瀝青混凝土下面層施工中的推移病害原因和處理策略

李蘭勛

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

在高等級(jí)公路建設(shè)中，瀝青混凝土路面是常用的路面形式，其基層以半剛性結(jié)構(gòu)為主，整個(gè)瀝青路面結(jié)構(gòu)可以劃分為上面層、中面層與下面層3個(gè)層次。其中，下面層是與基層表面相連的部位，如果下面層混合料在施工中發(fā)生推移，將對(duì)其整個(gè)路面的質(zhì)量帶來(lái)很大影響。因此，在實(shí)際的瀝青路面施工中，有必要在明確導(dǎo)致下面層混合料發(fā)生推移的原因基礎(chǔ)上，探究有效的處理策略。

1 下面層主要作用

對(duì)于采用半剛性基層的瀝青路面，其下面層底面難免受到豎向力的持續(xù)作用，通過(guò)力學(xué)分析可知，底面層除了承受一定壓力作用，還會(huì)受到剪力的持續(xù)作用。在氣溫較高的季節(jié)中，尤其是有自由水進(jìn)入到結(jié)構(gòu)層后，因自由水滯留于混合料當(dāng)中，所以底面層混合料強(qiáng)度大幅降低，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致剝落，使底面層產(chǎn)生剪切變形?；诖耍诓捎冒雱傂曰鶎拥臑r青路面中，下面層的作用就在于抵抗剪切變形，從而防止坑槽與車(chē)轍等病害的發(fā)生[1]。

2 下面層推移對(duì)路面質(zhì)量造成的影響

下面層推移是指下面層混合料碾壓時(shí)，由于受到壓路機(jī)推動(dòng)，混合料產(chǎn)生移動(dòng)。這一現(xiàn)象一旦發(fā)生將使成型后的混合料產(chǎn)生橫向裂紋，這些裂紋會(huì)對(duì)下面層強(qiáng)度造成很大影響，使抗剪強(qiáng)度下降。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)可知，在氣溫較高的季節(jié)，瀝青面層下部4～9cm深度位置的溫度很高，伴隨軸載不斷增加，除了剪應(yīng)力顯著變大，其作用深度也明顯增加。在高速公路中，瀝青面層總厚為15～17cm，在這種情況下，如果下面層實(shí)際抗剪能力減弱，會(huì)使中面層與上面層實(shí)際抗剪能力減小，進(jìn)而使路面產(chǎn)生早期破壞，產(chǎn)生裂縫、車(chē)轍與擁包等一系列病害。

推移和擁包都是瀝青路面在夏季高發(fā)的病害，其中，推移一旦發(fā)生將使路面開(kāi)裂，而擁包則會(huì)對(duì)路面平整度造成影響。導(dǎo)致路面出現(xiàn)推移的原因包括以下兩方面：其一，面層與基層結(jié)構(gòu)間的黏結(jié)力較低，受行車(chē)荷載施加的水平方向作用力后，產(chǎn)生層間推移；其二，因混合料在高溫條件下的穩(wěn)定性較差，受夏季行車(chē)荷載影響后出現(xiàn)推移。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可知，前者多產(chǎn)生于面層厚度較大時(shí)。就目前來(lái)看，我國(guó)二級(jí)及以下公路工程瀝青路面的面層厚度大多小于10cm，加之重載與超載車(chē)輛數(shù)量與日俱增，導(dǎo)致很多地方的瀝青路面都產(chǎn)生了推移病害，甚至在建成初期就產(chǎn)生了顯著的推移，除了使道路服務(wù)水平大幅降低，還對(duì)公路形象造成不小的影響。

