市政道路瀝青路面病害機理及處理措施研究

吳杰 馬茂 彭陳璐

收稿日期：2024-03-20

作者簡介：吳杰（1988—），男，碩士，工程師，從事市政道路橋梁設(shè)計工作。

摘要 經(jīng)過長期運營，市政道路容易出現(xiàn)病害。為了保證行車安全，文章以寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項目為研究對象，分析了裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車轍、泛油等病害的產(chǎn)生機理。同時，還提出了瀝青路面病害處理原則，針對單條裂縫、連片病害、路面修復(fù)等制定了處理方案，研究成果可為市政道路管養(yǎng)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 市政道路；瀝青路面；病害機理；病害處理；工程案例

中圖分類號 U418.6文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0102-03

0 引言

市政道路是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)里程逐年增加。而瀝青混凝土路面具有承載力好、施工方便、養(yǎng)護簡單等優(yōu)勢，在市政道路中應(yīng)用廣泛。在市政道路運營期間，瀝青混凝土路面會受到車輛荷載的反復(fù)作用，且所處的外界環(huán)境也處于動態(tài)變化中，容易產(chǎn)生裂縫、坑槽、沉陷、車轍、泛油等病害，不利于行車安全[1]。此時，需對瀝青路面及時處理，然而很多技術(shù)人員在制定瀝青路面處理方案時，對各種病害的產(chǎn)生機理不夠清楚，導(dǎo)致處理方案的適用性差。因此，進一步研究市政道路瀝青路面病害機理及處理措施具有重要意義。

1 工程概況

1.1 舊路路面結(jié)構(gòu)

該文研究對象為寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項目，其起點為與藍月谷路交叉口，終點為與一環(huán)路交叉口，設(shè)計道路全長5 297.161 m，設(shè)計等級為城市主干路，紅線寬65 m，路基橫斷面為雙向八車道，主路設(shè)計速度為60 km/h。

由寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）段鉆芯數(shù)據(jù)可知：主路面層右幅厚度在80～160 mm，平均厚度為118.1 mm；主路面層左幅厚度在80～160 mm，平均厚度為116.9 mm；基層采用水泥混凝土，厚度在200～160 mm，平均厚度為250 mm；底基層采用碎石，厚度在150～250 mm，平均深度為200 mm。同時，結(jié)合當(dāng)?shù)貫r青路面的常規(guī)做法，推斷出寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）的主路路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 病害情況

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）經(jīng)過多年運營，其瀝青路面損傷嚴重，路用性能和服務(wù)水平明顯下降，影響行車安全，需對其改造。為了確定瀝青路面改造方案，組織技術(shù)人員開展了詳細的現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)路面上存在裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車轍、泛油等。

圖1 寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）

主路路面結(jié)構(gòu)示意圖

2 瀝青路面病害機理分析

2.1 裂縫產(chǎn)生機理

2.1.1 橫向裂縫

橫向裂縫是寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）瀝青路面最多的裂縫，其擴方方向與道路中線基本垂直，且裂縫間距不等。橫向裂縫的產(chǎn)生與車輛荷載及溫度相關(guān)，具體闡述如下[2]：一方面，在車輛荷載作用下，尤其是超載或重載車輛多的路段，路面結(jié)構(gòu)層基層層底會產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)層底拉應(yīng)力超過基層極限抗拉強度，層底開裂，并向上不斷擴展，直至裂縫貫穿面層，如圖2所示。另一方面，該公路所處區(qū)域四季分明，溫度變化大，而瀝青混凝土具有明顯的“熱脹冷縮”特性，即瀝青混凝土體積隨著外界環(huán)境的升降而膨脹或收縮，這會使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。短時間內(nèi)溫度變化越劇烈，路面結(jié)構(gòu)受到的溫度應(yīng)力越大。當(dāng)溫度應(yīng)力大于瀝青混凝土極限抗拉強度時，路面會因脹縮而開裂。

圖2 車輛荷載對瀝青路面橫向裂縫的影響示意圖

2.1.2 縱向裂縫

瀝青路面縱向裂縫方向基本平行于道路中線，其形成原因較多，可能包括[3]：第一，受雨水徑流影響，地基土含水量過高，在車輛荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生不均勻沉降；第二，瀝青路面分幅施工時接縫密實度不足，相鄰路幅的搭接質(zhì)量差；第三，路面結(jié)構(gòu)層下方的土基回彈模量不足，在車輛荷載作用下產(chǎn)生向外側(cè)產(chǎn)生剪切滑移，引起行車道開裂。

