濱海新區(qū)城市道路瀝青路面早期裂縫原因及防治

張國(guó)亮 蔣宏偉 杜立平

(1.天津市濱海新區(qū)新地置業(yè)投資有限公司，天津 300000;2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

0 引言

2005年以來(lái)，天津?yàn)I海新區(qū)的道路建設(shè)從高速公路骨架路網(wǎng)到十大功能片區(qū)的路網(wǎng)都進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，期間修筑了海濱高速、津?yàn)I高速、中央大道等骨架路網(wǎng)以及南港輕紡城、臨港工業(yè)區(qū)、中心漁港等片區(qū)道路，為濱海新區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展等做出了巨大的貢獻(xiàn)。這些修筑的道路95%以上都是瀝青混凝土路面，瀝青混凝土路面存在早期破壞問(wèn)題。如所謂的瀝青混凝土路面早期破壞是指:瀝青路面在其使用壽命的前1/4～1/3期間內(nèi)，發(fā)生的各種過(guò)早的破壞形式，如裂縫、沉陷、車轍、冒漿、松散等。其中，濱海新區(qū)的瀝青路面的早期破壞以裂縫破壞現(xiàn)象為主，瀝青混凝土路面產(chǎn)生裂縫后水從裂縫進(jìn)入路面，發(fā)生水損壞破壞，加劇瀝青路面的破壞。因此，分析總結(jié)現(xiàn)有城市道路的瀝青路面的早期裂縫的原因，從而采取相應(yīng)的治理和預(yù)防措施，對(duì)于現(xiàn)有破壞路面的補(bǔ)修以及修建新的路面都有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 濱海新區(qū)城市道路瀝青路面早期裂縫

路面的裂縫主要有橫縫、龜裂、縱逢，濱海新區(qū)幾大功能區(qū)的路面裂縫中都有涵蓋。

輕紡經(jīng)濟(jì)區(qū)總面積約26.3 km2，道路總長(zhǎng)有40多千米，其中一期二期已經(jīng)基本建設(shè)完成，目前一期二期的瀝青路面出現(xiàn)了早期裂縫，見(jiàn)圖1。

中心漁港位于天津?yàn)I海新區(qū)漢沽，占地18 km2。中心漁港規(guī)劃建設(shè)“一港一城”，其中，陸域“一城”規(guī)劃面積10 km2，主要為產(chǎn)業(yè)區(qū)和居住區(qū);海域“一港”規(guī)劃面積8 km2，分為作業(yè)港區(qū)和休閑港灣區(qū)。中心漁港龜裂見(jiàn)圖2。

圖1 輕紡經(jīng)濟(jì)區(qū)道路橫縫

圖2 中心漁港道路龜裂

天津臨港工業(yè)區(qū)是中國(guó)發(fā)改委規(guī)劃的國(guó)家級(jí)石化基地，是天津市及天津?yàn)I海新區(qū)“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域之一，是天津?yàn)I海新區(qū)化學(xué)工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的核心組成部分。中心漁港的早期裂縫見(jiàn)圖3。

2 瀝青路面早期裂縫原因分析

濱海新區(qū)城市道路瀝青路面的早期裂縫的形成原因主要有三方面。

圖3 臨港工業(yè)區(qū)道路縱逢

2.1 橫縫原因:瀝青面層溫縮開(kāi)裂

濱海新區(qū)位于中國(guó)北方，冬天晝夜溫差大。

由于溫度變化影響，瀝青面層混合料遇冷收縮。在收縮過(guò)程中受到基層或底基層由于約束產(chǎn)生收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力)。如果拉應(yīng)力大于瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度收縮裂縫。溫差越大，溫度變化越快，則約束越大，混合料越容易開(kāi)裂。當(dāng)瀝青路面強(qiáng)度最薄弱處開(kāi)裂后，在集中應(yīng)力作用下裂縫很快往瀝青路面下層發(fā)展，穿透面層后再向基層以下擴(kuò)展。開(kāi)裂過(guò)程及應(yīng)力分布規(guī)律大致是:當(dāng)由于溫度下降產(chǎn)生的拉應(yīng)力值超過(guò)其材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)就開(kāi)始出現(xiàn)第一批裂縫;路面開(kāi)裂后應(yīng)力重新分布，如果此時(shí)溫度應(yīng)力仍超過(guò)混合料抗拉強(qiáng)度，則又產(chǎn)生第二批裂縫;應(yīng)力再重新分布，直至溫度應(yīng)力不大于混合料極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂縫停止發(fā)展。由于道路是長(zhǎng)條形的，所以溫縮型裂縫一般表現(xiàn)為橫向裂縫。

