淺析瀝青路面裂縫病害原因及措施
2016-01-25
引 言
近年來(lái)，為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，高等級(jí)公路在我國(guó)發(fā)展迅速。瀝青路面也叫瀝青面層。它是用瀝青材料作結(jié)合料，粘結(jié)礦料及其他外摻劑按要求比例混合、鋪筑而成的單層或多層結(jié)構(gòu)層，適用于各種交通量的道路，是當(dāng)前高等級(jí)道路大多采用的路面類型。
瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)是：有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠很好地承受車輛荷載施加的各種作用力；有一定的彈性和塑性變形能力，能夠承受較大的變形而不被破壞：表面平整、堅(jiān)實(shí)、無(wú)接縫，有良好的減振性，使行車平穩(wěn)、舒適而低噪聲；晴天無(wú)塵土，雨天不泥濘，與汽車輪胎有較好的附著力，可保證行車快速安全；施工時(shí)間短，開(kāi)放交通快，維修養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單方便，且瀝青路面可再生利用，有利于節(jié)約資源和工程成本，瀝青路面因?yàn)榫哂叙B(yǎng)護(hù)時(shí)間短、行車舒適、適應(yīng)性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)維修方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。但是公路瀝青路面因?yàn)榉N種原因輕易產(chǎn)生各種裂縫病害，如不及時(shí)處理將會(huì)影響道路的使用性能。
一、工程概況
工程項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)宜州市和忻城縣境內(nèi)，宜州至忻城二級(jí)公路工程建設(shè)總長(zhǎng)度為56.3657公里，其中宜州境內(nèi)43.2817公里，忻城境內(nèi)13.0840公里，項(xiàng)目預(yù)算總投資11452.4766萬(wàn)元，該工程起于宜州市城南宜柳高速公路宜州互通立交處，途經(jīng)太平、石別、福龍、加仁、高陽(yáng)、潘水，終于忻城縣南面與已建成的忻城至合山二級(jí)公路相接，全長(zhǎng)按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬度為12米，路面寬為9米，路面為瀝青路面，設(shè)計(jì)行車速度為60公里/小時(shí)，路線全長(zhǎng)56.3657公。2005年開(kāi)工建設(shè)2007年竣工通車。
二、 路面早期破壞的原因
1路基方面設(shè)計(jì)方面
?。?）設(shè)計(jì)與路段實(shí)際情況相差大，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。瀝青面層結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)，混合料類型不合理，瀝青混合料配比設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確。
?。?）路面厚度設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求，交通運(yùn)輸發(fā)展迅猛，路面回彈彎沉值逐漸增大，滿足不了交通量迅速增長(zhǎng)和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過(guò)早產(chǎn)生疲勞破壞，路面網(wǎng)裂伴隨著縱向裂縫和形變產(chǎn)生。
（3）路線設(shè)計(jì)未對(duì)路面排水系統(tǒng)詳細(xì)考慮，路線縱坡宜小于等于2%，凹曲線底部宜設(shè)計(jì)在涵洞處，并在邊坡上設(shè)急流槽，超高段盡量避免設(shè)在路塹地段，原則上要求考慮加深邊溝。
2路基施工方面
（1）路基填土含水量偏大，在凍脹作用下使路面形成裂縫。
?。?）路基碾壓不均勻，出現(xiàn)填土局部未壓實(shí)或兩側(cè)密實(shí)度不夠，使路基產(chǎn)生不同程度的沉陷，形成裂縫。
?。?）舊路拓寬時(shí)，新舊路基銜接處理不符合技術(shù)規(guī)范要求，新路基壓實(shí)度不夠，造成路基不均勻沉陷或滑坡，形成裂縫。
?。?）傍山公路半填半挖地段、橋臺(tái)與填方接頭處、路基施工未按規(guī)范要求，易造成自然沉降，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間行車作用易形成裂縫。
3養(yǎng)護(hù)管理方面