2.1.3 龜裂

瀝青路面上的橫向裂縫和縱向裂縫交織在一起，就會形成龜裂。龜裂是瀝青路面結(jié)構(gòu)承載力不足的重要表現(xiàn)，其形成原因包括：一方面，瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，沒能及時采取措施進行封堵，雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部；另一方面，瀝青混凝土的壓實度不足或級配設(shè)計不合理，導(dǎo)致路面空隙率大，雨水下滲速度快，并沖刷水泥混凝土基層，降低了基層對面層的支撐作用。

2.2 沉陷和坑槽產(chǎn)生機理

2.2.1 沉陷

瀝青路面整體沉陷與路基豎向變形過大有關(guān)，比如道路施工未嚴格控制路基填料粒徑和級配或填料中混入腐殖土、建筑垃圾等，會使得路基空隙率過大，抗變形能力差。在車輛荷載作用下，路基容易產(chǎn)生較大變形，使基層下方脫空，路面結(jié)構(gòu)層因失去支撐作用而沉陷。沉陷后的瀝青路面標(biāo)高明顯低于周邊路表，車輛經(jīng)過時安全性差。

2.2.2 坑槽

瀝青路面坑槽的出現(xiàn)與水分密切相關(guān)。在連續(xù)降雨天氣下，如果路面排水設(shè)施布置不當(dāng)，一部分雨水徑流浸泡瀝青路面，另一部分雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。此時，在瀝青和集料黏結(jié)處產(chǎn)生一層水膜，破壞了瀝青與集料的黏結(jié)界面，使得瀝青從集料表面剝落。受到車輛荷載的反復(fù)沖擊，部分瀝青混合料被帶走，從而產(chǎn)生坑槽[4]。

此外，市政道路養(yǎng)護資金受限，瀝青路面出現(xiàn)裂縫、局部松散等問題后沒能及時維修，也會導(dǎo)致小問題進一步發(fā)展成坑槽。

2.3 車轍產(chǎn)生機理

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）所在區(qū)域夏季高溫持續(xù)時間長，路面受到車輛荷載作用后產(chǎn)生“中間下陷，兩側(cè)鼓起”的車轍病害。車轍病害包括結(jié)構(gòu)性車轍、失穩(wěn)性車轍、磨損性車轍等，不同車轍的產(chǎn)生機理不同：結(jié)構(gòu)性車轍是因為瀝青路面面層的強度不足，車輛荷載作用下面層發(fā)生較大的永久性變形；失穩(wěn)性車轍是因為瀝青路面攤鋪時的壓實度不足，在重載車輛碾壓下，瀝青混合料變得更加密實，并發(fā)生流動變形；磨損性車轍大多是因為瀝青路面表層的材料被車輪持續(xù)磨損引起。

2.4 泛油產(chǎn)生機理

在泛油路段，瀝青路面的摩擦系數(shù)小，抗滑能力差，使得車輛經(jīng)過泛油路段時制動距離長，出現(xiàn)滑移或追尾事故的可能性大幅提升。瀝青路面泛油病害表現(xiàn)為塊狀或片狀油斑，主要出現(xiàn)在夏季高溫天氣。一般情況下，高溫天氣持續(xù)時間越長，瀝青路面泛油越明顯。

結(jié)合相關(guān)研究成果，瀝青路面泛油病害形成是因為瀝青從面層下方向上方遷移。因此，相對于普通路段，泛油路段的表層瀝青含量要明顯高。

3 瀝青路面病害處理措施

3.1 病害護理原則

相對于新建道路，舊路瀝青路面改造設(shè)計難度大、要求高。為了保證瀝青路面質(zhì)量，在選擇病害處理措施時建議遵循以下幾個原則：

首先，一次處理到位，即瀝青路面損壞到哪個層位就處理到哪個層位，對病害位置進行開挖至合格的下層。

其次，經(jīng)濟性好。在制定瀝青路面病害處理方案時，應(yīng)開展技術(shù)性和經(jīng)濟性比選，選擇施工工藝簡單、施工資源消耗低、投資成本低的方案。

