公路沥青混凝土路面病害与防治

2022-09-11

随着我国经济的不断发展, 公路日益发挥着主通道作用, 但交通量的不断增长, 使很多公路沥青路面均呈现出一定的早期损坏, 如开裂、泛油、剥落、车辙等现象, 有的公路甚至当年通车即发生了病害, 正常维修期大大提前, 直接影响了车辆的运行, 对公路的运营带来了一定的影响, 增大了养护管理资金的投入。

1 沥青路面常见病害

1.1 裂缝

沥青路面在使用期开裂是世界各国普遍存在的问题, 且不论其基层是柔性的还是半刚性的。沥青路面建成后, 都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响, 但随着表面雨水的侵入, 导致路面强度下降, 在大量行车荷载作用下, 使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的, 路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入水分, 使基层甚至路基软化, 导致路面承载力下降, 产生唧浆、台阶、网裂等病害, 从而加速路面破坏。由于我国沥青路面主要为半刚性基层沥青路面, 路面的裂缝主要是由半刚性基层引起的由下到上的反射裂缝与由面层温度应力和荷载作用下引起的由上到下的裂缝。裂缝的出现往往是沥青路面损坏加剧的开始, 导致雨水沿裂缝下渗, 软化半刚性基层, 造成基层强度不足而形成卿浆、沉陷、啃边等病害。由于沥青是一种感温性的锦弹性材料, 当外界温度下降时, 面层的沥青混合料树料逐渐变硬变脆, 并开始收缩, 当产生的收缩拉应力超过路面材料的抗拉强度, 沥青路面就从路表面往下裂开。理论研究成果表明, 在我国南方地区, 虽然在高温情况下路面很少开裂, 但高温时的突然降雨其温差可达30℃~40℃, 路面结构所产生的最大拉应力也可高达1.5MPa, 但这类裂缝一般呈现为“上宽下窄”, 最深也只贯通至中下面层, 基层一般尚未开裂。现场钻孔取样结果表明, 南方与中原地区由上到下的裂缝很少。

1.2 车辙

据了解, 驾车人行驶在道路上, 常常会看到一种高洼不平像是波浪的路面, 这往往被人们称作为车辙。走在这种路面上, 不但会有颠簸不适的感觉, 同时, 不小心也有可能造成安全隐患。车辙是指在渠化交通的道路上在行车荷载的反复作用下, 路面发生的不可恢复的永久变形, 由于沥青路面的车辙主要发生在高温季节, 所以车辙问题被认为是高温稳定性问题。车辙的产生不仅影响路面的平整度, 导致行车舒适性降低;较大车辙的路段, 车辆变向难以控制, 且雨天时路面排水不畅, 车辆易于发生漂滑而影响高速行车的安全。实践中发现, 沥青路面车辙的形成大体可分为三个阶段:开始阶段是沥青路面的压密阶段, 这个阶段时间比较短, 但时间段并不意味着变形不明显, 实际上, 这一阶段沥青路面变形很快。第二阶段就是沥青路面压密稳定时期。第三阶段是由于沥青路面高温强度不足或抗永久变形能力不强。路面上出现车辙, 严重影响路面的使用和服务品质: (1) 路表过量的变形影响路面的平整度; (2) 轮迹处沥青层厚度减薄, 削弱了面层及路面结构的整体强度; (3) 雨天车辙内积水导致车辆出现漂滑, 影响高速行车的安全性; (4) 在冬季车辙槽内聚冰, 降低路面的抗滑能力, 行车产生冰滑现象; (5) 车辆在超车或变换车道时方向易失控, 影响车辆的操纵稳定性。

1.3 泛油

油面作为一种柔性的直接的接触面, 强度低, 在荷载、动能的压榨和倾轧下, 路面产生的变形也越大, 夏天里软化的沥青特别是上层油石比偏大的多余部分沥青在油面的变形中极易被挤压溢出, 并且随荷载等因素增大而加剧, 造成泛油。泛油多发生在夏季高温季节, 是由于面层油石比过大, 含油量过高而形成的。路面泛油会造成三种直接后果:一是路面滑溜, 对行车安全构成严重威胁, 特别是雨天。二是上面层混合料中的沥青含量愈来愈高, 而中面层及下面层的沥青含量愈来愈低, 直接损害中、下面层的低温抗裂性能、抗疲劳性能。三是沥青迁移造成路面空隙率的不利性改变, 上面层空隙率愈来愈小而中、下层空隙率愈来愈大, 中下面层空隙率的增大往往伴随着负压的产生及空隙的连通, 路面的雨水极容易透过微观裂纹或面层空隙进入基层, 甚至击穿上面层, 形成水损害。

