城市道路瀝青混凝土路面病害與處理措施

黃家興

(福州新城市政工程設(shè)計(jì)有限公司，福建 福州 350000)

1 引 言

瀝青混凝土路面具有強(qiáng)度和剛度高、平整度好、抗疲勞性能好、低成本等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)廣泛應(yīng)用的高檔公路路面結(jié)構(gòu)。然而，這種由石灰、水泥、粉煤灰或石灰-粉煤灰組合穩(wěn)定的基層有一個(gè)共同的缺點(diǎn)：當(dāng)溫度過(guò)高或長(zhǎng)期處于干燥、荷載環(huán)境運(yùn)營(yíng)條件下、路面容易開(kāi)裂。由于裂縫尖端的應(yīng)力集中，進(jìn)一步的裂縫很快就會(huì)形成，甚至達(dá)到瀝青表面層。同時(shí)由于信號(hào)燈及橋頭等的存在，車輛往往需要在道路十字路口或橋頭位置進(jìn)行減速、加速、停留和通過(guò)。在重載、高溫、交通流、制動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)載條件下，瀝青路面結(jié)構(gòu)層容易永久變形，進(jìn)而影響路面美觀和行車安全，降低抗?jié)B透性，造成大面積裂縫等路面病害，降低路面使用壽命。通過(guò)研究，這種裂縫在半剛性基層中現(xiàn)有的裂紋上傳播到柔性層，稱為反射裂紋，當(dāng)反射性裂縫到達(dá)路面表面后，路面會(huì)變粗，水分會(huì)滲透到路面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，導(dǎo)致路面迅速惡化。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于瀝青混凝土路面病害處置研究眾多，其中便包含現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究、室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬分析等多種手段。采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是作為瀝青混凝土病害研究的最直接方法之一，也是本文研究的主要手段。該類方法的研究已經(jīng)得到很大深入，并也比較成熟。其中學(xué)者徐家偉等人便通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了國(guó)外某一城市道路瀝青混凝土病害，并相應(yīng)給出了處置措施，但在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，盡管室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)部分瀝青混凝土路面的病害原因，但礙于瀝青混凝土路面的影響因素眾多，研究過(guò)程中，控制手段單一且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試樣與實(shí)際路面之間的差異巨大，如不同的尺寸、荷載、環(huán)境等，總是難以準(zhǔn)確地揭示實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中開(kāi)裂的過(guò)程，極大的阻礙了瀝青混凝土路面病害的研究歷程。因此，不少學(xué)者便期望通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)調(diào)查以及數(shù)值模擬手段解決上述問(wèn)題。李婷婷等人利用一系列基于有限元的路面模擬研究了熱反射裂縫機(jī)理。侯金成等人建立了有限元模型，以期更好地理解在交通負(fù)載下覆蓋的裂縫路面的撓度和應(yīng)力-應(yīng)變分布。但考慮在現(xiàn)實(shí)生活中使用期間的路面始終受到溫度和垂直載荷的共同影響。因此，專家們建立了同時(shí)考慮溫度和垂直荷載的路面有限元模型。然而，有限元方法不僅建模工作量大，而且耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，在常規(guī)路面設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)困難，極大阻礙了瀝青科學(xué)研究進(jìn)程。為此，張劍等人便通過(guò)調(diào)查研究手段研究了格魯吉亞繞城高速瀝青混凝土病害實(shí)際情況，并相應(yīng)給出了該道路瀝青混凝土病害的處置措施，周俊等人通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試調(diào)查了路面過(guò)早開(kāi)裂的問(wèn)題，包括挖溝和取心，以及無(wú)損測(cè)試，下落重量偏轉(zhuǎn)儀和探地雷達(dá)測(cè)試。并得出現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究能夠很好的反應(yīng)工程實(shí)際情況，對(duì)瀝青混凝土路面病害的研究和處置有著極大的促進(jìn)作用。故在本文的實(shí)驗(yàn)中，作者通過(guò)搜集本文研究對(duì)象福建省福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)部分路段瀝青混凝土病害情況，并基于設(shè)計(jì)與施工角度分析了該路段常見(jiàn)病害的產(chǎn)生原因，并相應(yīng)提出了對(duì)于道路瀝青混凝土路面病害的防治方法，相關(guān)研究結(jié)果對(duì)道路瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)具有一定的參考意義。

2 工程背景

本文依托工程位于福建省福州市長(zhǎng)樂(lè)新區(qū)，長(zhǎng)樂(lè)新區(qū)(和諧三橋、上洋橋、長(zhǎng)限橋、龍匯中橋路橋連接段)橋頭跳車嚴(yán)重，路基沉降，瀝青混凝土路面開(kāi)裂，出現(xiàn)車轍及推移病害，并有沉陷、粗麻，形成坑槽。

