高速公路沥青路面早期破坏现象分析及防治

孙建芳

由于沥青路面具有行车舒适性好、噪声小;对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强;并且沥青路面修复速度快,碾压后即可通车的优点,所以大部分高速公路都使用沥青路面。

但随着交通量的不断增长,很多高速公路沥青路面均呈现出一定的早期破坏,甚至发生了通车头几年就不得不大规模维修的车辙、开裂、泛油、坑槽等早期损坏现象。

1 我国高速公路沥青路面的理论基础与结构形式

从 1984年我国第一条高速公路——沈大路开始,大部分高速公路路面结构形式主要以半刚性基层、沥青混凝土面层为主:底基层大多采用石灰土、石灰粉煤灰稳定土、水泥砂砾等;基层大多为水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石、石灰粉煤灰碎石、碾压混凝土等,沥青面层厚度多为 15cm～18cm,分三层结构,下面层为粗粒式,厚 6cm～8cm,中面层为中粒式 AC-20(25),厚 5cm～6cm,表面层差别较大,有 AC-16,AK-13,AK-16,SMA,SAC,SBS,多级嵌挤等结构,厚度 4cm～5cm。结构设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论,以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标计算路面结构厚度,并对沥青混凝土面层和半刚性材料的上基层、下基层进行层底拉应力验算。设计使用寿命 15年。

2 高速公路沥青路面早期破坏现象分类

对我国高速公路沥青路面发生的早期破坏类型归纳为:1)水损坏,表现为面层松散、剥落、坑槽等。2)横向裂缝,这种病害比较普遍,主要由于沥青面层温度收缩和半刚性基层的干缩引起;路基压实度不足也会引起这种病害。3)纵向裂缝,大多发生在半填半挖路基或路面加宽处,主要由路基的不均匀沉降造成。4)龟裂,其初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行纵缝,逐渐在纵缝间出现横向或斜向连接缝,形成龟裂。主要由路面结构强度不足引起。这种病害在我国早期修建的高速公路上较为普遍。5)车辙,表现为沿行车带出现横向高差,主要是由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足,使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起;另外,重载或超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。6)波浪,主要原因是路面组成材料设计不合理或施工质量差,导致路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用;在纵坡段,由于高温的原因也会出现这种病害[5]。7)松散,现在主要出现在水损坏严重的路段上。8)坑槽、龟裂和松散等其他损坏进一步发展的结果。9)沉陷,主要原因是路基压实度不足引起,特别是在一些高填方和压实困难的半填半挖路段以及构造物两端出现。10)冻胀和翻浆,多发生在北方和东北地区挖方或填挖交界的路段,主要是由于路基排水设计不合理,造成路基含水量过大引起的冬季冻胀春融翻浆。11)剥落,如果沥青混合料中使用了中性或酸性石料,将会造成集料与沥青之间的粘附性不足,在行车荷载的作用下,集料从路面剥落,使路面形成麻面,进而可能发展成为坑槽、松散等病害;施工时混合料离析也是产生剥落的原因之一[5]。12)泛油,沥青混合料中沥青含量过多,空隙率较小,高温稳定性差,是产生泛油的主要原因。

3 高速公路沥青路面破损防治技术对策

3.1 设计质量控制方法

为了有效地控制设计质量,就必须对设计进行质量跟踪,定期对设计文件进行审核。在审查过程中,特别要注意过分设计和不足设计两种极端情况。过分设计,导致经济性差;不足设计,存在隐患或功能降低。

3.2 切实做好沥青路面的防排水设计

1)中央分隔带可直接采用表面封闭的中央分隔带方式,需要植树时需认真做好防水层,铺筑后应先打护栏柱。2)沥青路面的边缘需设置碎石或多孔混凝土纵向渗水沟。3)在基层表面设置有效的下封层,通常可采用乳化沥青稀浆封层等方式。4)做好边沟、边坡、挡墙的排水设计。5)保证路表水排水畅通。6)做好路面结构层内部的排水。7)做好挖方路段路基渗水、裂隙水排水。8)中央分隔带应尽可能采用封闭的办法。9)做好封水措施,喷洒透层油和粘层油;适当增大路拱横坡,改善超高路段的排水。

3.3 沥青混合料的配合比设计

1)必须严格按照规范的要求进行三阶段配合比设计,确定合理的矿料级配和沥青用量。2)最佳沥青用量的确定方法按现行规范的方法执行,但应按规范要求作适当调整。3)沥青混合料的空隙率等体积指标统一按修订后的《公路沥青路面施工技术规范》的方法执行。4)必须按照规范的要求进行沥青混合料的配合比设计检验。5)努力推广应用改性沥青 SMA结构,表面层宜采用薄层小粒径SMA-10沥青混合料[12]。

