浅析影响沥青混凝土路面寿命的原因

高科福 王 欣

据有关资料统计,目前国内沥青混凝土路面使用寿命较长的为8年～12年,普遍使用寿命为5年～8年,有的甚至2年～3年就需要整体翻修改造,大多数都达不到设计使用年限的要求。沥青路面使用寿命减短,主要是沥青混凝土路面较早地出现了病害或破坏。

1)雨季或春融季节沥青混凝土路面出现坑槽,即水损害破坏。南方冬春季节雨水较多,渗入路基的水未及时排出,在行车作用下形成高压水冲刷或形成冻融性破坏。2)夏季高温期在重载车作用下沥青混凝土路面形成严重的壅包、沉陷、车辙,平整度严重下降(尤其在行车道更明显)。3)冬季沥青混凝土路面的横向开裂,包括温缩裂缝及半刚性基层开裂引起的反射缝,同时水从裂缝中进入基层,引起承载能力下降的破坏,逐渐引发沥青混凝土路面出现龟裂、唧泥。

沥青路面早期破损,使用寿命达不到设计年限,不仅使行车变得艰难,经济效益大大降低,社会上的负面影响也是不可低估的。

1 特殊地质路段设计问题

不同地质条件下的路基处理设计不合理,会导致路基产生裂缝、不均匀沉降、强度不足、沉陷等问题。一般来说,对比较特殊的地区,设计都会考虑进行特殊的处理。如软基路段、沼泽路段、盐渍土路段、多年冷土路段、岩溶路段等等。但这种分段设计处理并不总是很合理和细致的。例如,路基设计时本应根据地下水位、基底潮湿情况及填筑高度,分段划分路基干湿类型,段落最小长度应符合规范要求。对于处于潮湿路段和基底过湿土,必须采取措施,如换土、掺灰(石灰、水泥)、铺设土工材料,并在基底设置一层透水材料的隔水层,以隔绝地下水,增强基底土强度。隔水层材料应具有一定的级配,其粒径应作严格的控制。对于挖方或零填挖方达到要求有困难的地段,在设计时也应采取相应措施。但在路基设计文件上很少看到这样细致的设计方案。例如,某高速公路一段浅挖方地段,其地表50 cm下面就是强风化红色泥岩,长度只有50多米。晴天时这种红色泥岩强度很高,用风镐、爆破均难以处理,但一遇水则迅速风化,软如豆腐。设计文件中根本未考虑到换填处理问题,承包商在施工过程中仅仅用一层25 cm厚的宕渣找平层,当时路床交验弯沉值检测也是合格的。但由于该段泥岩未换填处理,地表水位较高(开挖中央分隔带沟槽时就发现有水)、边沟设计又浅(沟底与路床顶面基本平齐),几种因素共同作用,结果该段路面通车不到一年就出现严重的翻浆、龟裂、沉陷。

因此,要求设计单位对地质和水文条件复杂的或已产生严重路基病害的路段,应单独进行设计,确定各项处理措施的平纵横位置、排水方向、构造、出入口、纵坡等。

2 结构层设计问题

2.1 底基层、基层掺灰剂量设计不合理

掺灰剂量设计有的直接采用试验室数据,有的凭经验。如“水泥稳定碎石中的水泥用量不宜超过6%,二灰碎石中的二灰含量不宜超过20%”的经验数据,就有很大的设计取舍空间。掺灰剂量的正确选定,直接影响到底基层、基层的强度,剂量过高会出现反射裂缝且不经济,剂量过低会导致强度不足产生开裂。

半刚性基层产生的干缩与温缩裂缝,是路面早期破损至关重要的因素。有关资料研究认为半刚性基层产生裂缝是不可避免的,如何在设计上减少反射裂缝的影响,目前只有非常少量的高速公路在设计中考虑简单地采用长丝烧毛土工布处理基层施工养护期间出现的较宽的裂缝(2 mm以上)。但这也仅仅是一种治标不治本的应急设计技术。

