高速公路瀝青路面早期破壞與防治

孟麗娜

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西太原 030006)

1 早期破壞的主要形式

1.1 路面結(jié)構(gòu)性破壞

路面結(jié)構(gòu)性破壞是瀝青路面早期破壞中最嚴(yán)重的一種破壞形式。這種破壞主要是由于行車(chē)荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)層會(huì)產(chǎn)生反復(fù)作用，而路面結(jié)構(gòu)層的承載能力不能抵抗該作用而使其產(chǎn)生整體性破壞。這種破壞產(chǎn)生的裂縫首先主要發(fā)生在溫度變化最大的上面層，并迅速向中、下面層甚至基層延伸。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)層瀝青老化，導(dǎo)致其抵抗裂縫的能力逐漸降低，產(chǎn)生的裂縫量逐漸增加，在行車(chē)荷載、溫度變化等因素的影響下，就會(huì)產(chǎn)生以裂縫為中心的下陷形變，使得在裂縫兩側(cè)產(chǎn)生新裂縫甚至碎裂破壞(如圖1所示)。

1.2 水破壞

水破壞是由于降水透入路面結(jié)構(gòu)層后使路面產(chǎn)生網(wǎng)裂、坑洞、唧漿等早期破壞的一種現(xiàn)象，大致有3種不同情況:

1)網(wǎng)裂。

因上面層空隙率大，透入上面層的水便會(huì)快速滲入中面層，滯留在中面層的水在未進(jìn)入下面層前，對(duì)中面層浸蝕而使得其強(qiáng)度變?nèi)?。在行?chē)荷載的反復(fù)作用下，行車(chē)道的輪跡帶上產(chǎn)生網(wǎng)裂形變，有的甚至產(chǎn)生明顯轍槽(如圖2所示)。

圖1 底基層先開(kāi)始的結(jié)構(gòu)性破壞

圖2 上面層網(wǎng)裂形變引起路面局部松散

2)坑洞。

由于中面層密實(shí)度較高，水透入上面還未往下滲透前，上面層就已經(jīng)產(chǎn)生水破壞(如圖3所示)。

3)唧漿。

如果在下面層頂面設(shè)有下封層或粘結(jié)防水層，則滯留在上面層的水透過(guò)中面層進(jìn)入下面層后，就不容易繼續(xù)向下滲透，則滯留在下面層內(nèi)的水會(huì)使其強(qiáng)度減弱，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，瀝青產(chǎn)生剝落，瀝青混凝土松散，瀝青上面層產(chǎn)生網(wǎng)裂形變，甚至產(chǎn)生坑洞，洞中產(chǎn)生積水(如圖4所示)。上面層、中面層和下面層各層間均不能有水侵入并滯留，無(wú)論哪一層有水并滯留，則該層就會(huì)產(chǎn)生水破壞。

1.3 嚴(yán)重轍槽

圖3 產(chǎn)生在上面層的坑洞

圖4 瀝青面層產(chǎn)生的坑洞

1)產(chǎn)生下面層和基層粘結(jié)不良的情況主要有:基層清掃不干凈、噴灑在基層上的透層油不均勻等，這樣，在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，在面層的施工接縫處便開(kāi)始產(chǎn)生推移，進(jìn)而會(huì)在輪跡帶兩側(cè)產(chǎn)生，直到造成嚴(yán)重裂縫(如圖5所示)。車(chē)輛荷載作用下，面層不平整會(huì)愈加明顯，在輪跡帶上形成波浪，有些波浪在不同程度上產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽。

圖5 輪跡帶上形成的波浪轍槽

2)一般情況下，柔性路面上產(chǎn)生的轍槽比半剛性路面上產(chǎn)生的轍槽更為嚴(yán)重。因?yàn)榘雱傂圆牧蠈铀a(chǎn)生的壓縮形變極小(可忽略不計(jì))，則它的下承層(即土基層)所受到的壓應(yīng)變就會(huì)很小，這樣，應(yīng)變力反映到上面層上的可能性也會(huì)很小;而柔性路面上所產(chǎn)生的轍槽由于一種綜合形變?cè)斐傻模怯蔀r青面層、柔性基層(底基層)及土基層等很多部分產(chǎn)生的永久形變組成，所以柔性路面所產(chǎn)生的轍槽比半剛性路面產(chǎn)生的轍槽更為嚴(yán)重。