瀝青混凝土路基路面病害產(chǎn)生的主要原因：道路均處于軟基位置，且軟土地基未經(jīng)處理，道路經(jīng)長(zhǎng)期行車荷載作用，道路整體沉降，出現(xiàn)路橋連接段高低落差明顯；路面車輛嚴(yán)重超載。路基路面病害出現(xiàn)影響市民行車舒適性及出行安全。因此改造現(xiàn)有道路，改善行車條件，設(shè)置景觀設(shè)施能提升道路的安全性、美觀性及行車舒適性，將對(duì)改善人居生活環(huán)境，進(jìn)一步推進(jìn)城市化建設(shè)進(jìn)程有著重大的意義。

本次路改造全長(zhǎng)648 m，共分為A、B、C、D四段。其中現(xiàn)狀路面為瀝青混凝土路面，大部分路段路面破損比較嚴(yán)重，主要存在如圖2所示裂縫、坑槽、大面積沉陷、擁包等病害。現(xiàn)狀人行道路面結(jié)構(gòu)主要為透水磚，寬3.0～5.5 m，人行道及兩側(cè)樹(shù)池路緣石破損情況嚴(yán)重。根據(jù)業(yè)主委托要求及相關(guān)會(huì)議精神，本著節(jié)約經(jīng)濟(jì)的原則，本次改造應(yīng)盡量減少各種搬遷數(shù)量，同時(shí)盡量保持現(xiàn)有道路斷面形式。

3 瀝青混凝土病害情況及處置措施

在本項(xiàng)目中，道路瀝青路面工程存在不同程度的缺陷和病害，包含橋頭跳車、路面水害(坑、露骨、取漿)、網(wǎng)裂、沉降、平整度差等。其中道路產(chǎn)生的不均勻沉降破壞居多，也是最先出現(xiàn)的疾病之一，也是在長(zhǎng)期荷載作用下形成的。為了全面了解本路段道路瀝青混凝土路面的實(shí)際損害情況，本文作者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的方式收集了道路病害檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 長(zhǎng)樂(lè)區(qū)項(xiàng)目瀝青路面病害一覽表

調(diào)查結(jié)果表明，城市道路瀝青路面存在的主要問(wèn)題是沉降不均勻問(wèn)題。究其原因，主要在于福州市地處南方，常年雨季，在地面動(dòng)荷載及其他外界因素作用下，路面地表水的嚴(yán)重破壞，如果未能及時(shí)采取措施，在長(zhǎng)期荷載的作用下，道路路基可能會(huì)出現(xiàn)大面積沉降現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響該道路的正常交通。因此，應(yīng)及時(shí)對(duì)上述表格的損壞進(jìn)行處理，以防止路面發(fā)生重大結(jié)構(gòu)破壞，提高道路的結(jié)構(gòu)性能，保障道路的安全運(yùn)營(yíng)。結(jié)合工程實(shí)踐，本文將從路基設(shè)計(jì)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面對(duì)該路段進(jìn)行整治處理。

3.1 路基設(shè)計(jì)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，該路段道路出現(xiàn)大規(guī)模病害主要原因在于路基，因此，在進(jìn)行整治時(shí)，首先考慮對(duì)路基進(jìn)行整治。新路基設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵照《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ37-2012及《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ169-2012有關(guān)規(guī)定施工，在設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)沿線工程地質(zhì)、水文等自然條件進(jìn)行較為深入的調(diào)查，在充分收集第一手資料的基礎(chǔ)上提出路基填料，路基壓實(shí)等設(shè)計(jì)要求，充分利用舊路基，修復(fù)舊路面，并根據(jù)填挖、水文、地質(zhì)等情況對(duì)路基防護(hù)工程進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

3.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行路面網(wǎng)裂病害處理過(guò)程中，本著節(jié)約投資、保證質(zhì)量的原則，病害處治設(shè)計(jì)針對(duì)不同的病害類型分段設(shè)計(jì)了以下幾種方案。

(1)對(duì)于僅出現(xiàn)網(wǎng)裂的路面，當(dāng)裂縫小于3 mm時(shí)，不做處理，清掃后直接加鋪瀝青層；對(duì)于3 mm≤裂縫<10 mm，銑刨上面層后，并用細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C填平，對(duì)于裂縫≥10 mm，銑刨上面層和中面層，用聚氨酯灌縫搗實(shí)，在裂縫處貼一層防水卷材后，從新加鋪細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C和中粒式瀝青混凝土AC-20C。