1.4 推移拥包

沥青路面属柔性路面, 它具有行车舒适、振动小和噪音低等优点, 在我国的公路路面中占绝对的比例。但就已建公路而言, 有相当部分没有达到预期的使用功能, 存在使用期达不到设计使用年限的问题。有的公路路面第一年建成, 当年或第二年就出现部分推移和拥包, 严重影响了车辆行驶的安全性、舒适性, 在社会和经济上造成了不可弥补的损失和影响。其原因有: (1) 沥青面层中沥青含量过多、粘度和软化点偏低, 矿料级配不良, 细料偏多, 致使面层材料自身的高温抗剪强度不足, 在行车作用下产生拥包; (2) 基层局部含水量过大, 水分滞留于基层, 或基层浮土过多, 或透层沥青洒布不合要求等原因, 影响面层和基层之间的结合, 在行车水平力的作用下, 使路面产生推移而形成局部不规则隆起的变形; (3) 由于基层局部强度不足或水稳性不好, 使基层松软在行车作用下, 形成局部拥包。

1.5 坑槽

坑槽是沥青路面的典型病害, 严重影响路面的平整度和行车的舒适性。坑槽破损主要表现形式: (1) 表面层产生坑槽, 路表水 (雨水或雪水) 进入并滞留在表面层沥青混合料中, 在行车荷载尤其是重载车辆的不断作用下, 沥青路面便会出现局部松散破损, 路面自上而下逐渐会形成坑槽; (2) 表面层和中面层同时产生坑槽。行车荷载的作用使得中、上面层内的沥青剥落, 沥青混合料失去粘结强度, 导致路表面产生网裂、形变 (局部沉陷) 和向外侧推挤, 并最终出现粒料分离。粒料被行车作用带离, 最终形成坑槽; (3) 底面层和基层问产生坑槽:此类病害容易发生在翻浆现象非常严重的路面, 在动水压力和孔隙水压力的反复作用下, 使得整个面层范围内的基层粒料出现松散, 并反射到面层, 最终会导致坑槽出现。

2 沥青路面病害的治理养护

2.1 裂缝的修补与养护技术

公路沥青路面由于受路面结构、气候、地形、地质条件、行车等多种因素的影响, 都会产生不同程度的路面裂缝。下面介绍几种对沥青路面裂缝进行加热修修补的施工工艺, 具体是扩缝, 用扩缝机对细小、不规则、难以灌入的裂缝进行扩宽处理;清缝, 用空压机对已扩的裂缝进行清扫;裂缝加热, 使用专用的液化气喷枪对所扩的裂缝进行加热;灌缝, 路面裂缝加热后, 热沥青在沥青泵作用下通过灌缝喷枪灌入裂缝中。并按照其施工工艺要求, 借鉴较为成熟的导热油间接加热、高压空气清缝等技术, 对软管加热和裂缝加热等技术尚待开发的领域进行了攻关, 经过反复的结构设计和大量的选型计算, 成功研制了集路面裂缝清扫、裂缝加热、裂缝灌注于一机, 成本低廉, 性能完备的GF-260型沥青灌缝机。另外, 沥青路面裂缝修补的效果与材料的选择、裂缝封闭处理设计和施工工艺等有密切的关系。所以, 在裂缝修补过程中, 应选择优良的灌缝材料, 尽量采用开槽贴缝式处理设计, 优化施工工艺, 提高裂缝修补的成功率, 从而延长沥青路面的寿命。

2.2 路面沉陷的修补与养护技术

对于基层损坏造成路基下沉、翻浆路段, 在原路面及基层基础上, 底基层采用6%的水泥稳定碎石砂20cm垫层处理方法, 因土基含水量较大, 地下水排出困难, 采用挖出的原路面结构层中的二灰碎石掺入6%的水泥, 用灰土机拌匀后回填碾压成型, 厚度为40cm, 其下铺一层土工布过滤。同时加深路侧边沟并增设盲沟。对于基层和土基结构破坏而引起的沉降, 必须先将基层和土基处治好, 然后才可修复面层。如有条件, 可采用热再生沥青路面修补设备修复沉陷、翻浆, 病害, 较之传统铣刨原路面的方法更为先进、经济合理。