?。?）養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。瀝青路面在行車作用下出現(xiàn)小面積松散，個(gè)別坑槽后，未及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。初期及時(shí)養(yǎng)護(hù)更為重要。
?。?）養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)，有些養(yǎng)護(hù)人員在瀝青混凝土路面上采取人工噴油，人工灑料方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
4基層施工方面
?。?）目前公路路面結(jié)構(gòu)基本上是半剛性基礎(chǔ)層的結(jié)構(gòu)，采用這樣的結(jié)構(gòu)有很多毛病，半剛性基層容易開(kāi)裂，反射到表面，路面進(jìn)水后，又很難排出，容易造成路面界面條件和受力狀態(tài)的變化。
（2）基層、底基層、路面表面清除不干凈。在鋪筑上一結(jié)構(gòu)層前，若路面結(jié)構(gòu)層及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干凈，在雨水作用下，浮層油料變軟被行車擠壓造成的高壓水流沖刷成漿，進(jìn)而波及到瀝青面層表面。
?。?）由于施工質(zhì)量不好，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層沒(méi)有拌和到底，底部留有素土夾層，在行車反復(fù)作用下導(dǎo)致路面產(chǎn)生塊狀裂縫。
?。?）基層松散及系數(shù)控制不嚴(yán)而導(dǎo)致的二次補(bǔ)加層。
?。?）在基層施工過(guò)程中，灰土的上、下橫接縫因重疊或搭接過(guò)少而出現(xiàn)裂縫。
?。?）部分基層壓實(shí)度不足，在最大干密度確定的情況下，基層的壓實(shí)度與混合料中粗、細(xì)集料的比例特別是粗粒料的含量密切相關(guān)。
5路面施工方面
?。?）瀝青混合料的組成。礦料級(jí)配，瀝青含量，集料品種不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)原材料檢驗(yàn)不嚴(yán)，對(duì)瀝青混合料的配合比控制不夠，特別是礦粉和瀝青用量不準(zhǔn)，使瀝青路面早期出現(xiàn)推擁，油包，松散，露骨，坑槽，裂縫等。
?。?）當(dāng)瀝青面層的空隙率較大時(shí)，瀝青面層的通透性增大，外界水易侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部。
?。?）施工當(dāng)中未按照施工工藝和程序進(jìn)行施工，部分路面混合料離析和不均勻容易造成局部滲水，使路面出現(xiàn)病害。
?。?）施工中壓實(shí)不足，片面追求平整度，不能在溫度較高的時(shí)候及時(shí)壓實(shí)，不敢采用輪胎壓路機(jī)，這樣就造成了路面表層看起來(lái)很平整，通車不久就很快衰減。
?。?）施工機(jī)械設(shè)備陳舊，不配套，使混合料的配合比計(jì)量、拌和均勻性、壓實(shí)度、平整度等受到很大影響。
?。?）瀝青混合料加熱溫度過(guò)高，瀝青和礦料拌和時(shí)，瀝青便被礦料的高溫灼焦、使瀝青老化、路面強(qiáng)度不足，產(chǎn)生松散、坑槽等病害。
三、 裂縫的成因分析
1縱向裂縫
(1)通過(guò)分析由于宜州至忻城二級(jí)公路K24+240處地基處理不當(dāng)，或路基壓實(shí)度不夠，造成路基沉降不均勻，這是產(chǎn)生縱向裂縫的重要原因。如舊路改造拓寬時(shí)，新舊路基、路面的搭接部位沒(méi)有嚴(yán)格按照臺(tái)階式分層壓實(shí)處理，以及下部基層比較軟弱，或地基處理不徹底等。
(2)縱向溝槽回填土壓實(shí)質(zhì)量差而發(fā)生沉陷。
(3)在路基填筑施工中，由于實(shí)際填筑的寬度不足，而后進(jìn)行貼坡；或?qū)嶋H邊坡坡度陡于設(shè)計(jì)坡度，使建成的路基邊坡過(guò)陡，再加上路基邊緣壓實(shí)度不符合施工規(guī)范要求等，當(dāng)邊坡失穩(wěn)時(shí)，路面也容易引起縱向裂縫。
(4)鋪筑瀝青面層采用分幅攤鋪時(shí)，前后攤鋪工作面相接處的冷接縫未按規(guī)范要求認(rèn)真處理，或?qū)涌p處碾壓不密實(shí)。
2橫向裂縫
(1) 通過(guò)分析宜州至忻城二級(jí)公路K24+255段出現(xiàn)的橫向施工縫未處理好，接縫不密實(shí)，結(jié)合不良等。
(2)瀝青質(zhì)量低，瀝青面層溫度收縮或溫度疲勞應(yīng)力大于瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，面層被拉裂，而路面縱向尺度遠(yuǎn)大于橫向，即縱向約束大于橫向，而使路面產(chǎn)生橫向裂縫。
