半剛性基層瀝青路面基層病害調(diào)查與分類

叢波日

(深圳高速工程顧問有限公司，廣東深圳 518034)

0 引言

在國家樹立“綠色、低碳的發(fā)展理念”，推進“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的大背景下，原來大規(guī)?！伴_膛破肚”式的路面養(yǎng)護維修方式已經(jīng)越來越不能適應(yīng)形勢的發(fā)展。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層損壞的實際情況，采取分層、分類、微創(chuàng)處理的養(yǎng)護模式，將是今后公路養(yǎng)護維修的發(fā)展方向。所謂“分層、分類、微創(chuàng)處理”就是根據(jù)養(yǎng)護工程維修的目的，最大限度地利用原有路面結(jié)構(gòu)，并對不同層位的不同病害采用最恰當?shù)拇胧┻M行處治。

與柔性基層相比，半剛性路面基層具有承載能力高、荷載擴散能力強和整體板結(jié)性好的優(yōu)點，但半剛性基層的抗疲勞能力差，受水影響敏感等先天不足，使基層出現(xiàn)病害后危害很大。在公路養(yǎng)護維修工程中，對半剛性基層病害的認識、調(diào)查和處治效果是影響路面使用壽命的重要因素。

1 半剛性基層病害調(diào)查

大量的研究表明，正是半剛性基層的先天不足產(chǎn)生的病害導(dǎo)致了我國瀝青路面使用性能及使用壽命遠未達到預(yù)期［1，2］。在半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護維修工程中，半剛性基層病害的調(diào)查和處理是無法回避的現(xiàn)實問題，也是影響?zhàn)B護維修效果的決定性因素。如果不能準確診斷病害，會使路面維修方案設(shè)計針對性不足，難以根除病害，以致反復(fù)維修而造成資金嚴重浪費，并產(chǎn)生不良的社會影響。因此，科學、準確、無損的病害診斷將在高速公路養(yǎng)護維修中具有重要意義。

而科學、準確、無損的病害診斷的前提是明確的病害分類與定義。但到目前為止，國內(nèi)相關(guān)文獻和規(guī)范還無明確的對半剛性基層病害的分類和定義。為此，選擇廣東省部分通車5a以上即將或正在進行大中修的高速公路，對開挖面層后的半剛性基層進行全面調(diào)查。

1.1 半剛性基層病害的特征

通過對現(xiàn)場的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)半剛性基層病害具有以下特征:

1)半剛性基層病害具有普遍性和局部性。所謂普遍性，是指半剛性基層病害在任何一條半剛性瀝青路面上都是普遍存在的;所謂局部性，是指結(jié)構(gòu)性的基層病害通常不是整段大面積存在的(連續(xù)幾百米)，多以局部小面積形式存在的(連續(xù)幾米到幾十米)。

2)半剛性基層病害具有潛伏性。半剛性基層病害并不一定都能反射到路表面，如輕度的整體性塊裂往往在面層無任何病害與之對應(yīng)，輪跡帶塊裂在面層往往僅能找到與基層對應(yīng)的縱縫。

3)半剛性基層病害具有同根病源表象多樣性、相同病害表象但影響范圍及程度不同等特點。同種表象的重度病害并不一定是由相應(yīng)的輕度病害發(fā)展而來的，如重度的整體性塊裂往往不是由輕度的整體性塊裂發(fā)展來的。

4)車輛荷載是病害發(fā)展、惡化的主要原因。從同一斷面的不同車道來看，重車行駛的車道(一般為最外側(cè)車道)病害明顯較其他車道嚴重得多;從同一路線的軸載、交通量不同路段來看，軸載大、交通量大路段的病害明顯更嚴重。

5)路面結(jié)構(gòu)層層間結(jié)合情況是一個需要特別關(guān)注的問題［3－6］。路面結(jié)構(gòu)層層間缺陷是半剛性基層瀝青路面病害發(fā)展的重要載體和催化劑之一。

