二灰碎石基層路面起拱病害淺析

侯毓莉

（上海市市政規(guī)劃設計研究院,上海市 200031）

二灰碎石基層路面起拱病害淺析

侯毓莉

（上海市市政規(guī)劃設計研究院,上海市 200031）

對南方某市主干路的二灰碎石基層路面起拱病害進行調查,進行了路面平整度檢測、路面彎沉檢測、粉煤灰SO3殘余量試驗以及路基樣洞開挖等一系列檢測。試驗結果表明:粉煤灰的SO3含量對基層體積安定性的影響較大,基層易發(fā)生體積膨脹,這是導致路面起拱的材料因素；地下水和地表水的浸入,為體積膨脹的發(fā)生提供了水源,這是造成路面起拱的外部原因。

道路；基層；二灰碎石；路面起拱；病害

0 引言

二灰碎石基層是指以石灰、粉煤灰混合作為集合料,與一定量的級配碎石加一定的水分拌合,碾壓、養(yǎng)生后而產生強度的一種半剛性結構。由于其具有強度高、耐久性好、造價低、環(huán)保等優(yōu)點,二灰碎石基層被廣泛應用在各類路面工程中。但隨著二灰碎石基層的使用越來越多,也發(fā)現(xiàn)了一些問題,如路面起拱病害[1,2]。近年來,在南方某市內的多條城市道路上發(fā)現(xiàn)了多處路面起拱病害,路面起拱最高處達到18 cm,造成路面凹凸不平,影響了車輛的安全行駛。通過對起拱路段進行調查,采用路況檢測、材料化學分析、樣洞開挖等檢測手段,對路面出現(xiàn)的起拱問題進行了分析。

1 路況調查

1.1 路面起拱的調查

本次調查道路為城市主干路,路段單元為1 km。為了掌握瀝青混凝土路面的起拱嚴重程度,對該路段各車道進行了詳細的路面狀況調查。從現(xiàn)場調查來看,該道路起拱現(xiàn)象在部分區(qū)間內比較嚴重,雙幅起拱面積共計2 809 m2,其中右幅各車道累計起拱面積1 313 m2,左幅各車道累計1 496 m2,左幅比右幅稍嚴重些。起拱范圍主要集中在非機動車道和道路中心線兩側。另外,通過打開井蓋發(fā)現(xiàn)井中水位在正常水位以下。

1.2 平整度調查

道路起拱嚴重影響到行車的舒適性和安全性,使路面的行駛質量大大降低。為了更科學直觀地了解該路段各車道的起拱程度,本項目采用激光斷面儀對該路段平整度進行了加密檢測,檢測頻率為每20 m一點,各車道平整度檢測結果匯總見表1。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路工程施工與質量驗收規(guī)范》（CJJ 1-2008）,城市主干路的平整度設計指標σ≤1.5 mm；根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ 36-2016）,主干、次干路養(yǎng)護標準A級別平整度設計指標σ≤4.5。檢測結果表明,無論是左幅還是右幅路面,非機動車道平整度最差,其次為3車道、1車道、2車道。整體來說,右幅比左幅平整度要略差。根據(jù)驗收規(guī)范,右幅各車道平整度合格率在22%～74%之間,左幅各車道合格率在14%～66%之間,說明路面行駛質量已經(jīng)基本不能滿足當初設計要求；根據(jù)養(yǎng)護規(guī)范,右幅各車道平整度合格率在67%～98%之間,左幅各車道平整度合格率在83%～98%之間,除非機動車道外,絕大部分點行駛質量滿足養(yǎng)護質量要求。

表1 各車道平整度檢測結果

1.3 路面彎沉調查

路面回彈彎沉是反映路面結構承載能力的重要指標,本項目采用自動彎沉儀對該路段彎沉進行檢測,檢測頻率為每9～11 m一點。根據(jù)該段道路設計文件,路面彎沉設計指標l≤22.1（0.01 mm）,各車道彎沉檢測結果匯總見表2。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ 36-2016）,重交通半剛性基層瀝青路面結構臨界彎沉值l≤46（0.01 mm）。從表2可以看出,無論是右幅還是左幅1車道彎沉最大,整體來說,左幅比右幅彎沉要略大一些。根據(jù)設計文件,右幅各車道彎沉合格率在66%～70%之間,左幅各車道彎沉合格率在40%～65%之間,說明路面結構強度已經(jīng)基本不能滿足當初設計要求。根據(jù)養(yǎng)護規(guī)范,右幅各車道彎沉合格率在95%～100%之間,左幅各車道彎沉合格率在80%～90%之間,說明除個別點外,路面結構強度基本能夠滿足養(yǎng)護質量要求。