(3)半剛性基層收縮裂縫或在舊路面上加鋪瀝青面層時(shí)原有的裂縫產(chǎn)生的反射裂縫。
(4)土基和路面基層由于受溫度變化，冬季冰凍產(chǎn)生的膨脹，導(dǎo)致路基和基層產(chǎn)生裂縫并反射到、瀝青面層。
(5)橋梁、涵洞、通道等構(gòu)造物兩側(cè)或橫穿道路埋設(shè)管線的溝槽回填土下沉。
3 網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫
通過(guò)分析宜州至忻城二級(jí)公路K12+840段出現(xiàn)的網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫，網(wǎng)狀(或龜裂)裂主要是由于路面的整體強(qiáng)度不足而引起的，其原因很多：(1)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，瀝青層厚度或其基層強(qiáng)度不足，層問(wèn)粘結(jié)差。(2)瀝青與瀝青結(jié)合料質(zhì)量差，延度低，抗裂性能差；路面材料配合比不當(dāng)或拌和不勻。(3)土層和基層局部壓實(shí)度未達(dá)到規(guī)范要求，或基層材料局部松散不成板體，路面整體或基層失穩(wěn)，使路面承載力下降，在車輛荷載作用下產(chǎn)生網(wǎng)裂。(4)路面結(jié)構(gòu)中夾有軟弱層和泥灰層，粒料層松動(dòng)，水穩(wěn)定性差。(5)瀝青在施工期間以及在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的老化變脆。(6)路面出現(xiàn)縱向、橫向裂縫后未及時(shí)封填，致使雨水滲入下層，加劇裂縫擴(kuò)展。
4塊狀裂縫
(1)塊狀裂縫主要由面層材料的收縮和溫度的周期性變化所致，與荷載的大小關(guān)系并不密切。
(2)配制的瀝青混合料質(zhì)量較差，如拌和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、拌和溫度過(guò)高或在儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使混合料中的瀝青變硬，當(dāng)溫度下降產(chǎn)生拉應(yīng)變時(shí)，則容易產(chǎn)生塊狀裂縫。
(3)當(dāng)瀝青路面上縱向裂縫出現(xiàn)后，在某些因素的影響下繼續(xù)擴(kuò)展，逐漸縱橫裂縫交叉在一起，從而形成塊狀裂縫。
(4)同樣的瀝青混凝土面層，鋪筑在不同的基層上，由于層問(wèn)聯(lián)結(jié)與摩擦系數(shù)不同，溫縮裂縫的數(shù)量也不一樣。如果基層材料中細(xì)粉含量過(guò)多，則會(huì)產(chǎn)生較大的溫度收縮，也會(huì)使瀝青面層跟隨著出現(xiàn)塊狀裂縫。
(5)瀝青混合料的礦料組成級(jí)配與裂縫也有一定關(guān)系，一般用油量偏低、礦粉含量高易產(chǎn)生裂縫。
四、對(duì)于以上病害路段裂縫的施工、預(yù)防和處理措施
1、 材料方面
(1)采用低溫勁度小、延度大、溫度敏感性差、含蠟最低的優(yōu)質(zhì)瀝青，配制低溫延伸性能好、應(yīng)力松馳性能優(yōu)良的瀝青混合料，降低瀝青混合料的低溫勁度，提高瀝青路面的低溫抗裂性能。
(2)認(rèn)真選擇瀝青面層的礦料級(jí)配和合理的瀝青混合料配合比，在保證瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的前提下，盡量采用稠度較低的瀝青和較多的瀝青含量，保證瀝青混合料性能優(yōu)良。
2 、設(shè)計(jì)方面
(1)設(shè)計(jì)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，對(duì)地形復(fù)雜地段做好地質(zhì)調(diào)查工作，精心設(shè)計(jì)。要特別注意加固地基，防止因地基軟弱而出現(xiàn)不均勻沉降，使用合格填料填筑路基，或?qū)μ盍线M(jìn)行處理后再填筑路基，確保路基有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以保證路面具有穩(wěn)定的基礎(chǔ)。
(2)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做好交通調(diào)查和預(yù)測(cè)工作，使路面結(jié)構(gòu)組合與總體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)交通荷載的要求；選用合適的基層和底基層結(jié)構(gòu)，并保證一定的厚度，有條件可將柔性基層與剛性、半剛性基層綜合運(yùn)用，充分發(fā)揮剛性、半剛性基層強(qiáng)度高、剛度大的優(yōu)勢(shì)，防止因裂縫反射，結(jié)構(gòu)排水不良對(duì)路面產(chǎn)生危害；瀝青面層一般應(yīng)采用表面層、底面層和中間層三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)各層應(yīng)滿足最小施工厚度的要求，并保證上下層之間有良好的粘結(jié)。