2.2 龜裂原因:基層受拉開(kāi)裂

我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因?yàn)榘雱傂曰鶎拥臏乜s裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。

濱海新區(qū)的核心是天津港，天津港道路交通典型的特點(diǎn)是重載、超載，這也是道路損壞的罪魁禍?zhǔn)?。以天津?yàn)I海新區(qū)南疆碼頭南港路為例，平均超載為額定荷載的100%～150%，最大超載為額定荷載的300%，實(shí)測(cè)單軸軸載均在12 t以上，50%車輛單軸軸載在18 t～30 t之間，巨大的荷載使得現(xiàn)有路面不堪重負(fù)，容易形成龜裂。

半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，在車輛荷載的重復(fù)作用下結(jié)構(gòu)層底的彎拉應(yīng)力超過(guò)其疲勞強(qiáng)度時(shí)，基層底便產(chǎn)生裂縫，并逐漸向表面發(fā)展。這種裂縫由細(xì)而短的橫向開(kāi)裂逐漸擴(kuò)展成網(wǎng)狀，甚至導(dǎo)致面層破壞基層。當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，相鄰板塊端部之間會(huì)產(chǎn)生位移差，進(jìn)而在相鄰基層板塊的鎖聯(lián)結(jié)作用下完全破壞。這種剪切疲勞便是龜裂產(chǎn)生的主要原因。龜裂是不穩(wěn)定的，裂縫尖端應(yīng)力條紋十分密集，在偏荷載作用下將沿平行裂縫方向擴(kuò)展至路表面。

2.3 縱向原因:不均勻沉降產(chǎn)生縱縫

濱海新區(qū)毗臨渤海，地下水位高、含水量大，地下有著深厚的軟土層，地基承載力低，沉降變形大。近幾年濱海新區(qū)的道路加寬工程不少，如津?yàn)I高速改擴(kuò)建等，新老路基結(jié)合處特別容易引起不均勻沉降，如果沉降差異太大就直接反應(yīng)到路面結(jié)構(gòu)上，形成縱縫。地基產(chǎn)生不均勻沉降大致分為以下兩點(diǎn):

1)地基產(chǎn)生固結(jié)形變。

在地基上填筑路堤后，地基受到外加恒載的作用，地基處于次固結(jié)狀態(tài)。填土路堤愈高，地基受到的附加應(yīng)力愈大。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)部各層土的壓縮性、流動(dòng)性等有關(guān)。

2)路堤產(chǎn)生固結(jié)形變。

路堤固結(jié)形變的大小與填土高度、土的性質(zhì)和壓實(shí)度密切相關(guān)。通常土的性質(zhì)不好，路堤產(chǎn)生的固結(jié)形變可能大;土的壓實(shí)度不好(偏小)，路堤產(chǎn)生的固結(jié)形變就大;路堤愈高，總的固結(jié)形變量就愈大。

3 瀝青路面早期裂縫的治理措施

早期產(chǎn)生的路面橫向裂縫對(duì)瀝青路面的使用性能無(wú)明顯影響，但隨著雨水的侵入，在行車荷載作用下，使處于裂縫狀態(tài)下的路面病害日益嚴(yán)重，如不及時(shí)治理，會(huì)產(chǎn)生翻漿、坑槽等病害，嚴(yán)重影響路面的使用性能，因此，早期裂縫必須及時(shí)處理。

3.1 深層裂縫處理措施

對(duì)裂縫寬度大于2 mm(含2 mm)的裂縫，需開(kāi)槽檢測(cè)裂縫影響深度，如果裂縫已經(jīng)穿透石灰土層，采用對(duì)出現(xiàn)裂縫的路基進(jìn)行壓密灌漿及在石灰土層上加鋪2 m寬防滲土工布的加固處理方案。

灌漿采用水泥+粉煤灰與水配合成的混合漿液，水膠比0.6～1.0。水泥采用42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥;粉煤灰應(yīng)符合干排Ⅱ級(jí)灰的品質(zhì)要求。水泥和粉煤灰的摻合質(zhì)量比為7∶3。