6)半剛性基層病害往往與水相互作用。基層病害為水提供了良好的通道和載體，水的存在加速了基層病害向更嚴重程度的發(fā)展。

半剛性基層病害的這些特征，極大增加了對高速公路半剛性基層病害認知及病害維修設(shè)計的難度。

1.2 半剛性基層病害的分類方法

病害的分類對病害機理認知、防治措施選取非常重要?；诂F(xiàn)場的調(diào)查和相關(guān)資料的分析，筆者認為可采用以下幾種方法對半剛性基層病害進行分類:

1)按病害的表現(xiàn)形式分類:裂縫類病害、塊裂類病害、松散類病害等。

2)按病害產(chǎn)生的時期分類:早期病害、中期病害、末期病害等。

3)按病害產(chǎn)生的原因分類:內(nèi)部原因產(chǎn)生的病害、外部原因產(chǎn)生的病害等。

4)按病害區(qū)承載力狀態(tài)分類:病害區(qū)承載力足夠、病害區(qū)承載力部分不足、病害區(qū)承載力完全不足等。

其中，按表現(xiàn)形式分類是其他分類的基礎(chǔ)，本文將主要從表現(xiàn)形式方面對水穩(wěn)碎石類半剛性基層病害進行分類和定義。

2 水穩(wěn)碎石基層病害的分類和定義

根據(jù)對廣東省部分高速公路大中修工程現(xiàn)場開挖情況的調(diào)查資料，按照開挖銑刨后水穩(wěn)碎石基層的表現(xiàn)形式，將水穩(wěn)碎石基層病害分為裂縫類、塊裂類和松散類等三大類型病害。表1給出水穩(wěn)碎石基層病害類型及所占比例，由統(tǒng)計結(jié)果可知通車5a以上的水穩(wěn)碎石基層病害以塊裂類病害為主，占病害總數(shù)近一半。

2.1 裂縫類病害

裂縫是水穩(wěn)碎石基層普遍存在的損壞現(xiàn)象之一，裂縫的存在導(dǎo)致兩種后果，首先裂縫進水使基層、底基層、路基含水狀況惡化，結(jié)構(gòu)承載能力迅速降低，同時，瀝青層和基層界面條件改變，產(chǎn)生水力沖刷，出現(xiàn)灰漿，并形成裂縫處唧漿、坑槽;其次是車輪從裂縫的一側(cè)經(jīng)過到達裂縫的另一側(cè)時，荷載變化不再連續(xù)，使路面裂縫兩側(cè)發(fā)生大的應(yīng)力突變，形成很大的剪力和拉力［7－10］。

表1 水穩(wěn)碎石基層病害類型及比例

從形態(tài)上可分為三類:橫向裂縫、縱向裂縫、縱橫交叉裂縫等。裂縫類病害分類及比例見表2，由統(tǒng)計結(jié)果可知橫向裂縫和縱橫交叉裂縫病害為主要的裂縫類病害，各占裂縫類病害近40%。

按裂縫寬度分為輕、重兩種程度，其中:

輕:裂縫寬度在3mm以內(nèi)，裂縫壁無散落或有輕微散落。

重:裂縫寬度大于3mm，裂縫貫通整個基層，裂縫壁有散落并伴有少量支縫。

表2 裂縫類病害分類及比例

2.1.1 橫向裂縫

定義:橫向裂縫是與道路中線近于垂直的裂縫，是水穩(wěn)碎石基層發(fā)生較多的一種裂縫類病害。

特征:橫向裂縫一般以5～20m間距規(guī)則分布，多為貫通裂縫。見圖1。

原因分析:基層材料的干縮和溫度收縮、車輛荷載作用是引起基層產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。