2.3 路面车辙、推移的修补与养护技术

道路车辙是沥青路面在车辆荷载、温度等因素的反复作用下产生的病害之一。车辙严重时会影响车辆正常行驶, 甚至引发交通事故。抗车辙剂是一种由多种聚合物复合成的沥青混合料添加剂, 它是通过集料表面的增粘、加筋、填充以及沥青改性、弹性恢复等多重作用而大幅提高沥青混合料的高温稳定性, 同时对混合料的水稳定性和低温抗裂性也有改善。运用该材料维修改造后的路面, 将可提高抵御温度、水等的侵害, 避免道路变性发软、损坏和开裂现象的发生。路面上发生车辙应按以下方法挖槽修理: (1) 先将修补、车辙的地方划出规则开头的轮廓, 做到圆洞方补。所划轮廓要比损坏的略大, 并清除尘土杂物; (2) 沿着轮廓垂直挖槽 (必要时先洒水) , 挖槽的深度不小于原坑槽最大的深度, 做到浅洞深补; (3) 把挖出的材料筛选, 选出可以利用的材料; (4) 挖槽时, 对下层材料应尽量避免振动, 有松动应一并挖出; (5) 路面车辙较多, 车辙之间的距离又近, 为便于修补并使修补部分平整, 可以将邻近的车辙划为一片, 按片挖槽进行修补; (6) 新铺部分压实系数采用1.3, 以便碾压密实后与原路面齐平。如坑槽、车辙深度较大时, 应按路面结构层次分层修补。

2.4 路面泛油病害的处理

对于路表轻微泛油, 表面石子仍外露的路段, 可不作处理。对于因局部施工质量差引起水损坏且出现坑槽等破坏的, 宜按坑槽修补方法处治。对于大段泛油严重, 摩擦系数降低较多, 影响行车安全的, 可采用碎石压入法处治或铣刨原重新摊铺面层。

2.5 面层拥包、波浪的修复技术与方法

轻微拥包、波浪而且已经稳定应予铲高补凹, 保持平整。拥包、推移严重, 其高差达5cm以上时, 要做大修, 根据以上对产生推移的分析, 可采用如下方法进行预防: (1) 要经过反复试验论证, 选取一个最科学、合理的施工配比, 选用的粒料和沥青要符合规范要求; (2) 在沥青混凝土路面施工中, 严格按施工规范执行, 尤其是对厚度的控制, 要保证最薄的地方也达到设计要求; (3) 对于下承层或路基强度不够而产生推移, 可通过下承层与沥青混凝土面层之间加设土工合成材料来解决; (4) 对透层的施工要严格控制, 从对下承层的清扫到乳液的撒布都要认真施工, 让透层油起到良好的粘结作用; (5) 对两层油面之间污染造成夹层现象, 可以通过洒布粘层油来解决; (6) 根据通车后路面情况及时做好养护工作; (7) 通过渗水试验来检测路面的压实效果, 避免路面结构有水而造成推移。

2.6 路面坑槽的修补与养护技术

沥青路面早期破坏的坑槽问题, 一直困扰着管养单位。路面出现的坑槽不仅影响到路容美观和行车舒适性及安全性, 而且如果不及时进行合理维修, 在车辆荷载与环境负面因素下, 会加剧路面的破坏, 甚至导致路面结构性的损坏, 严重降低路面的使用寿命。目前, 路面坑槽的修补方法根据使用的路面综合修补设备可分为两种, 一种为冷补法。另一种为热补法。两种方法各有特点:冷补法可适用于不同深度并可在任意温度下的坑槽修补, 但坑槽修补后存在明显的接缝, 如处理不好易渗透水, 使接缝处出现唧浆, 造成新的损坏, 修补所需时间较长, 雨天及寒冷季节修补质量不能保证, 修补效果不如热补法。热补法可基本适用于全天候修补坑槽, 坑槽修补后无弱接缝, 与原路面保持平整, 修补效果好, 修补所需时间短, 废料可以再生利用, 利于环保、节省资源, 但对于较深的坑槽修补效果不易保证。局部修补是路面养护中最常用的方法, 其中最多的坑槽修补。而热态修补的质量最好。

3 结语

最近几年, 随着国家对公路建设的大量投资, 我国的公路建设取得了巨大的成绩, 不仅仅是公路历程, 而且在公路管理和养护方面也摸索出一系列经验。今后, 我国公路事业的重点也将从建设期转入养护期, 沥青路面的各种病害成因比较复杂, 沥青路面一旦出现损坏, 维修不但费时费力, 而且影响工程完整和交通, 所以对于沥青道路应加强管理和维修养护工作, 积极预防损坏现象发生, 若一旦发生, 应及时维修, 防止各种损坏现象的进一步发展扩大。

摘要：沥青路面病害的出现, 不仅影响道路的使用质量, 同时也带来较大的交通安全隐患, 鉴于此, 笔者根据自己从事多个公路沥青混凝土路面施工及维修的经验对沥青路面的病害与防治进行了一些探讨。

关键词：公路沥青路面,病害,养护,性能