3.4 进一步提高沥青路面施工质量

沥青的选用十分关键,要挑选符合规范各项要求的沥青,特别是沥青针入度,延度指标必须严格把关,在北方施工由于近些年的气候偏暖,因此,沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青。此外,透层油、粘层油沥青应采用与沥青混凝土用同一种沥青,特别是油石比的选择应考虑粘层油、透层油泛油时对其影响。

3.5 材料选择

1)采用高质量、高粘度、比通常情况针入度较小的重交通道路沥青,采用改性沥青,并按照高温、重载及上坡慢速的条件提高沥青的高温性能分级。在特殊的上坡路段,中、下面层也可考虑采用改性沥青。2)采用棱角性好、坚硬、粗糙、形状接近立方体、洁净的粗、细集料。在可能发生车辙的路段,控制天然砂用量不超过 10%,但是需要使用部分天然砂以改善施工碾压性能,加强碾压密实度;改善集料加工工艺,减小针片状颗粒含量[9]。3)选择与沥青粘附性好的粗细集料,为此应尽可能选择 SiO2含量低、碱值高、与沥青粘附性好的集料。4)石屑的质量必须符合新修订的规范要求,减小含泥量,积极使用机制砂。5)矿粉必须是石灰岩矿粉,不使用酸性石料的石屑,石屑中包含的 0.75mm以下部分如果是酸性石料的磨细矿粉,是不允许的。6)采用沥青酸值较小的沥青及改性沥青,加强与集料的粘结。7)大力推广掺加消石灰作为抗剥落剂。

3.6 施工配合比控制

1)选择合理的矿料级配,提高集料的嵌挤能力;采用SMA结构,长大上坡路段中面层也采用 SMA结构[4]。2)在夏季炎热、重载交通路段减少沥青用量。3)按照修订的《公路沥青路面施工技术规范》,采用合理的S型矿料级配,停止采用空隙率偏大的原规范Ⅱ型级配。4)按照修订后的《公路沥青路面施工技术规范》,采用合理的设计空隙率,一般情况为 3%～5%,重载交通为 4%～6%[1]。5)统一沥青混合料体积指标的计算方法。应采用表干法测定的毛体积相对密度,当吸水率大于 2%时采用蜡封法测定的规定。6)科学地对待构造深度指标。7)进行渗水性检验,提高泌水性。8)确保浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验两项水稳定性检验双指标检验合格。

3.7 施工工艺方面

混合料的拌和、摊铺和压实两项工作是路面施工的重要环节。摊铺质量不好往往伴随着裂缝、车辙等病害的发生。摊铺过程中除严格按《规范》要求施工外,还应着重控制摊铺温度、供料速度与前进速度相协调,防止大料滚动离析等环节。

3.8 路基施工缺陷影响

路基软土地基不稳定、地基换填或挤淤处理不彻底、路基填筑压实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等都会导致路面的早期破坏。

3.9 加强预防性养护,延长大修年限

1)特别要重视沥青路面的日常维修养护,一旦出现裂缝,立即安排扩缝、灌缝、封缝。2)小的病害尽可能利用夜间完成施工。3)如果发现路面渗水,尽快安排铺设微表处,将表面渗水封住。4)给养护单位足够的小修经费,扩大维修保养自主权,加快小修进度。5)理顺维修体制,努力完善目前的维修计划、审批、经费拨款等制度,加大管理单位的自主权,避免因沥青路面的维修计划申报、审批周期过长,延误维修工作最佳时机。6)在重载交通、车况差的情况下,应综合治理超限超载车辆;合理控制重载车行驶时间,严禁高温时段有重载车通行;强化高速公路的低速限制,车速不低于 50km/h;轮胎洒水降温。7)采用热拌沥青混合料或者冷补材料及时补坑。8)采取专门的施工机械进行扩缝、清缝、补缝、灌缝的作业。由于缝太细的不好灌,有时需要适当扩缝。

[1] JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[2] 沈金安.关于沥青混合料的均匀性和离析问题[J].公路交通科技,2001(12):111.

[3] European Long-Live Asphalt Pavements:Delivering What the Asphalt Pavement Alliance[Z].2004:263.

[4] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及防护[M].北京:人民交通出版社,2001:134.

[5] 韩以谦.如何防止高速公路沥青路面面层施工中的离析[J].公路,2000(10):28-29.

[6] 黄晓明.沥青与沥青混合料[M].南京:东南大学出版社,2001:58.

[7] 同济大学道路与交通工程研究所.半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1991:182.

[8] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001:92.

[9] 林绣贤.柔性路面结构设计方法[M].北京:人民交通出版社,1988:56.

[10] 同济大学.沥青路面多指标设计体系研究报告[R].2003:123.

[11] 山东省公路局,山东省交通科研所.沥青混凝土路面抗滑磨耗层的研究报告[R].2000:26.

[12] 江苏省交通科学研究院.沥青混合料新设计方法的引进与开发研究[Z].2000:85.

[13] 黄 沙.碎石过渡层结构半刚性基层沥青路面参数的研究[J].广西交通科技,2002(8):106.