高速公路早期病害預(yù)防措施探討

李國威

（河北路橋集團(tuán)第一工程有限公司，河北 邢臺 050400）

1 引言

對我國不同地區(qū)約39條高速公路的調(diào)查研究表明，各個工程的早期損壞發(fā)生形態(tài)不同，原因很復(fù)雜，既有個別性，也有普遍性。分析可知，我國高速公路瀝青路面存在兩種性質(zhì)不同的早期損壞。

第一類早期損壞是一般意義上的早期損壞，是在通車后短期內(nèi)發(fā)生的，如水損壞、車轍和開裂等早期損壞，它們基本上都是局部的、個別的，大部分表現(xiàn)為局部的坑槽、松散、車轍、推擁的流動性變形、各種裂縫、橋面鋪裝損壞、路基不均勻沉降和構(gòu)造物接頭開裂等等。這些損壞通過局部性的維修和銑刨可以得到緩解。

另一種類型是更深層次的早期損壞，它是指瀝青路面的耐久性差，達(dá)不到設(shè)計年限就進(jìn)行大修，導(dǎo)致使用壽命縮短的情況。這種損壞的影響更大，治理困難，原因帶有普遍性，與我國采用的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計方法有關(guān)，更應(yīng)該引起重視。

造成瀝青路面的早期損壞有一個共同的外因是超限超載車輛的通行，已經(jīng)成為破壞公路的“第一殺手”，但是外因是通過內(nèi)因起作用的，損壞原因全歸結(jié)于超載是不科學(xué)的。因此，在努力治理超載的同時，還必須從管理、設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)等方面找原因。

2 高速公路早期病害成因

2.1 瀝青路面的水損壞

瀝青路面的水損壞有兩種類型：

（1） 當(dāng)瀝青層較厚，中下層的瀝青層密水性較好時，水損壞往往局限于表面，或發(fā)展成為自上而下的水損壞；

（2） 瀝青層較薄的半剛性基層瀝青路面的水損壞大部分表現(xiàn)為自下而上的，如水從裂縫及空隙率大的部位滲漏，又不能從基層排出，使基層表面形成唧漿、網(wǎng)裂、坑槽以及疲勞損壞。

我國高速公路的損壞主要是第二類水損壞，它一般發(fā)生在雨季、春融季節(jié)，行車道破壞比超車道嚴(yán)重，顯然與重車、超載交通有關(guān)。發(fā)生水損壞破壞的地方一般是透水較嚴(yán)重且排水又不暢的部位，挖開可見下面有積水或浮漿，瀝青混合料在動水壓力的作用下逐漸產(chǎn)生剝離而松散，形成坑槽。為防止水損壞可采取的措施有：（1）做好封水和防排水設(shè)計，應(yīng)努力減小瀝青混合料的離析，杜絕瀝青層施工污染；（2）采用消石灰提高瀝青混合料的抗水損壞能力；（3）采用合理的級配，控制空隙率和滲水系數(shù)；（4）采用改性瀝青和小粒徑的SMA磨耗層；（5）加強(qiáng)碾壓，尤其是采用輪胎壓路機(jī)搓揉壓實(shí)；（6）要做好透層、封層的設(shè)計和施工；（7）防止各施工工序的相互干擾，防止瀝青層在施工中受到污染，影響瀝青路面各層成為整體。

2.2 車轍、推擁等流動變形

在高速公路車輛渠道化以后，車轍逐漸成為主要病害。由于我國普遍采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，基層本身的變形不是主要的，基本上都是瀝青混合料產(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，車轍更為嚴(yán)重。在車速、荷載、溫度三個影響因素中，影響最大的是車速（長大縱坡），第二是荷載，然后是溫度。車轍不僅發(fā)生在表面層，更多地發(fā)生在中面層甚至下面層，越是重載，影響越深。

為了防治車轍，可采取如下措施：（1）采用針入度小、黏度大的瀝青；（2）使用粗糙度大的集料；（3）采用改性瀝青、粗型的S型嵌擠密實(shí)型級配，并適當(dāng)減少油石比；（4）在配合比設(shè)計時適當(dāng)加大空隙率在施工時加強(qiáng)碾壓，建議參照國外經(jīng)驗(yàn)，在夏季高溫日子的高溫時段封閉重載交通。