2.1.2 縱向裂縫

定義:縱向裂縫是與道路中線基本平行的裂縫。

特征:縱向裂縫多沿輪跡帶分布，多數(shù)裂縫壁有散落現(xiàn)象，有時伴有少量支縫。見圖2。

原因分析:車輛荷載疲勞作用、分幅施工、局部土基或基層壓實度不足及填挖交界處或橋涵過渡段等原因均可能產(chǎn)生縱向裂縫。

圖1 基層橫向裂縫現(xiàn)場開挖照片

圖2 基層縱向裂縫現(xiàn)場開挖照片

2.1.3 縱橫交叉裂縫

定義:縱橫交叉裂縫是指一條或多條縱縫與一條橫縫相交，或一條縱縫與一條或多條橫縫相交而形成的裂縫。

特征:無法明顯判斷縱、橫向裂縫的主次，縱、橫向裂縫相互間影響，能改變彼此的發(fā)展方向，可進一步衍生成縱橫交叉塊裂。見圖3。

原因分析:縱向裂縫與橫向裂縫的產(chǎn)生原因也是縱橫交叉裂縫的產(chǎn)生原因，對于其中縱、橫向裂縫產(chǎn)生的先后順序及縱橫交叉裂縫產(chǎn)生后的發(fā)展變化規(guī)律，需要進一步調(diào)查和分析。

圖3 基層縱橫交叉裂縫現(xiàn)場開挖照片

2.2 塊裂類病害

塊狀裂縫是指水穩(wěn)碎石基層板塊被裂縫分割為兩塊以上，塊度2m以內(nèi)的情況。塊狀裂縫是結(jié)構(gòu)強度不足的體現(xiàn)。

從形態(tài)上可分為4類:整體性塊裂、輪跡帶塊裂、縱橫交叉塊裂、沉陷性塊裂。塊狀裂縫類病害分類及比例見表3，由統(tǒng)計結(jié)果可知縱橫交叉塊裂病害為最主要的塊狀裂縫類病害，占塊裂類病害近一半。

表3 塊裂類病害分類及比例

輕:縫細、裂縫區(qū)無散落，主要裂縫寬度在2mm以內(nèi)，主要裂縫塊度大于1.0m。

中:裂縫區(qū)有輕度散落，主要裂縫寬度在2～5mm之間，主要裂縫塊度在0.5～1.0m之間。

重:縫寬、裂縫區(qū)有散落，裂縫寬度在5mm以上，主要裂縫塊度在0.5m以內(nèi)。

2.2.1 整體性塊裂

定義:整體性塊裂是指塊裂遍布整幅車道，裂縫塊度基本均一的塊裂類病害。

特征:整體性塊裂遍及整個車道，車道中間也存在塊裂。見圖4。

圖4 基層整體性塊裂現(xiàn)場開挖照片

原因分析:①施工質(zhì)量等原因造成的整體性缺陷;②由輪跡帶塊裂和縱橫交叉塊裂等其他幾種塊裂類病害進一步衍生發(fā)展而成。

2.2.2 輪跡帶塊裂

定義:輪跡帶塊裂是指塊裂基本位于輪跡帶上，呈條狀，往往會有1～3條主導(dǎo)性的縱向裂縫的塊裂類病害。

特征:輪跡帶塊裂一般多出現(xiàn)在右輪跡位置(超高路段則相反)，主要由輪跡帶處一條或多條縱縫衍生擴散而成，塊度一般為30～50cm，并無明顯主導(dǎo)性橫縫，部分路段伴隨沉陷轍槽。若輪跡帶塊裂處部分橫縫發(fā)展成貫通裂縫，則可能進一步衍生成整體性塊裂。見圖5。

原因分析:原路面基層或路基強度不足，在車輛荷載作用下輪跡帶位置疲勞破壞形成縱縫及支縫，支縫向兩側(cè)發(fā)展衍生成塊裂。

2.2.3 縱橫交叉塊裂

定義:縱橫交叉塊裂是指沿著縱橫交叉裂縫的交匯點衍生支縫，支縫與主縫相交形成塊裂類病害。

特征:縱橫交叉塊裂有一處或幾處明顯的縱橫縫交叉點，交叉點周圍的支縫成明顯的以交叉點為圓心的近似同心圓形式分布。縱橫交叉塊裂進一步發(fā)展，最有可能衍生成整體性塊裂。見圖6。

圖5 基層輪跡帶塊裂現(xiàn)場開挖照片

圖6 基層縱橫交叉塊裂現(xiàn)場開挖照片

原因分析:縱橫交叉裂縫的交叉點一般位于輪跡帶位置，裂縫的出現(xiàn)極大的消弱了板體結(jié)構(gòu)的整體性，交叉點的產(chǎn)生則可以迅速降低板體結(jié)構(gòu)的承載力，形成絕對的薄弱點，在車輛荷載作用下可以加速支縫的產(chǎn)生和發(fā)展，形成塊裂。