(3)對(duì)拓寬路段的設(shè)計(jì)，使其基層厚度和材料與老路面保持一致或稍厚：土路基應(yīng)密實(shí)、穩(wěn)定，必要時(shí)，在路面搭界處各結(jié)構(gòu)層間增加一定數(shù)量的土工格柵。在舊路面上加鋪瀝青面層時(shí)，也可在銑刨原路面后加設(shè)土工織物、玻纖網(wǎng)后再加鋪，以延緩反射裂縫的形成。
(4)加強(qiáng)瀝青路面的防水設(shè)計(jì)，在做好路表排水的同時(shí)，特別要做好路面結(jié)構(gòu)排水。在瀝青面層結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)中，應(yīng)將其中一層按密級(jí)配考慮，最后均采用密實(shí)型瀝青混凝土，防止面層滲水；在干凈基層表面設(shè)置一層瀝青下封層，防止面層滲水滯留在基層表面，使基層表面軟化。
(5)增大瀝青面層的厚度或?qū)r青混凝土面層的最下層作成高抗疲勞層等對(duì)防止基層裂縫向上傳遞是非常有效的，對(duì)防止網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫病害的出現(xiàn)也很明顯，是防止網(wǎng)狀(或龜裂)裂縫的有效措施。
3、 裂縫的處理措施
瀝青路面產(chǎn)生裂縫以后，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生裂縫的原因，及時(shí)采取相應(yīng)的方法進(jìn)行治理。如果不能及時(shí)處理，在氣象、荷載、水文等不利因素的影響下，這些裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展，對(duì)道路產(chǎn)生更嚴(yán)重的損壞。根據(jù)長(zhǎng)期的養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)，可采用的方法有：灌油、填縫和塞縫、乳化瀝青稀漿封層、瀝青混合料罩面和現(xiàn)場(chǎng)瀝青再生等。根據(jù)具體情況可按以下方法進(jìn)行治理：
(1)在高溫季節(jié)全部或大部分可以自行愈合的輕微裂縫，可以不處治。
(2)在高溫季節(jié)不能愈合的輕微裂縫，可將有裂縫的路面清掃干凈，并均勻噴灑0.3～0.6kg／m2的稀瀝青或乳化瀝青，再均勻撒上一層2～5mm的潔凈石屑或粗砂，再用輕型壓路機(jī)碾壓后開(kāi)放交通；或者直接沿裂縫涂刷少量稠度較低的瀝青，最好涂刷乳化瀝青。
(3)對(duì)縫寬在5mm以內(nèi)的裂縫，可以用高壓空氣將縫內(nèi)灰塵和雜物清除干凈后，把預(yù)熱好的稠度較低的瀝青或乳化瀝青灌入縫內(nèi)約2／3縫的深度，隨即撒一薄層石屑或粗砂掃勻并搗實(shí)，將溢出縫外的瀝青、石屑或粗砂清除即可。
(4)對(duì)于縫寬在5mm以上的裂縫，可以將裂縫內(nèi)的雜物和灰塵等清除干凈(如縫邊緣有松動(dòng)部分也應(yīng)一并清除干凈)后，用預(yù)拌好的瀝青砂或細(xì)粒式瀝青混合料填入縫中并搗實(shí)。
(5)對(duì)于大面積的網(wǎng)狀或塊狀裂縫，如果路基、基層強(qiáng)度尚好，可以選用的治理方法有：乳化瀝青稀漿封層，其厚度宜為3～6mm；改性瀝青薄層罩面：?jiǎn)螌訛r青表面處治；加鋪瀝青混合料上封層，或先鋪一層土工合成材料后，再在其上加鋪一層瀝青混合料上封層。
(6)對(duì)于路基或基層水穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低而出現(xiàn)的嚴(yán)重裂縫，應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，先治理好路基或基層，然后再按上述情況分別對(duì)瀝青面層進(jìn)行治理。
此外，還可以通過(guò)瀝青再生技術(shù)對(duì)裂縫處的瀝青進(jìn)行再生處理，以修復(fù)瀝青路面裂縫。
結(jié) 束 語(yǔ)
本人通過(guò)結(jié)合河池宜州至柳州忻城二級(jí)公路改建工程實(shí)踐中總結(jié)了瀝青路面裂縫病害原因及養(yǎng)護(hù)處治措施的施工工藝和質(zhì)量控制，實(shí)踐證明只要嚴(yán)格要求精心設(shè)計(jì)，控制好原材料的質(zhì)量，以及混和料的組成設(shè)計(jì)、拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，組織管理到位，就能夠確保工程質(zhì)量。