在瀝青路面屬于整體連續(xù)的條件下，瀝青層的厚度增加會使車轍變形增大，但超過18～20cm厚，不會再有大的變化，當(dāng)半剛性基層和瀝青層的界面為滑動狀態(tài)時，瀝青層底部的剪應(yīng)力成倍增加，會產(chǎn)生大的變形和推移。這也是京津塘高速公路和廣深珠高速公路并沒有產(chǎn)生大的車轍，但相當(dāng)多的薄瀝青層路面反而車轍嚴(yán)重的原因。

2.3 裂縫

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。

（1）橫向裂縫

橫向裂縫有寒冷季節(jié)由于氣溫驟降和反復(fù)溫度變化的疲勞產(chǎn)生的溫縮裂縫，半剛性基層的干縮和冷縮開裂造成瀝青路面的反射性裂縫，或者兩者綜合作用產(chǎn)生的裂縫。對于溫縮裂縫至今國際上并沒有有效的根治措施，其不屬于早期損壞。對半剛性基層瀝青路面的反射性裂縫可以通過控制半剛性基層的強(qiáng)度，改善施工條件加強(qiáng)養(yǎng)生，減小收縮，及時噴灑養(yǎng)生劑和透層油，減少礦料級配中的細(xì)料，調(diào)整級配，設(shè)置級配碎石過渡層等措施加以防治。

（2）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，瀝青混合料的自愈能力逐漸喪失，極限拉伸應(yīng)變不斷減小，在車輛荷載直接作用下，會在輪跡部位產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力，導(dǎo)致路面產(chǎn)生開裂。據(jù)對首都機(jī)場高速公路和京津塘高速公路的鉆孔調(diào)查表明，這些路面除了一些早期產(chǎn)生的橫向裂縫外，普遍存在表面裂縫，并發(fā)展成為網(wǎng)裂，它存在于行車道、超車道，甚至硬路肩。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地黏結(jié)成為整體，首先使表面層或上、中層壓碎有關(guān)。

（3）自下而上的疲勞裂縫

由于我國的瀝青層較薄，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)，承載能力不足以承受超載車和繁重交通的作用，造成路面大面積損壞。基層松散的少數(shù)原因是施工時沒有成型，大部分是由于半剛性基層在施工過程中水泥劑量和強(qiáng)度過高，收縮導(dǎo)致嚴(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。

3 高速公路早期病害預(yù)防措施

3.1 合理選擇瀝青路面的結(jié)構(gòu)形式，提高瀝青路面的耐久性，延長使用壽命

力學(xué)分析表明，無論在連續(xù)或者滑動界面條件下，半剛性基層瀝青路面的使用壽命取決于基層，因而最終無法避免路面損壞就必須維修基層的問題。這與目前國際上十分重視的“永久性路面”的觀念，即路面損壞維持在表面，不需要維修基層，以便通過預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可以長時間使用下去的觀念是格格不入的。

按照“永久性路面”或者“長壽命路面”的概念，瀝青類厚度和基層的模量對延長疲勞壽命有十分重要的意義，當(dāng)瀝青層超過一定厚度時，路面結(jié)構(gòu)層應(yīng)力足夠小，彎拉應(yīng)變低于一個極限臨界點(diǎn)，良好施工的路面結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生源于層底的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性車轍。由于瀝青混合料自身有一定的自愈能力，瀝青層底也不會產(chǎn)生疲勞損傷。

3.2 做好半剛性基層瀝青路面的大修

綜合國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，從我國的實(shí)際情況出發(fā)，高速公路的大修改造必須遵循以下原則：

（1）確保交通暢通和交通安全，盡可能減小對交通的影響，防止因維修路面造成交通堵塞，防止因維修而出現(xiàn)交通事故；盡可能縮短施工路段長度，縮短總的維修工期，充分利用夜間施工；

