的隱患。

4 結(jié)語

影響瀝青混凝土路面使用壽命的原因很復(fù)雜,不能簡單地歸結(jié)為某一種原因,因為每條路的具體情況不一樣。有個別的原因,也有共性的原因,歸結(jié)起來大概有設(shè)計、施工、監(jiān)理、養(yǎng)護與管理等方面的問題。以上是筆者就設(shè)計方面提出的一些意見,供同行參考。

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