3 下面層推移產(chǎn)生原因與處理措施

對(duì)某公路推移現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重的段落開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，經(jīng)調(diào)查可知，在推移相對(duì)輕微的部位，通常有若干細(xì)小斜向裂縫，和路中線之間的夾角約為45°，而推移較為嚴(yán)重的部位則在裂縫端部產(chǎn)生橫向開(kāi)裂，與斜裂縫直接相連，產(chǎn)生類(lèi)似于U形的裂縫。該裂縫頂端指向汽車(chē)啟動(dòng)或制動(dòng)產(chǎn)生的作用力方向。由于推移產(chǎn)生的裂縫，其寬度最大可達(dá)2cm左右，且推移前部面層還有褶皺，裂縫的形狀與指紋類(lèi)似。通過(guò)觀察，開(kāi)裂處可看到明顯輪跡帶，粗顆粒上浮，表面粗糙。通過(guò)調(diào)查還得出推移大多產(chǎn)生于重車(chē)車(chē)道，其他車(chē)道的推移很少。另外，在長(zhǎng)縱坡頂、底部，推移現(xiàn)象往往比較集中，其原因?yàn)檐?chē)輛行駛至縱坡底部時(shí)會(huì)制動(dòng)減速，而達(dá)到坡頂時(shí)會(huì)加速，導(dǎo)致這兩個(gè)部位承受較大水平方向作用力。推移和坡度之間并無(wú)直接關(guān)系，一些坡度很大的段落可能沒(méi)有推移，在長(zhǎng)縱坡底部推移較多，特別是和半徑較小的曲線段相連的部位，不僅推移數(shù)量多，而且還比較嚴(yán)重。

瀝青路面發(fā)生推移主要和層間剪應(yīng)力有關(guān)。為了確定層間受荷載作用后產(chǎn)生的剪應(yīng)力，本次借助BISAR開(kāi)展計(jì)算分析。分析對(duì)象的路面結(jié)構(gòu)為：瀝青混凝土上、下面層+二灰碎石基層+二灰土底基層+土基。主要計(jì)算參數(shù)包括：上面層：模量1 400MPa，層厚3cm，泊松比0.25；下面層：模量1 200MPa，層厚4cm，泊松比0.25；基層：模量1 500MPa，層厚15cm，泊松比0.25；底基層：模量700MPa，層厚30cm，泊松比0.25；土基：模量50MPa，泊松比0.35。將不同層之間的接觸均考慮為連續(xù)接觸，車(chē)輪和路面的摩擦系數(shù)為0.5。經(jīng)計(jì)算得出層間剪應(yīng)力在0.24MPa以內(nèi)，在此基礎(chǔ)上使面層厚度發(fā)生變化，以確定面層厚度和層間剪應(yīng)力之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 面層厚度和層間剪應(yīng)力之間的關(guān)系

從圖1可知，當(dāng)面層厚度增加時(shí)，層間剪應(yīng)力減小，層間剪應(yīng)力在面層厚度為4cm時(shí)達(dá)到最大，為0.330 31MPa，而在面層厚度為13cm時(shí)達(dá)到最小，為0.165 02MPa，成近似的線性關(guān)系。除面層厚度外，基層模量也會(huì)給層間剪應(yīng)力造成很大影響，具體表現(xiàn)為當(dāng)基層模量增大時(shí)，層間剪應(yīng)力也顯著增大。然而，基層厚度和層間剪應(yīng)力之間無(wú)顯著關(guān)系。通過(guò)以上計(jì)算和分析可知，通過(guò)提高基層強(qiáng)度或增加基層厚度來(lái)減小層間剪應(yīng)力，從而防止推移的發(fā)生，其作用有限，應(yīng)將重點(diǎn)放在面層上。以下就幾個(gè)導(dǎo)致推移發(fā)生的原因，提出相應(yīng)的處理措施。

3.1 混合料攤鋪與碾壓設(shè)備搭配不合理

在當(dāng)前的瀝青路面施工中，為了使混合料在要求的溫度條件下碾壓，以保證壓實(shí)度，通常使用噸位較大的壓路機(jī)，但混合料攤鋪中使用的攤鋪機(jī)，其夯錘振級(jí)依然沿用之前的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致實(shí)際施工過(guò)程中混合料初壓只能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的70%左右，使松鋪系數(shù)無(wú)法達(dá)到壓實(shí)要求，導(dǎo)致在初壓過(guò)程中產(chǎn)生推移[2]。