對(duì)于結(jié)構(gòu)層損壞的瀝青混凝土路面，采用機(jī)動(dòng)車道病害處治路面結(jié)構(gòu)圖的處理方式。

對(duì)于輕微損壞的瀝青路面，如板塊出現(xiàn)局部破碎、小坑槽等，則需在破壞處附近按矩形銑刨損壞的原瀝青上面層，重新加鋪細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C。

對(duì)于現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車道混凝土修復(fù)路面結(jié)構(gòu)均需破除并按機(jī)動(dòng)車道病害處治路面結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行處理。

3.3 水害疾病控制

由于長(zhǎng)樂(lè)區(qū)地處福建省福州市中部東段，據(jù)氣象資料現(xiàn)實(shí)，該地近年來(lái)常年降水超過(guò)1 400 mm，雨量充沛。因此，在雨季時(shí)，受降雨及積水作用，道路瀝青混凝土路面常飽受水化作用影響，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，此外，在汽車等荷載作用，路基及路面容易產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)破壞。為減少雨季水化作用影響，本文提出以下對(duì)策：

(1)減少路面滲入路面結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)路面肩。由于硬肩防止，水會(huì)滲入路面，大大減少。

(2)設(shè)置路面橫截面坡度。路面和路肩應(yīng)有足夠的交叉坡度，使路面水分迅速流失。

(3)設(shè)置排水裝置。妥善維護(hù)排水溝，使路面表面上的水流走。

(4)填充裂縫和接縫，使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水從路面接縫排水系統(tǒng)自由流動(dòng)，裂縫流向縱向邊緣；封閉路面和路肩面，避免滲水；設(shè)置縱向排水設(shè)施；為路肩設(shè)置出口。

3.4 橋頭跳車控制

該項(xiàng)目路段橋頭跳車也是路面主要病害之一，導(dǎo)致該病害的主要原因在于路段含水量高、橋路剛性不等、交通負(fù)荷等原因，同時(shí)對(duì)道路路基的損壞嚴(yán)重，因此，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)加強(qiáng)橋頭路段的路基設(shè)計(jì)工作，對(duì)于橋頭路段，應(yīng)注重路基填筑壓實(shí)度，并在沉降較大路段合理布置鋼筋。

3.5 路面坑洞處理

瀝青路面出現(xiàn)坑洞的現(xiàn)象主要是因路面結(jié)構(gòu)含有異物以及路面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受荷作用導(dǎo)致的，路面上的鹽腐蝕損傷也是路面凹坑的重要原因，嚴(yán)重影響駕駛舒適性。瀝青路面坑洞修復(fù)過(guò)程中，一般建議采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土來(lái)修復(fù)路面上的坑洞。具體施工步驟如下：首先便是清除路面坑洞坑內(nèi)的灰塵和雜物，然后清洗干凈晾干，再在混凝土上刷環(huán)氧樹(shù)脂，使其致密。

3.6 不均勻沉降處理

在本項(xiàng)目中，由于道路在橋路交匯處路基不一導(dǎo)致的路基不沉降較為明顯，嚴(yán)重影響了路面的平整度，致使道路發(fā)生不均勻沉降、橋頭跳車等現(xiàn)象。因此，針對(duì)這一現(xiàn)象，本項(xiàng)目對(duì)相關(guān)道路進(jìn)行改建時(shí)，不僅對(duì)路基的填筑加強(qiáng)了改進(jìn)，此外還對(duì)碾壓施工進(jìn)行控制，當(dāng)瀝青混合料運(yùn)輸車輛到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，首先便會(huì)進(jìn)行溫度檢測(cè)，并嚴(yán)格控制其攤鋪溫度。

4 結(jié) 論

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于瀝青路面的研究手段多種多樣，但綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研更適于本項(xiàng)目研究。針對(duì)本項(xiàng)目城市道路瀝青路面的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外維修工程的各種結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)以及瀝青路面的施工技術(shù)，本文以福建省福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)道路瀝青混凝土路面運(yùn)營(yíng)過(guò)程中常見(jiàn)病害為研究對(duì)象，基于設(shè)計(jì)與施工角度分析了該路段常見(jiàn)病害的產(chǎn)生原因，并提出了對(duì)于道路瀝青混凝土路面病害應(yīng)從路基設(shè)計(jì)、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多角度進(jìn)行處理觀點(diǎn)，相關(guān)處置措施可為我國(guó)道路交通安全提供可靠保障。