2 早期破壞的原因

2.1 重要外因

1)近年來(lái)，行駛在高速公路上大軸載(有的最大軸載達(dá)240 kN)、輪胎充氣壓力大(有的達(dá)到1.0 MPa～1.2 MPa)的重型貨車(chē)數(shù)量明顯增加，這些重型貨車(chē)對(duì)路面的行車(chē)荷載是促使瀝青路面產(chǎn)生早期破壞的重要外因。

2)降雨量的大小和高速行車(chē)是對(duì)路面造成嚴(yán)重水破壞的重要外因。

3)夏季連續(xù)高溫，路面產(chǎn)生泛油現(xiàn)象是對(duì)路面產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽的重要外因。

2.2 重要技術(shù)內(nèi)因

1)原材料的影響。

a.礦料的針片狀含量、級(jí)配和均勻性嚴(yán)重影響瀝青混合料的質(zhì)量。

b.各項(xiàng)目所在地氣候、交通條件等均有所不同，應(yīng)選用瀝青的種類(lèi)及標(biāo)號(hào)與項(xiàng)目所在地條件相適應(yīng)，要充分滿足設(shè)計(jì)、施工的要求。

2)路基施工缺陷的影響。

路面產(chǎn)生早期破壞與路基施工質(zhì)量有關(guān)，如軟土地區(qū)，因該地基穩(wěn)定性差、作換填或片、塊石排淤處理不徹底、路基填筑的密實(shí)度不足、填筑材料液限偏高、路堤的不均勻沉降等都會(huì)導(dǎo)致路面產(chǎn)生早期破壞。

3)施工因素的影響。

a.瀝青混合料的配合比不合理;

b.拌和設(shè)備出現(xiàn)意外情況;

c.攤鋪機(jī)具的性能較差、操作方法不規(guī)范，影響攤鋪時(shí)的平整度;

d.瀝青混凝土壓實(shí)機(jī)具配置不合理，壓實(shí)方法不科學(xué)，影響路面面層的平整度。

2.3 重要非技術(shù)內(nèi)因

1)不合理工期，由于項(xiàng)目本身工期緊，有的項(xiàng)目投標(biāo)時(shí)要求是3年工期，而實(shí)際進(jìn)場(chǎng)后卻要求兩年完成，一味的搶工期，必定嚴(yán)重影響工程質(zhì)量;

2)不合理標(biāo)價(jià)，最低價(jià)、不合理標(biāo)價(jià)中標(biāo)是影響工程質(zhì)量難以達(dá)到優(yōu)良工程標(biāo)準(zhǔn)的重要非技術(shù)內(nèi)因。

2.4 養(yǎng)護(hù)與管理

路面早期養(yǎng)護(hù)措施不到位、養(yǎng)護(hù)方法不完善、允許超載車(chē)輛隨意進(jìn)出未開(kāi)放路段也是導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生早期破壞的原因。

2.5 水破壞的重要內(nèi)因

1)孔隙率:瀝青混凝土上面層的孔隙率大于7%時(shí)，水易進(jìn)入面層導(dǎo)致水破壞。

2)壓實(shí)度:片面強(qiáng)調(diào)平整度而忽視了壓實(shí)度。

3)瀝青混凝土的不均勻性:瀝青混凝土的離析現(xiàn)象和不均勻性導(dǎo)致瀝青混凝土面層隨機(jī)分布著數(shù)量不一的薄弱點(diǎn)位，降水在一些薄弱點(diǎn)位被快速行駛的車(chē)輪產(chǎn)生的大動(dòng)水壓力壓入上面層，在中、下面層的瀝青混凝土不是很密實(shí)的情況下，水會(huì)被一直壓到下面層的底部直至基層。基層頂面的滯留水在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下形成白漿，白漿由快速行駛的車(chē)輛擠到上面層，這樣，經(jīng)過(guò)壓入水和泵出漿的反復(fù)作用，瀝青產(chǎn)生剝落，瀝青混凝土變得松散，形成積水坑洞。