為保證壓實(shí)度，需嚴(yán)格遵循先輕壓再重壓的基本原則。在初壓過(guò)程中，速度可按2～4km/h范圍控制，復(fù)壓時(shí)適當(dāng)提高速度。具體的碾壓方式為：先用膠輪壓路機(jī)緊跟前方攤鋪機(jī)連續(xù)碾壓2遍，然后用鋼輪壓路機(jī)連續(xù)振動(dòng)碾壓4遍，碾壓完成后通過(guò)觀測(cè)如果發(fā)現(xiàn)小裂紋，應(yīng)立即用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行揉搓壓實(shí)，使小裂紋達(dá)到閉合，最后再用鋼輪壓路機(jī)連續(xù)碾壓2遍，用于消除輪跡，并將斜向壓切處存在的擁包等壓平。在碾壓過(guò)程中，采用膠輪壓路機(jī)時(shí)可以不噴水，但采用鋼輪壓路機(jī)時(shí)應(yīng)在鋼輪的表面適量噴水，以防止壓路機(jī)輪和混合料黏結(jié)[3]。

3.2 基層表面過(guò)于光滑

對(duì)于半剛性基層路面，其基層混合料以水穩(wěn)碎石居多，碎石粒徑一般要求不超過(guò)31.5mm，可見(jiàn)基層混合料級(jí)配較細(xì)，完成攤鋪與碾壓后，基層表面光滑，難以形成粗糙的表面。另外，實(shí)際施工中對(duì)基層混合料實(shí)際含水量的現(xiàn)場(chǎng)控制不到位，如當(dāng)含水量過(guò)大時(shí)，會(huì)使基層在碾壓完成后產(chǎn)生灰漿層，給之后的下面層攤鋪與碾壓造成影響，導(dǎo)致下面層混合料碾壓過(guò)程中產(chǎn)生推移現(xiàn)象[4]。

針對(duì)以上原因引起的下面層推移，一方面要促進(jìn)水穩(wěn)碎石不斷向粗級(jí)配發(fā)展，確保施工完成后的基層表面是一個(gè)粗糙面，使透層油噴灑完成后的表面有足夠的表面積，增大與下面層混合料之間的摩擦力，以防止下面層混合料碾壓過(guò)程中發(fā)生推移；另一方面，在基層施工中要對(duì)混合料實(shí)際含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免由于含水量過(guò)大導(dǎo)致在施工完成后產(chǎn)生表面灰漿層，給之后的透層油及下面層施工造成影響[5]。

3.3 基層表面被污染

在實(shí)際的工程建設(shè)中，存在追趕工期與交叉施工的現(xiàn)象，在這種情況下，往往容易使完成施工的基層表面被不同程度的污染，比如車(chē)輛反復(fù)行走導(dǎo)致基層表面空隙被灰塵填滿，影響透層油灑布后向基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透，進(jìn)而降低下面層和基層之間的黏結(jié)力，導(dǎo)致下面層施工中產(chǎn)生推移的現(xiàn)象。

針對(duì)此原因引起的下面層推移，在基層施工中必須做好交通封閉，并在基層施工完成后連續(xù)養(yǎng)護(hù)至少7d才能開(kāi)始后續(xù)的透層油灑布與下面層施工。當(dāng)基層遭到污染時(shí)，應(yīng)在下一步施工開(kāi)始前清掃，以確保透層油充分滲透至基層中，保證基層和下面層之間良好黏結(jié)。另外，在透層油施工完成后應(yīng)立即開(kāi)始下面層施工，盡可能縮短停留的時(shí)間。

3.4 透層油施工不當(dāng)

為確保下面層與基層之間良好黏結(jié)，必須進(jìn)行透層油的灑布。但因基層表面較為密實(shí)，使透層油在滲透到基層之前就破乳，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，使下面層混合料攤鋪過(guò)程中由于與基層之間的黏結(jié)較差而在后續(xù)碾壓過(guò)程中產(chǎn)生推移。

