淺析瀝青路面裂縫病害原因及措施
2016-01-25
引 言
近年來，為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，高等級公路在我國發(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)、無接縫，有良好的減振性，使行車平穩(wěn)、舒適而低噪聲；晴天無塵土，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，開放交通快，維修養(yǎng)護(hù)簡單方便，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)，宜州至忻城二級公路工程建設(shè)總長度為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、潘水，終于忻城縣南面與已建成的忻城至合山二級公路相接，全長按二級公路標(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56.3657公。2005年開工建設(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
（1）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和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過早產(chǎn)生疲勞破壞，路面網(wǎng)裂伴隨著縱向裂縫和形變產(chǎn)生。
?。?）路線設(shè)計(jì)未對路面排水系統(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
?。?）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。
（2）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。
?。?）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，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層沒有拌和到底，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。
?。?）在基層施工過程中，灰土的上、下橫接縫因重疊或搭接過少而出現(xiàn)裂縫。
（6）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。礦料級配，瀝青含量，集料品種不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對原材料檢驗(yàn)不嚴(yán)，對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很平整，通車不久就很快衰減。
（5）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)通過分析由于宜州至忻城二級公路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、路面的搭接部位沒有嚴(yán)格按照臺階式分層壓實(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) 通過分析宜州至忻城二級公路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
通過分析宜州至忻城二級公路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，水穩(wěn)定性差。(5)瀝青在施工期間以及在長期使用過程中的老化變脆。(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)間過長、拌和溫度過高或在儲料倉內(nèi)儲存時(shí)間過長，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)粉含量過多，則會產(chǎn)生較大的溫度收縮，也會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，防止因裂縫反射，結(jié)構(gòu)排水不良對路面產(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防止基層裂縫向上傳遞是非常有效的，對防止網(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，這些裂縫會逐漸擴(kuò)展，對道路產(chǎn)生更嚴(yán)重的損壞。根據(jù)長期的養(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：單層瀝青表面處治；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瀝青面層進(jìn)行治理。
此外，還可以通過瀝青再生技術(shù)對裂縫處的瀝青進(jìn)行再生處理，以修復(fù)瀝青路面裂縫。
結(jié) 束 語
本人通過結(jié)合河池宜州至柳州忻城二級公路改建工程實(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。