目前国内有关部门正在进行一些柔性形式的基层、底基层的结构试验研究,设法在设计上根本消除反射裂缝对沥青使用寿命的影响。

2.2 结构层厚度设计不尽合理

结构层厚度设计的依据是设计年限内的累计当量轴次,并没有区分不同车道的不同交通量。实际上,行车道与超车道所通行的交通量是有很大区别的,且行车道往往承受绝大部分的超载超限运输车辆,也就难怪行车道总是率先损坏率先整修。在此,笔者提出结构层厚度分车道设计更符合实际,施工起来也并不困难。

2.3 沥青混凝土路面面层设计不合理可能诱发的病害

高速公路沥青混凝土路面面层一般设计有三层:底面层、中面层和表面层。从我国目前高等级公路沥青路面来看,主要有以下四种结构形式:1)传统的沥青混凝土面层(AC);2)多碎石沥青混凝土面层(SAC);3)沥青玛脂碎石混合料面层(SMA);4)SUPPERPAVE路面结构。

就目前运用较多的传统沥青混凝土面层(AC)结构,它在设计上还存在很多不合理的地方:1)各结构层的矿料级配范围设计不合理。设计单位一般按规范或自己的经验“闭门造车”给出一个几乎通用的“矿料级配及沥青用量范围”,并没有根据施工时所采用的粗细骨料,针对不同路段环境条件,水文地质情况及不同的材料性质,给出一个相应材料组成设计。2)面层厚度设计不合理。国内高速公路沥青混凝土面层设计厚度一般在15 cm～18 cm左右,很少有厚度超过20 cm的。而国外一般采用20 cm～30 cm,有的国家沥青混凝土面层设计厚度甚至已经达到50 cm。在我国决定面层厚度的因素不是设计人员的计算,而是取决于工程预算造价。“强基薄面”的设计理念是我国经济基础薄弱的突出体现,在国内外的实践中已受到了严峻的挑战。

较少的裂缝,较轻的车辙,良好的平整度,较强的抗滑能力及经久耐用,是高等级公路对沥青面层的基本要求。能否达到这些使用要求,则与面层所使用的沥青材料,沥青混合料的类型和性质以及沥青面层的厚度有较大的关系。在实际工程中应根据当地的交通状况、气候条件、降雨量、材料情况、施工工艺、经济造价等因素选择合适的沥青面层类型。在这一“理论联系实际”方面,设计单位确实做得很少。

3 排水设计问题

排水设计不合理是造成路面水损害的主要原因之一。排水系统设计不合理,笔者认为主要有两个方面:

1)通常的沥青混凝土路面三层结构之间,都没有考虑设计排水结构层,只是希望在上面层和中面层之间排出水的,通过路肩上设置的碎石盲沟排出。事实上,由上面层渗入的水,绝大部分无法从碎石盲沟排出,而是长期滞留在路面中(天晴后数日,仍可看到在车轮的作用下,从路面缝中冒出水)或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层,甚至深入到基层内。在车轮荷载作用下,部分路面水变成有压水,形成冲刷;在冬季,渗入的路面水发生冻胀,损坏路面。

对于这种情况,普遍采用的是增大上面层的密实度、平整度,提高路拱,使表面水能迅速排出路外,不积水。另一种措施是增大上面层的孔隙率,通过表面和结构层共同排水。

2)中央分隔带的排水设计也存在诸多的问题。目前常见的高速公路中央分隔带排水设计主要可归纳为两种形式:一种设在中央分隔带沟槽的最底部,一种设在中央分隔带沟槽中部侧面。

这种排水设计,缺陷有两方面:a.于基层施工有加宽值,渗沟定位不准确,纵向渗沟很容易埋没在基层下面,影响排水。b.铺在渗沟上的土工布不可避免地被防撞护栏的立柱打破,造成雨水下渗到中央沟槽的底部,这些水就无处可以排出,日久对路基造成损害。

因此,中央分隔带的积水宜尽量采用纵向排水,并确保定位准确。像南方沟渠较多,可充分利用桥涵、通道等设施,将分隔带的积水及时纵向排出。横向排水会因排水管的质量、埋置深度、安装质量等因素给路面留下无穷的隐患。

4 结语

影响沥青混凝土路面使用寿命的原因很复杂,不能简单地归结为某一种原因,因为每条路的具体情况不一样。有个别的原因,也有共性的原因,归结起来大概有设计、施工、监理、养护与管理等方面的问题。以上是笔者就设计方面提出的一些意见,供同行参考。

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