對(duì)于以上原因引起的推移，首先要在透層油選擇上引起重視，在條件允許的情況下，推薦選擇中凝液體瀝青，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備使用這種透層油的條件時(shí)，也可使用軟化瀝青，但要注意在灑布之前將基層表面充分濕潤(rùn)，這樣也能促進(jìn)透層油充分滲透，防止由于透層油灑布不到位導(dǎo)致的下面層推移。

3.5 下面層混合料配合比不合理

對(duì)下面層混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，因側(cè)重點(diǎn)不同，比如在南方降雨較多的地區(qū)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員為防止水損壞大多選擇偏細(xì)型，因機(jī)械設(shè)備方面的因素產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致成品料中膠泥的數(shù)量不足，使混合料層間黏結(jié)力不足，在碾壓施工中產(chǎn)生推移。

針對(duì)以上原因引起的推移，在對(duì)混合料配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分考慮粗、細(xì)集料之間的比例及油石比。因在轉(zhuǎn)彎與陡坡處進(jìn)行施工時(shí)相對(duì)容易產(chǎn)生偏移的現(xiàn)象，所以在確定此處混合料生產(chǎn)配合比的過(guò)程中，應(yīng)將實(shí)際的油石比確定為比最佳油石比小0.3%。另外，在南方降雨較多的地區(qū)，還應(yīng)在表面層加鋪防水層，以減小水對(duì)結(jié)構(gòu)層造成的影響及破壞。

3.6 原材料不符合要求

原材料不符合要求也是導(dǎo)致下面層碾壓過(guò)程中產(chǎn)生推移的主要原因，其中，與瀝青之間的黏附性作為一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，如果施工中為了追趕進(jìn)度而使用了黏附性不滿足要求的材料，則在施工中會(huì)因?yàn)榭辜裟芰Σ蛔愣鴮?dǎo)致推移現(xiàn)象的發(fā)生。

針對(duì)以上原因引起的下面層推移，應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)原材料控制來(lái)解決，所有不滿足要求的原材料一律禁止進(jìn)場(chǎng)使用。另外，在必要時(shí)可以在礦粉中摻加適量生石灰，這樣能起到提高礦粉和瀝青之間黏附性的作用。

3.7 碾壓溫度控制不到位

混合料的壓實(shí)質(zhì)量和碾壓溫度之間有直接關(guān)系，然而，在攤鋪完成后，混合料溫度產(chǎn)生變化，尤其是在攤鋪完成后4～15min內(nèi)，混合料的溫度損失速度可達(dá)1～5℃/min。對(duì)此，施工中必須對(duì)碾壓時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過(guò)在最佳溫度范圍內(nèi)碾壓來(lái)達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)度。如果在溫度較低的情況下碾壓，則熱混合料和基層之間的接觸面將由于溫度下降速度過(guò)快而產(chǎn)生一個(gè)硬殼，在熱混合料的表面同樣如此，在這種兩端硬、中間軟的情況下碾壓，難免會(huì)使混合料產(chǎn)生推移。

針對(duì)以上原因引起的推移，一方面要規(guī)范混合料碾壓施工，盡量在較高的溫度條件下對(duì)混合料碾壓。另一方面在氣溫較低的情況下不應(yīng)進(jìn)行混合料攤鋪與碾壓。若工期不允許，則要在現(xiàn)場(chǎng)采取有效的保溫措施，在基層表面溫度不低于10℃的情況下才能進(jìn)行下面層混合料攤鋪與碾壓。此外，在實(shí)際施工中，壓路機(jī)應(yīng)盡量與前方攤鋪機(jī)靠近，在完成碾壓且經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)壓實(shí)度合格后，可通過(guò)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)壓實(shí)施修整，此時(shí)壓路機(jī)和攤鋪機(jī)之間的距離可適當(dāng)增加。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在采用半剛性基層的瀝青路面施工中，如果下面層混合料產(chǎn)生推移，將導(dǎo)致下面層表面產(chǎn)生裂紋，給整個(gè)路面質(zhì)量造成很大影響。為避免這一現(xiàn)象發(fā)生，防止其演變成早期破壞，以上針對(duì)下面層推移產(chǎn)生原因，提出針對(duì)性的處理措施，旨在為更多的工程建設(shè)人員提供參考。