4)面層裂縫:新鋪瀝青面層產(chǎn)生的裂縫一般僅到表面層的上部，在氣候變化、行車(chē)荷載等作用的影響下，裂縫會(huì)繼續(xù)向下延伸直至使基層在相同的位置產(chǎn)生裂縫。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，裂縫會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

2.6 嚴(yán)重轍槽的內(nèi)因

1)連續(xù)式密級(jí)配瀝青混凝土抗形變能力、承受重載交通的反復(fù)作用的能力差的缺點(diǎn)是導(dǎo)致路面產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽的內(nèi)因。

2)瀝青混凝土中面層因自由水的進(jìn)入且長(zhǎng)期滯留而使其強(qiáng)度減弱，瀝青剝落直至松散，路面開(kāi)始產(chǎn)生較嚴(yán)重轍槽，雨水透過(guò)轍槽更多更快地進(jìn)入中、下面層。將上、中、下面層全部挖除后，基層卻完好無(wú)損。

3 早期破壞的預(yù)防措施

3.1 結(jié)構(gòu)性破壞產(chǎn)生的裂縫

1)在路基施工過(guò)程中，特別是道路改造工程的拓寬路段、臺(tái)背回填處要嚴(yán)格控制填料均勻、厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，確保壓實(shí)度達(dá)標(biāo)、合理處理縱向冷接縫能減少結(jié)構(gòu)性破壞產(chǎn)生的裂縫。

2)選用優(yōu)質(zhì)瀝青能有效減少溫度裂縫的產(chǎn)生。

3)瀝青混凝土拌和均勻、減小空隙率、提高壓實(shí)度、增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度會(huì)減少面層表面的薄弱處。

4)防止瀝青面層反射裂縫的產(chǎn)生，就應(yīng)當(dāng)在基層施工中，注重施工縫的處理質(zhì)量，及時(shí)養(yǎng)護(hù)，提高基層的整體強(qiáng)度。

3.2 水破壞

1)選擇合適的瀝青混凝土類(lèi)型。

瀝青路面各面層盡量使用空隙率不大于5%的透水性差、抗滑性能良好的、高溫抗永久形變能力優(yōu)于瀝青混凝土連續(xù)級(jí)配的密實(shí)型瀝青混凝土作為表面層。

2)增強(qiáng)瀝青與碎石的粘附性。

施工粗集料避免使用酸性石料(花崗巖、玄武巖等)，選用針入度較小的優(yōu)質(zhì)瀝青并加入抗剝落劑，細(xì)集料的含泥量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以增強(qiáng)瀝青與碎石粘附性。

3)提高施工質(zhì)量。

選用符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的原材料，拌和要均勻，防止粗細(xì)集料離析，嚴(yán)格控制混合料的拌和溫度、出場(chǎng)溫度、攤鋪溫度。

4)嚴(yán)格控制超載車(chē)輛。

公路管理部門(mén)應(yīng)該按照相關(guān)法律法規(guī)的要求對(duì)超載車(chē)輛進(jìn)行強(qiáng)制卸載，嚴(yán)禁超載車(chē)輛進(jìn)入。

5)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為避免遭受水破壞，在瀝青各面層間噴灑防水材料，在面層表面形成不透水的薄膜封層。

3.3 嚴(yán)重轍槽產(chǎn)生的裂縫

1)為增強(qiáng)瀝青混合料的粘結(jié)力，應(yīng)選用合格優(yōu)質(zhì)的原材料，嚴(yán)格控制細(xì)集料含泥量及礦粉摻量。

2)為防止瀝青混合料產(chǎn)生離析，應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青混合料的均勻性。

3)嚴(yán)格控制施工各環(huán)節(jié)中的混合料溫度。

4)嚴(yán)格控制各層的壓實(shí)質(zhì)量。