（2）盡可能防止施工車輛干擾正常行車，設(shè)專人指揮交通；

（3）盡可能防止因維修施工造成新建瀝青層層面的污染，影響瀝青層層與層之間的黏結(jié)；

（4）一次維修以后不至于在短期內(nèi)再次大修，確保耐久性；

（5）必須仔細(xì)檢查排水設(shè)施，解決路面破壞的“元兇”；

（6）大修中要加強(qiáng)超載車輛管理，杜絕此類車輛進(jìn)入維修路段。

目前，開挖半剛性基層后鋪筑瀝青碎石、級配碎石基層是較好的方法。由于舊路的彎沉往往與損壞程度不對應(yīng)，在鋪筑加鋪層后由于水文條件的變化，彎沉?xí)蠓雀纳?，采用舊路彎沉設(shè)計加鋪層是不合理的。

3.3 確保路基穩(wěn)定，防止路基滑塌和不均勻沉降造成路面損壞

由于路基變形、滑塌造成路面早期損壞的情況在山區(qū)和地基不良路段是常見的。路基施工的關(guān)鍵是壓實(shí)，對濕陷性黃土地區(qū)，建議根據(jù)不同的路基情況采用以下措施：

（1）填土高度小于5m，濕陷等級為Ⅲ級以下，地基土的天然含水量位于ωopt-3≤ω≤ωopt+2之間時可采用沖擊碾壓；

（2）濕陷等級為Ⅲ級及Ⅲ級以上，地基土的天然含水量位于10≤ω≤ωopt+3之間，處理深度為3～6m時可采用強(qiáng)夯；

（3）在地下水位以上，處理深度為5～10m，Ⅱ級以上自重濕陷性黃土地基可采用灰土擠密樁法；

（4）當(dāng)處理濕陷性黃土地基來提高其承載力同時要求增強(qiáng)水穩(wěn)定性時，處理深度為1～3m時宜采用灰土墊層法。

雞爪溝地形的路基施工應(yīng)將溝底的表層腐殖土等清除干凈，并用重夯或高速強(qiáng)力夯實(shí)機(jī)等壓實(shí)，當(dāng)溝底存在軟弱地基時應(yīng)視具體情況采用塑料插板、反壓護(hù)道、擋墻支護(hù)等方式加固。對雞爪溝地形路堤的分層填筑應(yīng)在填挖交界處開挖反向臺階，對原90區(qū)的壓實(shí)度宜提高至93%以上，路堤可采用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行分層增強(qiáng)補(bǔ)壓。邊坡不宜采用易被沖刷的粉砂土，否則應(yīng)做好相應(yīng)的包邊護(hù)坡。要加強(qiáng)排水，山區(qū)雞爪溝地形的路床、填挖結(jié)合處、高填方等應(yīng)進(jìn)行沖擊增強(qiáng)補(bǔ)壓。當(dāng)路基完工后的月沉降速率在3mm/月以內(nèi)，可以鋪筑路面。

3.4 橋面鋪裝早期損壞的防治措施

橋面鋪裝的早期損壞比一般路段要嚴(yán)重，究其原因，主要是橋面水泥混凝土三角墊層施工形成浮漿，鋪筑橋面鋪裝前未徹底清除，鋪筑的防水黏結(jié)層與橋面板黏結(jié)不好，再加上橋面鋪裝的排水很差造成的。為此需在徹底清除浮漿、做好防水黏結(jié)層與橋面板的黏結(jié)，采用密水性好的混合料等方面下功夫。

3.5 高速公路瀝青路面早期損壞對策

針對兩種類型的早期損壞的對策措施包括：

（1）改進(jìn)高速公路建設(shè)管理工作；

（2）做好瀝青混合料的配合比設(shè)計，提高瀝青混合料的使用性能；

（3）改進(jìn)瀝青路面施工工藝、加強(qiáng)施工質(zhì)量控制；

（4）嚴(yán)把材料關(guān)；

（5）合理選擇瀝青路面的結(jié)構(gòu)，引進(jìn)并完善設(shè)計技術(shù)；

（6）切實(shí)做好瀝青路面的防排水設(shè)計；

（7）加強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，延長大修年限；

（8）慎重進(jìn)行瀝青路面的大修，減小社會影響。

這些措施并不是孤立的，必須科學(xué)、辯證、全面地看待各種技術(shù)對策，其中管理和路基穩(wěn)定是先決條件，路面結(jié)構(gòu)、設(shè)計、材料、施工以及防排水都是重要的，缺一不可，而維修養(yǎng)護(hù)和大修則是發(fā)生損壞后的補(bǔ)救。

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