南疆鹽漬土區(qū)市政道路瀝青路面病害調(diào)查研究

張勤玲 楊 柳 楊保存

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 新疆 阿拉爾 843300)

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南疆鹽漬土區(qū)市政道路瀝青路面病害調(diào)查研究

張勤玲 楊 柳 楊保存

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 新疆 阿拉爾 843300)

通過(guò)對(duì)南疆鹽漬土區(qū)市政道路瀝青路面病害狀況開(kāi)展調(diào)查，采用人工調(diào)查描繪法對(duì)路面病害類型、嚴(yán)重程度及分布狀況展開(kāi)較為詳盡的調(diào)查與分析，歸納總結(jié)出瀝青路面的典型病害類型為：鹽-凍脹變形、縱向裂縫、龜裂、沉陷等，并對(duì)其成因進(jìn)行深入分析并提出處治措施，為進(jìn)一步開(kāi)展病害成因及其機(jī)理研究提供基礎(chǔ)，為鹽漬土地區(qū)道路結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)、施工及日后的養(yǎng)護(hù)維修工作提供一定的參考。

市政道路； 鹽漬土； 路面病害

在公路工程中，鹽漬土系指地表下1. 0 m內(nèi)易溶鹽含量平均大于0. 3%的土[1]。新疆省內(nèi)分布大面積的鹽漬土，其面積約占全國(guó)鹽漬土總面積的1/3和新疆土地面積的6. 6%，而南疆是新疆鹽漬土分布面積最大的區(qū)域。在南疆阿克蘇地區(qū)分布大面積的強(qiáng)鹽漬土，其鹽分以硫酸鹽和氯鹽為主。鹽漬土以其特殊的工程性質(zhì)嚴(yán)重影響著道路的穩(wěn)定性和耐久性，市政道路因受鹽脹—凍脹作用損壞嚴(yán)重，所以很有必要對(duì)鹽漬土區(qū)路面病害狀況進(jìn)行調(diào)查研究。

本文特選定南疆新建城市阿拉爾市城市主干道進(jìn)行了長(zhǎng)期調(diào)研與觀測(cè)，因?yàn)楸臼械靥幪焐侥下?、塔克拉瑪干沙漠北緣，阿克蘇河與和田河、葉爾羌河三河交匯之處的塔里木河上游，所處區(qū)域位于鹽漬土分布帶之上[2]，屬于季節(jié)性凍土災(zāi)害區(qū)和嚴(yán)重鹽脹災(zāi)害區(qū)[3]。市內(nèi)道路受鹽漬土的影響較為嚴(yán)重，尤其是瀝青混凝土路面的各類病害在南疆具有一定典型性。因此，本文對(duì)市內(nèi)主干道南泥灣大道的瀝青混凝土路面的病害狀況進(jìn)行了較為詳細(xì)的調(diào)查研究， 并歸納了瀝青混凝土路面的典型病害類型及其發(fā)展規(guī)律，提出了相應(yīng)的處治措施，為鹽漬土地區(qū)道路結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)、施工及日后的養(yǎng)護(hù)維修工作可提供一定的參考。

1 瀝青路面病害調(diào)查

1.1 調(diào)查方法

本次調(diào)查采用人工調(diào)查法，調(diào)查路段分上、下行兩個(gè)行車方向，調(diào)查人員通過(guò)目測(cè)進(jìn)行。要求調(diào)查人員在沿線調(diào)查時(shí)仔細(xì)識(shí)別出現(xiàn)的各種類型的病害，根據(jù)嚴(yán)重程度測(cè)量病害范圍，詳細(xì)記錄，必要時(shí)進(jìn)行拍照和錄像；并按瀝青路面的損壞程度分類分級(jí)[4](見(jiàn)表1)的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)病害調(diào)查。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

為使各個(gè)調(diào)查路段上的損壞程度狀況進(jìn)行比較，采用一項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，將損壞類型、嚴(yán)重程度及范圍和影響等因素綜合進(jìn)行考慮。依據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 36—2006)中有關(guān)路面損壞狀況評(píng)價(jià)指數(shù)(PCI)來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析。其計(jì)算公式[5]為：

式中:PCI —— 路面狀況指數(shù)，數(shù)值范圍為0～100。如出現(xiàn)負(fù)值，則取為0；

n—— 單類損壞類型數(shù)，對(duì)瀝青路面，取值為4，分別對(duì)應(yīng)裂縫類、變形類、松散類和其他類；

m—— 某單類損壞所包含的單項(xiàng)損壞類型數(shù)，對(duì)瀝青路面的裂縫類損壞，取值為3，分別對(duì)應(yīng)線裂、網(wǎng)裂和碎裂；其他單類損壞所包含的單項(xiàng)損壞類型數(shù)根據(jù)損壞類型表依此類推；

