高速公路路面病害及成因預測

王燕重

(唐山遠大實業集團有限公司)

1 高速公路路面病害成因

1.1 裂縫形成的主要原因

(1)地基沉降。

有些路段處于丘陵低洼或河谷處,地基含水量較高,但在設計及施工時沒有做適當處理,在高填土后,由于地基承載能力的差別出現不均勻沉降,造成路面縱向開裂。在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理方法變化處或構造物臺背與路段交接處,因地基或路基與構造物差異沉降導致基層開裂,并反射到瀝青面層,形成裂縫。

(2)施工不當。

路面結構設計不合理導致施工厚度不足。無機結合料穩定層沒有拌和到底,在底部留有素土夾層,路基壓實不均勻,暗埋式構造處因構造物長度限制,路基邊緣不能超寬碾壓,致使路基邊緣壓實度不夠,或者混合料攤鋪時縱向施工搭接質量不好,都會造成裂縫。

(3)滲透破壞。

中心分隔帶、路表、邊坡等滲水,使局部路基受水浸泡后承載力值降低,在動靜荷載的作用下,路基滑動產生裂縫,如果填料為弱膨脹土,在施工中未做適當處理,滲水后含水量變化,可能會導致裂縫產生。

(4)溫度變化。

溫度變化引起的收縮變形使面層底面承受拉力,當拉力超過瀝青面層的抗拉強度時就使瀝青面層底部拉裂,并隨著溫濕的循環變化及行車荷載的反復作用而導致瀝青面層低面裂縫。

1.2 坑槽形成的主要原因

(1)水滲透。由于水滲透形成坑槽是高速公路路面病害的最常見的現象之一。雨水由瀝青路面大空隙或破損處滲入,停留在基層表面上,在行車荷載反復作用下沖刷半剛性基層的細料并逐漸形成灰漿,使瀝青面層與基層脫離,灰漿被行車荷載擠壓,通過面層裂縫或面層混合料中的空隙唧到表面。在產生唧漿的位置,瀝青面層產生網裂,接著一些碎裂的小塊面層或基層材料被車輪帶走,而逐步形成坑洞,并不斷的擴大,最后形成坑槽。

(2)油污滲透。車輛修理或機動車用油滲入路面,污染使瀝青混合料松散,經行車碾壓后也可能逐步形成坑槽。

1.3 車轍形成的主要原因

(1)行車荷載。車輛按規定正常在行車道行駛,使得高速公路的交通渠化現象非常突出,高速公路交通量大,受超重車影響大,隨著車輛荷載作用次數增加,行車道車輛輪跡處進一步壓實并逐漸形成不同程度的車槽。

(2)施工質量不過關。因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養生不當導致基層整體強度不足,由于荷載作用超過路面各層的強度,使得路表變形過大而形成轍槽和推移。

(3)高溫作用。由于瀝青混合料是一種彈塑性材料,如瀝青、礦料的選材不當或混合料組成不當會導致瀝青混合料的高溫穩定性相對較差、抗塑性變形能力降低,在高溫條件下,車輪碾壓反復作用,荷載應力超過瀝青混合料的穩定極限,使流動變形不斷積累形成車轍。

1.4 泛油形成的主要原因

(1)混合料配比不當。混合料中瀝青用量過多或空隙率過小,在車輛荷載反復作用下,多余瀝青由下部泛到路表形成泛油。細料含量過少,混合料比表面積較小,則瀝青用量相對較多,也易出現泛油。

(2)粘層油用量過多。噴灑過多粘層油和灑布不均勻也會出現局部泛油現象。

(3)施工質量較差。攤鋪時混合料產生離析,局部細料過分集中,也易泛油。

(4)水滲透。雨水滲入使下層瀝青與石料剝離,在水作用下瀝青膜剝落,上泛引起表層泛油。

2 高速公路路面病害防治要點

2.1 裂縫的防治措施

預防裂縫產生的主要措施是處理好地基,若路基分層填筑和壓實度較好,使路基盡可能均勻,在預先采取措施防止地表面水滲入地基的情況下,可以大幅度減少裂縫的數量,同時顯著延緩裂縫出現的時間。對于縫寬小于 3mm的裂縫可不作處理,大于3mm小于5mm的縱向裂縫,首先將縫隙刷掃干凈,并用壓縮空氣吹凈塵土后,采用熱瀝青或乳化瀝青灌縫撒料法封堵。如縱縫進一步擴大,出現啃邊、錯臺且裂縫寬大于 5mm時,則需銑刨上面層和中面層,并對裂縫先行填實,沿縱縫鋪設玻璃格柵,攤鋪中面層,然后在中面層上沿縱向每隔5m設寬為1.2m的玻璃格柵,最后再攤鋪上面層;如橫向縫寬在 5mm以上,可將縫口雜物清除,或沿裂縫開槽后用壓縮空氣吹凈,采用砂料式或細粒式熱拌瀝青混合料填充搗實,并用烙鐵封口。對于由土基沉降引起的橫向裂縫,如出現錯臺、啃邊、裂縫寬度大于 5mm以上的,則需沿橫縫兩側各 50～100cm范圍內開槽,挖除上面層,先將裂縫填實,然后沿橫縫加鋪玻璃格刪,重新攤鋪上面層;對于龜裂情況不嚴重的可用玻璃纖維布罩面,對于大面積的龜裂,常加鋪乳化瀝青封層或在補強基層后,再重新罩面,并修復路面。裂縫小于 6mm可不留開槽直接灌縫,需用吹風機吹凈裂縫;裂縫大于6mm用擴縫機擴縫,擴縫機割縫后,用空壓機吹凈塵屑后灌縫。灌縫后撒干水泥粉混合砂養生。

2.2 坑槽的防治措施

(1)冷補法。

首先測定坑橫的深度,劃出切槽修補的范圍,用液壓風鎬切槽,用高壓風槍將槽底、槽壁廢料及粉塵清除干凈。然后用噴燈烘干槽底、槽壁,并在其表面均勻噴灑一薄層粘層油。最后將預備好的熱料填補至坑槽中,如厚度大于 6cm將分層填筑,從四面向中間碾壓。

(2)熱補法。

首先根據坑槽修補范圍確定熱輻射加熱板區域,將加熱板調到合適位置,加熱 5min左右,使被修補區域路面軟化。然后將預備好的熱料放到被修補處,攪拌攤平,并從四面向中間碾壓。用熱補法進行坑槽修補,方便簡單。目前施工常用的加熱設備有日本JSD養護王和綜合養護設備。

2.3 車轍的防治措施

首先,應選取適宜的筑路材料。選用低含蠟量的高粘度瀝青,以及表面粗糙、嵌擠作用好、與瀝青粘結性能強的集料,可在一定程度上緩解車轍的形成。其次,在施工中要加強壓實度的控制。再次,在高溫季節,應嚴格控制大型車輛超載。車轍修復時,易采用小型銑刨機銑上面層 4cm,寬度為整個車道,洗凈清理完畢后,重新鋪筑上面層和磨耗層,以達到路面平整度效果。目前也可采用美國、德國等國家研究的熱再生,直接運用銑刨、拌和、攤鋪、碾壓,配套設備修復路面車轍。

[1] 于玲,劉鋼,周曉丹等.高速公路瀝青路面典型病害及分析[J].沈陽建筑工程學院學報(自然科學版),2004,(1).