瀝青路面典型病害原因分析及改善措施

邱宏彬

(福州路信公路設計有限公司，福州 350007)

福州地區已多處實施水泥路面加鋪瀝青路面工程，工程實踐中發現路面性能較原有水泥路面得到了極大提升，但同時也出現了一些病害，一定程度上影響了加鋪路面的使用性能和使用壽命。本文通過S201 長樂兩港線漳港環島至松下段工程實例分析加鋪工程瀝青路面典型病害成因， 并從水泥路面加鋪瀝青路面的病害防治和加鋪改建提出了技術改善措施。

1 工程概況

S201 長樂兩港線漳港環島至松下段是連接長樂機場與松下碼頭的重要通道， 該路段起止點樁號為：K237+060～K265+458.5，長度28.3985 km，該路段的交通量等級為重載交通。

原路面為水泥混凝土路面，經過多年的使用，路面出現了開裂、斷板、唧泥、錯臺和沉陷等不同程度的病害[1]，嚴重制約了長樂經濟的發展，為改善交通運輸條件，提升道路服務性能，于2014 年底動工實施該路段的拓寬改建工程，2018 年工程竣工，全長約28 km，總投資約11.9 億元。

本工程設計布置了兩類“白改黑”路面結構形式，如圖1。第一類(結構層一、二)：縱橫縫貼玻纖格柵+共振擊碎舊水泥路面(K249+100～K251+640，2.5400 km)，各層混合料均采用改性瀝青；第二類(結構層三)：打裂壓穩舊水泥路面(分兩段：上段K237+060～K249+100，12.0400 km；下段K251+640～K265+458.5，13.8185 km)，各層混合料均采用普通瀝青。

2 病害調查

2.1 病害調查情況

S201 長樂兩港線漳港環島至松下段白改黑工程在運營了1 年多之后出現了不同類型的病害， 在一定程度上影響了道路的通暢性。本文通過病害調查，該路段出現的病害如圖2～7 所示。

圖1 路面結構分布

圖2 縱裂縫

圖3 車轍

圖4 麻面露骨

圖5 斜裂縫

圖6 沉陷、橫裂

圖7 坑槽

2.2 病害分布統計與分析

2.2.1 病害調查分布

通過對全路段病害的調查，結果見表1～2。

表1 現場病害調查記錄表(下行)

表2 現場病害調查記錄表(上行)

2.2.2 病害分類統計

對病害進行分類統計，結果見表3。

表3 病害數據統計

由表3 數據分析可知，S201 兩港線漳港環島至松下段的典型病害是縱裂縫和車轍，各結構層典型病害分布如圖8 所示。

圖8 典型病害分布圖

2.2.3 彎沉檢測數據分析

通過對K248+683～K248+711(縱裂縫)路基路面彎沉檢測(落錘式彎沉儀)，檢測數據結果如圖9 所示。

圖9 K248+683～K248+711(縱裂縫)車道彎沉盆

K258+620～K258+646(車轍)路基路面彎沉檢測(落錘式彎沉儀)，檢測數據結果如圖10 所示。

圖10 K258+620～K258+646(車轍)車道彎沉盆

綜合以上調查數據結果分析，S201 兩港線水泥路面加鋪瀝青路面工程典型病害是縱裂縫和車轍， 且全部發生在加鋪類型為結構層三的路面上。

⑴縱裂縫病害累計長度為1684 m，以縱裂縫影響寬度0.2 m 計算得到縱裂縫面積為336.8 m2，占鋪設面積的0.186%。

縱裂縫病害的主要特征為：

①單向4 車道，縱裂縫基本只發生在1、2 車道，且2車道尤為嚴重。

②縱裂縫多發生在車道的右側， 且縱裂縫距標線的位置也存在一定的規律：1 車道右側縱裂縫基本分布在距右側標線40～45 cm 處；2 車道右側縱裂縫基本分布在距右側標線110～120 cm 處。

③舊縫側普遍有支縫產生， 灌縫末端有新延伸的裂縫出現，且在之前的正常部位有新的裂縫發生。

④發現無縱裂縫發生的路段路側有密集的建筑物，有縱裂縫路段路側為農田。

⑤陰天時，路面有離析的潮濕線條出現，其分布較符合縱裂縫分布規律。

⑵車轍病害累計長度為15130 m，以車轍影響寬度0.4 m 計算得到車轍面積為6052 m2， 占鋪設總面積的2.92%。 車轍病害的主要特征表現為：

①(K251+640～K265+458.5)1、2 車道不同程度的發生車轍，且1 車道比2 車道嚴重，3、4 車道沒有車轍病害發生。

②轍槽兩側有比較明顯的隆起，車轍截面呈“W”型。

③該段面層集料偏細。

3 病害原因分析

3.1 裂縫原因分析

(1)瀝青層分幅攤鋪時，兩幅接茬處未處理好，在交通荷載和溫度應力等的作用下發生開裂。

(2)瀝青延度偏于下限，混合料抗拉強度及抗剪能力較低，且為高路堤，路側無圍壓，在相鄰兩車道長期處于輕載和重載作用下，使面層造成拉裂。本文從現場縱裂段比較嚴重的結構層三路段進行了取芯見圖11，并進行瀝青材料的實驗見圖12。