DPij—— 第i單類損壞中的第j單項(xiàng)損壞類型的單項(xiàng)扣分值，具體數(shù)值根據(jù)損壞密度，由損壞單項(xiàng)扣分表中的值內(nèi)插求得；

ωij—— 第i單類損壞中的第j單項(xiàng)損壞類型的權(quán)重，其值與該單項(xiàng)損壞扣分值和該單類損壞所包含的所有單項(xiàng)損壞扣分值總和之比或與該單類損壞扣分值和所有單類損壞扣分值總和之比有關(guān)，具體數(shù)值查表1確定。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[5]見(jiàn)表2。

表2 瀝青路面損壞狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 病害調(diào)查

自2002年起，在以后近四年時(shí)間，阿拉爾市政府修建城市道路里程數(shù)超過(guò)49 km，各條道路結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)方案雷同。在后期的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中瀝青路面出現(xiàn)相當(dāng)嚴(yán)重的各種損壞。

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，市區(qū)的不斷擴(kuò)大，各種交通量日益增大，目前多數(shù)道路已呈現(xiàn)出嚴(yán)重病害，嚴(yán)重影響著路面的使用性能。目前，大部分道路已大修大補(bǔ)或者改建。為全面了解鹽漬土區(qū)城市道路瀝青路面病害問(wèn)題，2014年1月對(duì)市內(nèi)主干道南泥灣大道進(jìn)行了詳盡的調(diào)查。

2.1 南泥灣路概況

南泥灣路始建于2002年，為城市主干道，大致呈東西走向，長(zhǎng)度約5 km，雙向4車道(行車道寬3. 0 m)，見(jiàn)圖1。路面結(jié)構(gòu)組合如下：2. 5 cm厚細(xì)粒式混凝土，6 cm厚粗粒式混凝土，18 cm厚水泥穩(wěn)定砂礫(5%)，20 cm厚天然砂礫，50 cm厚風(fēng)積沙，風(fēng)積沙下布滿防滲膜，總厚度96. 5 cm。本次調(diào)研，取其典型破壞路段，調(diào)查長(zhǎng)度為1 500 m。

2.2 調(diào)查結(jié)果與分析

由調(diào)查發(fā)現(xiàn)，道路上路面病害類型多樣，損壞程度不一，病害產(chǎn)生的原因各異。針對(duì)該路段調(diào)查結(jié)果來(lái)看，主要是以下幾種病害。

表1 瀝青路面損壞分類分級(jí)和權(quán)重系數(shù)

圖1 南泥灣路路面整體狀況

2.2.1 鹽脹—凍脹破壞

路面整體破壞情況嚴(yán)重，道路沿線兩側(cè)行車道主要為鹽脹—凍脹變形破壞，路面呈現(xiàn)出大量、連續(xù)波浪擁包變形，尤其是路兩側(cè)的破壞比中央要嚴(yán)重、隆起高度比路中央的路面要明顯得多，見(jiàn)圖2。冬季鹽-凍脹變形較為嚴(yán)重，路面鼓起高度較高，春季隨著氣溫變暖，鼓起高度有一定回落。這主要是由于土壤含鹽量較高、兩側(cè)綠化帶漫灌，道路結(jié)構(gòu)未設(shè)置擋水墻而導(dǎo)致鹽分在水—溫—行車荷載作用下運(yùn)移到路面結(jié)構(gòu)層中，最終呈現(xiàn)出路面的各種病害。

2.2.2 龜裂

在調(diào)查路段存在大量面積大小不一的龜裂損壞，局部位置伴有沉陷與隆起，病害總面積約為15 480 m2，約占病害路段總面積的86%。龜裂特征顯著，裂塊面積大小不一，裂縫區(qū)變形明顯、多數(shù)裂縫邊緣粒料散落嚴(yán)重，主要裂縫寬度大于5 mm，多數(shù)裂縫塊度小于0. 2 m，均屬于重度龜裂，見(jiàn)圖3。

圖2 路邊緣鹽脹-凍脹破壞 圖3 樁號(hào)K0+006橫斷面超車道龜裂破壞

2.2.3 縱向裂縫

調(diào)查路段路面縱向裂縫比橫向裂縫破壞更為明顯，縱縫數(shù)量較多，與橫向裂縫交織在一起，幾乎布滿整個(gè)路面，縫較寬、裂縫壁內(nèi)有集料散落、有支縫，多數(shù)裂縫寬度均大于3 mm，屬于重度縱向裂縫破壞，見(jiàn)圖4。路中心線處出現(xiàn)的通長(zhǎng)裂縫，達(dá)百米長(zhǎng)，見(jiàn)圖5。路中心處裂縫可能與瀝青路面半幅施工時(shí)接縫未處理好有關(guān)。