最后，對周邊影響小。選擇瀝青路面病害處理措施時要考慮其對周邊居民生活和交通出行的影響，比如噪聲不宜過大、粉塵不宜過多、中斷交通時間不宜過長。

3.2 病害護理方案設(shè)計

3.2.1 單條裂縫處理

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）瀝青路面上的單條裂縫采用填縫法處理，處理流程[5]為：切縫—開槽—清縫—填縫。

切縫：當(dāng)裂縫寬度≥1 cm，采用干切機向下切縫；當(dāng)裂縫寬度＜1 cm，可不進行切縫。

開槽：沿裂縫中線切割出寬1 cm、深4 cm的槽，開槽完成后，應(yīng)切除加寬裂縫的毛邊。需注意，修補過的裂縫上不得再次開槽。

清縫：用高壓空氣吹將裂縫內(nèi)和裂縫周圍的塵土、沙粒等吹干凈，槽口內(nèi)不得有水，并用噴筒或熱棒加熱槍加熱裂縫，以確保密封膠能穩(wěn)定地黏結(jié)在表面上。

填縫：將填縫料加熱至190～200 ℃后，通過專用灌縫設(shè)備從底部向上灌注，以防止氣泡影響填縫質(zhì)量。填縫時應(yīng)連續(xù)不間斷，并不得在路面潮濕或溫度＜4 ℃的環(huán)境中施工。對于寬度＞6 mm的裂縫，在整體加鋪面層前要粘貼抗裂貼，以避免裂縫反射到薄層罩面層。抗裂貼可采用SA自貼性抗裂貼（厚度2 mm，寬度32 cm），其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)見表1：

表1 瀝青路面抗裂貼技術(shù)指標(biāo)規(guī)格

技術(shù)指標(biāo) 單位 規(guī)格

不透水性 0.3 MPa 120 min不透水

抗拉強度 縱向 N/50 mm ≥450

橫向 N/50 mm ≥450

剪切性能 N/mm 2.0

剝落性 N/mm 1.5

抗穿孔性 — 不滲水

3.2.2 病害連片處理

對于病害密集分布的路段，應(yīng)采用“連片銑刨+回填”的處理方案。

連片銑刨：銑刨按車道進行，最小銑刨長度不小于10 m，銑刨寬度為車道寬度，銑刨按車道進行。同時，瀝青路面的面層應(yīng)分2層銑刨，銑刨厚度分別為4 cm、8 cm。開挖面層后，如發(fā)現(xiàn)基層良好，無須處理。如發(fā)現(xiàn)基層有單一裂縫，填縫后要貼抗裂貼。如發(fā)現(xiàn)基層松散或塊狀破壞，應(yīng)將基層挖除。挖除基層后還應(yīng)檢查底基層狀況。如果底基層良好，無須處理。如果底基層有單一裂縫，填縫后要貼抗裂貼。如果底基層有嚴重塊裂，應(yīng)將底基層挖除。需注意，面層和基層分層銑刨時，縱向臺階寬度取40 cm，橫向臺階寬度如圖3所示：

圖3 瀝青路面病害區(qū)域銑刨橫向臺階寬度示意圖（cm）

回填：銑刨完成后，用水泥穩(wěn)定碎石回填基層和底基層，用細粒式和粗粒式瀝青混凝土分層回填下面層和上面層，且面層之間均勻噴灑SBS改性乳化瀝青黏層油。同時，回填材料的壓實度要滿足《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》（CJJ 169—2012）的要求。

3.2.3 面層修復(fù)

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）瀝青路面的面層修復(fù)方案應(yīng)結(jié)合病害種類及嚴重程度確定，具體見表2：

4 結(jié)語

該文依托寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項目，研究了各種瀝青路面病害的產(chǎn)生機理及處理方案，得到以下結(jié)論：

（1）市政道路上分布較多的病害裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車轍、泛油等。

（2）瀝青路面出現(xiàn)裂縫是因為車輛荷載、溫度變化、接縫處理不當(dāng)、混合料級配不當(dāng)?shù)?，沉陷與路基豎向變形過大有關(guān)，坑槽與水分有關(guān)。同時，瀝青路面泛油病害是因為瀝青自下向上遷移。

（3）對于單條裂縫，可采用填縫法處理。如裂縫寬度＞6 mm，還需設(shè)置SA自貼性抗裂貼。對于病害密集分布的路段，應(yīng)選用“連片銑刨+回填”方案。

（4）市政道路面層修復(fù)應(yīng)結(jié)合病害種類及嚴重程度確定。

參考文獻

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