表2 各車道彎沉代表值檢測結果

1.4 SO3殘余量試驗

參照《水泥化學分析方法》（GB/T 176-2008）,采用硫酸鋇重量法（基準法）進行SO3殘余量試驗[3],試驗結果見表3?？梢钥闯?該路段SO3殘余量普遍較高,即使沒起拱的地方也有20%～30%,存在較大的起拱隱患。

表3 SO3殘余量試驗結果

1.5 開挖樣洞檢驗

為了進一步了解基層以及土路基的結構狀況,采用開挖0.8 m×1.0 m的樣洞對該路段基層結構的厚度和完整性以及二灰土底基層的壓實度和含水率進行了檢測。該樣洞所在50 m區(qū)間彎沉代表值為0.54 mm,樣洞位置有起拱現(xiàn)象,開挖后發(fā)現(xiàn)二灰碎石基層較為松散,板結效果較差,SO3殘余量26.92%,但二灰土底基層干燥。

2 二灰碎石基層路面起拱病害原因分析

2.1 原材料的原因

二灰碎石混合料由石灰、粉煤灰、集料和水組成,其中粉煤灰主要從火力發(fā)電廠購買,其主要成分是Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO、SO3。粉煤灰本身并沒有黏性,當它與水和消石灰相混合時,在常溫下能與石灰中的氫氧化鈣 Ca（OH）2發(fā)生反應,生成具有黏結性的化合物,所以粉煤灰被廣泛地應用于道路施工中。SO3是一種空氣和環(huán)境污染物,如直接排放到空氣中,會造成空氣污染,形成酸雨等危害。近幾年我國對環(huán)境保護控制加強,許多電廠都實施了環(huán)保脫硫工藝,脫硫后脫硫灰渣重新回到粉煤灰中,加大了粉煤灰中SO3的含量。

SO3與石灰中的氧化鈣（CaO）反應生成硬石膏（CaSO4）或無水鈣質芒硝（CaSO4·Na2SO4）。這兩種物質的性能都很不穩(wěn)定,CaSO4與水發(fā)生反應生成CaSO4·2H20（二水石膏）,無水鈣質芒硝（CaSO4· Na2SO4）與水和混合料中的Cao·Al2O3·6H2O（水化鋁酸鈣）進一步反應,生成CaO·Al2O3·3CaSO4· 32H2O（鈣礬石）。通過這一系列的化學反應,會使得混合料體積增大2.5倍左右[4]。通過本次檢測發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)起拱的地方,SO3殘余量都普遍較高,這說明粉煤灰中的SO3含量高,對二灰碎石混合料的安定性存在很大的影響,在二灰碎石形成強度的過程中發(fā)生體積膨脹,導致路面起拱。

粉煤灰含有許多化學活性物,其中氧化鈣、二氧化硅物質所形成的離子與黏土顆粒的離子發(fā)生化學、物理反應,從而形成大團粒結晶體,具有很高的強度。經(jīng)過脫硫處理的粉煤灰除了SO3含量較高外,還有一個特點是SiO2的成分較少,使得粉煤灰的活性降低,容易脫落,造成二灰碎石基層松散[5]。

2.2 地下水和地表水的原因

該地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達,地下水位高,由于毛細現(xiàn)象,地下水容易浸入到道路中。通過現(xiàn)場調查,發(fā)現(xiàn)該路段的道路中分綠化帶和機非隔離的綠化帶都較寬。市政設施管養(yǎng)單位經(jīng)常對綠化帶進行澆灌,由于沒有增設隔水帶和集水溝,使得澆灌綠化的地表水滲透到道路底層,給基層提供了豐富的水源,使得基層中的無硬石膏、無水鈣質芒硝與水發(fā)生化學反應,形成新的次生礦物,造成基層體積膨脹。