2.2.4 車轍(輪跡處深度大于10 mm的縱向帶狀凹槽)

調(diào)查路段路面行車輪跡處有多處車轍破壞，輕度車轍破壞：轍槽淺，深度在10～15 mm之間；重度車轍破壞：轍槽深，深度15 mm以上，見(jiàn)圖6。隨著市內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，重載車輛的增多，交通的渠化作用也將加劇路面車轍損壞。

2.2.5 坑槽

調(diào)查路段路面有14處坑槽破壞，輕度坑槽4處：坑淺，有效坑槽面積在0. 1 m2以內(nèi)(約0. 3 m×0. 3 m)。重度坑槽10處：坑深，有效坑槽面積大于0. 1 m2(約0. 3 m×0. 3 m)，見(jiàn)圖7?？硬燮茐牡某霈F(xiàn)一方面與路面面層材料的配合比有關(guān)，也與鹽漬土的鹽—凍脹破壞密不可分，當(dāng)然，隨著重載車輛的增多，也加劇了坑槽的破壞。

圖4 樁號(hào)K1+014橫斷面行車道縱裂破壞 圖5 中心線處縱向裂縫 圖6 重度車轍破壞 圖7重度坑槽破壞 圖8 路面加鋪層坑槽、推移破壞 圖9 路面加鋪層松散破壞

2.2.6 其他

路線樁號(hào)K1+038～K1+141路段由于重載碾壓較其他路段破壞嚴(yán)重，提前修補(bǔ)了加鋪層，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)其路面破損情況仍是最嚴(yán)重的，路面出現(xiàn)大面積坑槽、松散破壞，見(jiàn)圖8、圖9?？赡苁怯捎跒r青路面加鋪層設(shè)計(jì)方案中粗骨料粒徑偏大，新、舊路面結(jié)合不牢，在車輛重載和舊路面反射裂縫共同作用下出現(xiàn)了二次破壞。

中間超車道路面的損壞主要以裂縫、坑槽、車轍破壞為主，路線自西向東方向車道破壞情況比自東向西方向車道嚴(yán)重。樁號(hào)K0+060～K1+300橫斷面超車道與行車道相對(duì)高程變化見(jiàn)圖10，圖11。由圖10和圖11可看出，兩側(cè)車道高程值均大于中間車道，波浪擁包變形更為嚴(yán)重。這主要是由于2 013年市區(qū)塔里木大道、虹橋路重修，多數(shù)工程載重車自西向東由此路通過(guò)，加速了行車道處的車轍損壞。

圖10 樁號(hào)K0+006～K1+300橫斷面超車道與行車道相對(duì)高程變化(自西向東方向) 圖11 樁號(hào)K0+006～K1+300橫斷面超車道與行車道相對(duì)高程變化(自東向西方向)

2.3 路面狀況評(píng)價(jià)

南泥灣路(行車道)路面損壞狀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總見(jiàn)表3。

由表3可以看出，該路段選定的5個(gè)調(diào)查區(qū)間路段的PCI值均小于60，路面狀況指數(shù)PCI處在“差”水平的路段已接近80%，這反映出該路段實(shí)際上處于急待重修、改建的現(xiàn)狀。

南泥灣路至今已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了10多年，因近幾年市區(qū)塔里木大道、虹橋路改建，多數(shù)重載車輛從此路經(jīng)過(guò)，加劇了此路段路面的損壞，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看，路面病害的面積在不斷擴(kuò)大，路面的損壞已經(jīng)完成了從功能性損壞到結(jié)構(gòu)性損害的演變過(guò)程，已影響到路面的服務(wù)功能。隨著阿拉爾市經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)，工業(yè)園區(qū)迅速發(fā)展，道路的通行能力已不能滿足道路使用需求。結(jié)合市區(qū)環(huán)境特征、病害類型及產(chǎn)生原因，建議增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)承載能力，對(duì)南泥灣路進(jìn)行重建。

2.4 處治措施

針對(duì)南泥灣大道的瀝青混凝土路面的病害狀況，特提出處治措施如下。

2.4.1 在鹽漬土地區(qū)修建道路，基層材料若采用水泥土穩(wěn)定類材料，水泥可選擇抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。此種水泥中鋁酸三鈣礦物含量一般低于3%，可緩和硫酸鹽對(duì)材料的腐蝕，并可減輕水泥與硫酸鹽和氯化物鹽的化學(xué)膨脹反應(yīng)，它是硫酸鹽腐蝕地區(qū)廣泛采用的水泥。