灌漿經(jīng)檢測(cè)合格后，對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)，之后重新施作路面底基層12%二灰土，在12%二灰土上有裂縫路基內(nèi)滿鋪防滲土工布，防滲土工布反包12%石灰土，其上繼續(xù)施作二灰碎石基層，二灰碎石層頂上鋪3 m寬聚酯玻纖布(詳細(xì)施工做法見(jiàn)淺層裂縫處理措施)。

3.2 淺層裂縫處理措施

對(duì)裂縫寬度穩(wěn)定在2 mm以下和裂縫影響深度到12%石灰土層截止的情況，采用裂縫兩側(cè)各1 m范圍開(kāi)槽重新施作路面結(jié)構(gòu)層，并在裂縫上方加鋪聚酯玻纖布的做法。

在二灰碎石開(kāi)裂部位鋪設(shè)聚酯玻纖布，鋪設(shè)寬度為裂縫外各1.5 m(總寬3 m)，鋪設(shè)范圍應(yīng)覆蓋整個(gè)裂縫長(zhǎng)度。鋪設(shè)聚酯玻纖布后的透層及封層應(yīng)仍按施工設(shè)計(jì)說(shuō)明中的要求施作。如果大于2 mm裂縫的聚酯玻纖布外邊距離車行道側(cè)石不足1 m，則二灰碎石需一直做到車行道外邊(見(jiàn)圖4)。

4 瀝青路面早期裂縫的預(yù)防措施

4.1 設(shè)計(jì)措施

1)瀝青面層的厚度設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)，效果以及綠色環(huán)保。應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的等級(jí)、完成后在路網(wǎng)中應(yīng)有的作用，養(yǎng)護(hù)成本以及道路使用壽命，合理確定路面各結(jié)構(gòu)層采用的材料及厚度，保證路面良好的路用性能，有較好的低溫抗裂和高溫抗車轍能力。

2)做好路面的防水設(shè)計(jì)。路面防水性能不好，會(huì)更加惡化路面裂縫。所以，應(yīng)該從路面上面層排水和路面內(nèi)排水兩方面考慮路面的排水。首先應(yīng)排除表面水，防止積水滲入下層，要求路拱和表面平整度符合規(guī)定。其次，為防止面層滲水而使基層被浸軟，在基層上做封層或透層，能夠達(dá)到即使有水滲入也能及時(shí)沿基層表面的路拱排出的效果。

圖4 聚酯玻纖布鋪設(shè)示意圖

3)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧抗滑性能、耐久性、高溫抗永久變形能力。

4.2 材料措施

1)將水泥穩(wěn)定碎石調(diào)整為水泥粉煤灰石灰碎石，在保證早期有一定強(qiáng)度的前提下減少材料自身裂縫。

2)SBS改性瀝青在低溫抗裂性能上比普通石油瀝青好，其動(dòng)穩(wěn)定度也比普通石油瀝青高2倍～3倍，抗車轍性能大大增強(qiáng)。采用SBS改性瀝青，路面的使用壽命也較普通石油瀝青長(zhǎng)，也比較適合現(xiàn)在的機(jī)械大規(guī)模的施工。所以，無(wú)論從抗裂性能還是從經(jīng)濟(jì)環(huán)保上考慮，道路路面的上面層使用SBS改性瀝青都是合理的。

4.3 施工措施

施工質(zhì)量是誘發(fā)瀝青路面出現(xiàn)早期破壞的主要因素。為了防止路面早期破壞，要采取施工措施以保證施工質(zhì)量，施工措施大致包括以下幾點(diǎn):

1)加強(qiáng)施工管理，使施工流水化作業(yè)，施工每個(gè)環(huán)節(jié)中的人各施其職。2)保證現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確，每個(gè)施工步驟完成后及時(shí)完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3)重點(diǎn)保障道路瀝青路面的壓實(shí)度、均勻度等指標(biāo)。壓實(shí)度不能保證的路面極易發(fā)生水損壞以及松散、車轍等早期病害。4)保證道路材料性能能滿足設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致濱海新區(qū)瀝青路面早期裂縫破壞的影響因素是復(fù)雜的，本文分析研究濱海新區(qū)瀝青路面早期裂縫產(chǎn)生的原因，根據(jù)不同的裂縫深度確定早期裂縫的治理措施，提出預(yù)防路面早期裂縫應(yīng)從路面的設(shè)計(jì)、施工及管理等方面加以預(yù)防。以上結(jié)論對(duì)減輕濱海新區(qū)路面早期裂縫破壞是有幫助的。

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