3 維修處置措施

針對調查結果,建議對該路段的瀝青表面層進行銑刨加罩處理,起拱嚴重的路段局部采用貧混凝土基層進行翻修處理。防治地下水對道路的破壞作用,通過工程措施降低地下水位高度,設置滲井、滲溝阻礙地下水對路基的浸潤。進行綠化改造工程,在綠化中分帶、機非隔離綠化帶下部設置縱向碎石盲溝和橫向排水管,將綠化帶中土壤聚集的滲透水排除道路范圍之外。

4 結論

通過對南方某城市主干路的二灰碎石基層路面起拱進行調查,測定了路面平整度、彎沉及SO3殘余量,并進行了樣洞開挖,分析了路面起拱產生的原因,得到以下結論:

（1）二灰碎石混合料中粉煤灰的SO3含量對基層體積安定性的影響較大。經(jīng)過脫硫處理的粉煤灰,SO3含量大,在二灰碎石形成強度的過程中易發(fā)生體積膨脹,這是導致路面起拱的材料因素。地下水和地表水的浸入,為體積膨脹的發(fā)生提供了水源,這是造成路面起拱的外部原因。

（2）在進行二灰碎石基層施工時,要重點對SO3含量進行監(jiān)測。SO3含量過高的粉煤灰堅決不予采用。加強對道路中分帶、側分帶、綠化帶的排水設計,通過增設排水設施,防治地表水浸入道路下部。在日常養(yǎng)護管理中,對于路面上出現(xiàn)的裂縫及時處置,防止雨水經(jīng)裂縫滲入基層。

[1]楊毅,榮建.石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面起拱原因分析[J].交通科技,2009(2):83-85.

[2]譚秀平.城市道路（瀝青路面）起拱裂縫原因淺析[J].工程質量, 2008(10):36-37.

[3]GB/T 176-2008,水泥化學分析方法[S].

[4]張東長,曹志勇,袁登瓊,等.二灰碎石基層SO3含量控制指標試驗研究[J].公路交通科技,2008（6）:31-38.

[5]昆山市鹿通路橋工程有限公司.石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層抗裂性設計應用研究[R].昆山:鹿通路橋工程有限公司,2007.

廣東開陽高速改擴建工程獲批正式啟動

廣東開陽高速改擴建工程目前已獲省發(fā)改委批準立項,這標志著項目正式啟動。改擴建工程力爭年內動工,工期4年,將于2021年底完成。

開陽高速公路屬于國高網(wǎng)沈海高速公路的一段,起于開平市水口鎮(zhèn),與佛開高速公路相接,終于陽江市的陽江林場,與陽茂高速公路相連,途經(jīng)鶴山、開平、恩平、陽東、江城等市（區(qū)）,路線全長約125.2 km,于2003年9月建成通車。

作為珠三角到粵西地區(qū)不可替代的高速通道,開陽高速車流量已經(jīng)接近飽和。據(jù)開陽高速公路有限公司統(tǒng)計,2015年全線平均交通流量已超過50 000 pcu/d（年平均日交通量）,個別路段超過70 000 pcu/d,達到或接近高速公路路段所能適應的通行能力,因此項目改擴建迫在眉睫。

改擴建項目工可建設方案為全線擴建,采用雙向8車道,路基寬度42 m,設計荷載為公路Ⅰ級,設計行車速度120 km/h,為高速公路技術標準。擴建采用兩側加寬拼接方式,并對舊路進行大修加固。

改擴建項目工可主要工程量包括特大橋1座,大橋20座,中橋55座,小橋和通道231座,涵洞505道(包括通道涵),互通立交14處（其中新建1處月山互通,其余13處互通為改造）,分離式立交橋19座,服務區(qū)4處。工程力爭2017年底開工,計劃工期4年,將于2021年底完成。

U418.6

B

1009-7716（2017）07-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.015

2017-03-19

侯毓莉（1981-）,女,上海市,工程師,從事道路現(xiàn)場檢測及研究工作。