2.4.2 為減輕高地下水位及道路兩側(cè)綠化帶冬灌水分對(duì)路基路面的影響，可在道路兩側(cè)設(shè)置擋水墻防護(hù)，或者選擇在有利季節(jié)對(duì)原路基鉆孔進(jìn)行排水處理并適當(dāng)抬高路基。若路基填筑高度受限制，可采取相應(yīng)的處治措施，如：換填砂礫、石渣等透水性材料，設(shè)置隔離層或修筑地下滲透溝等。如2008年市內(nèi)道路勝利大道的舊路改造采用此法處理，施工簡(jiǎn)便，效果明顯。

2.4.3 要解決鹽漬土區(qū)市政道路瀝青混凝土路面的病害問(wèn)題， 在控制路基鹽分、含鹽量的基礎(chǔ)上，必須考慮地表水及地下水對(duì)路基鹽脹、凍脹的影響[6]。在道路設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，重視鹽漬土路基路面結(jié)構(gòu)排水的設(shè)計(jì)與施工；在日后的養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)解決問(wèn)題，排水設(shè)施不完善地段，要增補(bǔ)完善。

3 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)鹽漬土區(qū)南疆小城阿拉爾市主干道南泥灣大道瀝青路面病害的調(diào)查分析，可得到以下結(jié)論：

3.1 南疆鹽漬土區(qū)的市政道路，瀝青混凝土路面病害類型主要以縱向裂縫、車轍、凸起、龜裂為主，多數(shù)情況下各種病害交織在一起。

3.2 南疆鹽漬土區(qū)的市政道路，瀝青混凝土路面的破壞規(guī)律為：先從路邊開(kāi)始，逐步向路中心發(fā)展；路兩側(cè)的破壞比中央要嚴(yán)重、同時(shí)隆起程度比路中央的路面要明顯得多；路面的縱向裂縫比橫向裂縫發(fā)育更為明顯。

表3 南泥灣路(行車道)路面損壞狀況評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

3.3 南疆鹽漬土區(qū)的市政道路，瀝青混凝土路面的各類型病害的發(fā)生除了與重載交通的增多有關(guān)外，主要與鹽漬土的鹽—凍脹變形有關(guān)。而鹽漬土的鹽—凍脹破壞程度主要與水、當(dāng)?shù)囟镜臍鉁仃P(guān)系密切。

[1] 新疆公路學(xué)會(huì)主編.鹽漬土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京：人民交通出版社.2006：33-36.

[2] 徐攸在.鹽漬土地基[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993：2-4.

[3] 陳肖柏，劉建坤，劉鴻緒，等.土的凍結(jié)作用與地基[M].北京：科學(xué)出版社.2006：3-18.

[4] 資建民.路基路面工程[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002：352.

[5] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 36—2006)，2006.10.01

[6] 楊保存,劉新榮,汪為巍,等.阿拉爾市區(qū)道路鹽—凍脹變形破壞機(jī)理與成因分析[J].塔里木大學(xué)學(xué)報(bào)．2009(2):1-6.

Disease Investigation on Asphalt Pavement of Municipal Road in Southern Saline Soil of Xinjiang

Zhang Qinling Yang Liu Yang Baocun

(College of Water Conservancy and Architecture Engineering，Tarim University，Alar， Xinjiang 843300)

Through a comprehensive investigation on asphalt pavement disease of municipal road in Southern saline soil of Xinjiang，using artificial investigation method，the investigation on the detailed to the disease and the distribution of pavement，sums up the typical diseases damage type of asphalt pavement：salt-frost heave deformation、longitudinal crack、crack、settlement，and in-depth analysis of its causes proposed treatment measures，provide the basis for further research on the causes and mechanism，in order to provide certain reference value for the design of road structure layer，saline land area construction and future maintenance and repair work.

municipal road； saline soil； pavement disease

2014-08-29

塔里木大學(xué)校長(zhǎng)基金自然科學(xué)項(xiàng)目(TDZKSS201417)；塔里木大學(xué)校長(zhǎng)基金創(chuàng)新群體研究項(xiàng)目(TDZKPY201401)。

張勤玲(1982- )，女，碩士，講師，主要從事道路路基路面方面的研究與教學(xué)。 E-mail：zhqling20031010@163.com

1009-0568(2015)02-0079-07

S29

A

10.3969/j.issn.1009-0568.2015.02.015