2.2.4 沉陷性塊裂

定義:沉陷性塊裂是指由局部基層沉陷衍生而成的塊裂類病害。

特征:沉陷性塊裂主要表現(xiàn)形式是沉陷產(chǎn)生的裂縫由沉陷中心向外波紋形或放射形擴散，無明顯的主導(dǎo)性縱縫或橫縫，銑刨機銑刨后中心有明顯殘余瀝青層。見圖7。

圖7 基層沉陷性塊裂現(xiàn)場開挖照片

原因分析:施工質(zhì)量較差或使用過程中路面防排水較差致使大量水存留于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，造成基層或土基強度不足，局部沉陷，進而導(dǎo)致沉陷基層周邊受拉形成由沉陷中心向外發(fā)散的塊裂。

2.3 松散類病害

根據(jù)現(xiàn)場開挖情況，基層集料散失、粘結(jié)不緊密稱為松散。松散也是水穩(wěn)碎石基層普遍的損壞現(xiàn)象之一。

從形態(tài)上可分為兩類:整體松散、局部松散。松散類病害分類及比例見表4，由統(tǒng)計結(jié)果可知局部松散為最主要的松散類病害，占松散類病害的三分之二。

表4 松散類病害分類及比例

輕:基層表層松散深度小于基層碎石最大粒徑。

重:基層表層松散深度大于基層碎石最大粒徑。

2.3.1 整體松散

定義:松散范圍波及到整個車道寬度的松散類病害。

特征:整體松散改變了路面結(jié)構(gòu)層的連續(xù)性條件，直觀表現(xiàn)是路表面的裂縫、龜裂、塊裂等裂縫類病害在基層卻找不到與之對應(yīng)的相關(guān)裂縫。見圖8。

圖8 基層整體松散現(xiàn)場開挖照片

原因分析:整體松散一方面是由于施工過程中較大面積的材料離析、壓實度不夠、水泥等膠結(jié)料粘性不足等原因造成的;另一方面，半剛性基層鋪筑后到鋪筑瀝青層之間的養(yǎng)生階段，如果沒有做好下封層或透層油，很容易在施工車輛作用下形成浮灰、浮土、浮砂，在面層施工前未進行有效處理，容易造成基層表層的松散。

2.3.2 局部松散

定義:松散范圍未波及到整個車道寬度的松散類病害。

特征:局部松散位置往往潮濕甚至飽水，是路面坑槽、唧漿產(chǎn)生的重要原因。見圖9。

原因分析:局部松散一方面是由于施工過程中局部范圍內(nèi)的材料離析、壓實度不夠、水泥等膠結(jié)料粘性不足等原因造成的;另一方面，各種形式的水進入基層，在行駛車輛的擠壓和吮吸作用下反復(fù)沖刷，造成細集料侵蝕，粗集料松動，形成松散。

圖9 基層局部松散現(xiàn)場開挖照片

續(xù)圖9 基層局部松散現(xiàn)場開挖照片

3 結(jié)論

通過對廣東省部分通車5a以上的高速公路進行大量的現(xiàn)場調(diào)查和分析，本文主要得出如下結(jié)論:

1)半剛性基層病害具有普遍性和局部性、潛伏性、表象多樣性、原因復(fù)雜性等特征，這些特征極大增加了對高速公路半剛性基層病害認知及病害維修設(shè)計的難度。

2)半剛性基層病害可以按病害的表現(xiàn)形式、病害產(chǎn)生的時期、病害產(chǎn)生的原因、病害區(qū)承載力狀態(tài)等4種方法進行分類，其中，按表現(xiàn)形式分類是其他分類的基礎(chǔ)。

3)水穩(wěn)碎石基層病害按表現(xiàn)形式可分為裂縫類、塊裂類和松散類等三大類型病害，其中以塊裂類病害為主，占病害總數(shù)近一半。

4)通過對各類基層病害進行詳細的分類、特征分析和原因總結(jié)，為科學、準確、無損的病害診斷及分層、分類、微創(chuàng)處理的養(yǎng)護模式提供依據(jù)。

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