圖11 (縱裂段)芯樣正面圖、反面圖、側面圖

圖12 芯樣面層瀝青混合料礦料級配曲線

(3)舊板處治不合理，導致車輛荷載下瀝青層底部拉應力過大，致使底部裂縫反射至瀝青面層形成橫向裂縫。

(4)路基承載力不足，特別是在重載交通的聯合作用下，容易導致路面疲勞，出現網裂。

(5)舊板裂縫處理不當，會出現瀝青路面反射裂縫。

(6)養護，基層養護不足(通車時間過早)，導致基層出現早期橫裂紋。

(7)擊碎及打裂壓穩處理的碎塊偏大，且板塊厚度方向的碎塊尺寸單一，碎塊之間沒有形成很好的傳力，在原水泥板路基存在唧漿、 脫空的情況下可能會在破碎塊接觸處發生應力集中，反射到面層出現開裂。

(8)路面拓寬部分壓實度不足，容易出現縱縫，車量與雨水共同作用下進而發展成網裂。

3.2 車轍原因分析

(1)重載交通下混合料內部剪應力過大，導致材料內部具有橫向流動趨勢。

(2)普通瀝青偏軟，加上面層集料偏細，路面在荷載作用下發生車轍。

(3)車輛行駛速度降低，荷載對路面作用時間過長累積變形增大。

(4)重載交通下，瀝青加鋪層過薄導致底部剪應力過大， 使得瀝青層橫向累積變形過大， 造成加鋪層底部脫粘，在彎道處甚至產生推移擁包。

(5)瀝青混合料設計時擊實功不足，造成瀝青含量偏大。

(6)混合料出場時的不均勻性，部分混合料離析嚴重。

(7)夏季炎熱，路面溫度較高，瀝青軟化點相對偏低，荷載作用下容易發生變形。

(8)瀝青混凝土、瀝青混凝土層間與基層粘結力不足，在水平推力作用下造成路面面層沿基層滑動， 使路面發生推移，形成車轍。

本文從現場車轍段較嚴重的結構層三路段進行上面層瀝青材料的實驗見圖13。

圖13 車轍段細長比及粒徑分析圖

4 縱裂縫、車轍典型病害處置改善措施

4.1 技術措施

4.1.1 設計方面

4.1.1.1 路面結構選型方面

(1) 路面結構應優先選用縱橫縫貼玻纖格柵+共振擊碎舊水泥路面的形式， 其次選用打裂壓穩舊水泥路面的形式。

(2)必須采取可靠的防反射裂縫措施。

4.1.1.2 材料選擇方面

(1)加鋪的瀝青混合料應優先選用改性瀝青，上面層瀝青應比中、下面層性能優良。

(2)集料強度、集料與瀝青粘附性、集料棱角性和級配應滿足規范要求。

(3)應尤其注意混合料的含油量和集料的潔凈程度。

4.1.1.3 交通方面

在渠化交通下， 應考慮不同車道交通的差異和路側環境對駕駛員對行駛車道的選擇：

(1)路側環境和交通規則影響駕駛員選擇行駛車道。

(2)建議在質量要求上對不同車道分別對待，達到精細化設計。

渠化交通下， 對重載車道應提高路面的設計質量標準，以提高其使用壽命；輕載車道應保持路面的設計質量標準或適當降低其設計質量標準，如S201 兩港線的第4車道幾乎沒有機動車輛在上面行駛， 其設計質量要求可適當降低，以降低成本，這部分成本可以增加到重載車道上，提高其設計質量要求，從而實現精細化設計。

4.1.2 施工方面

(1)對于車轍病害的處置辦法主要分為3 個階段：①原路面洗刨；②灑布瀝青結合油；③瀝青混合料面層鋪筑。

瀝青路面銑刨用銑刨機進行。 在需銑刨路段的一端按順序銑刨至中面層，銑刨盡量一次完成，中間除特殊原因外不得停頓[2]。鋪筑面層前，應灑粘層瀝青，對清掃過及灑過粘層瀝青的表層不允許車輛行駛。

瀝青混合料的攤鋪溫度應控制不低于110℃～130℃，不超過165℃。 鋪筑完的瀝青路面應符合平整度、橫坡的規定要求。 在施工過程中應盡量減少接縫數量。

(2)應加強施工過程的質量監督和控制，保證瀝青路面的壓實度。

4.2 質量管理

4.2.1 施工過程管理

4.2.1.1 原材料質量監控

影響施工質量的前提條件和基礎是原材料的管理。

對于瀝青料，施工現場需通過加強抽檢等措施可

以達到控制工程質量的要求， 對發現抽檢不合格的瀝青料必須禁止使用。

而集料加工及其質量控制是目前路面施工質量管理中的薄弱環節[3]，從K240+320(縱裂段)3、4 號芯樣側面可以看出，集料中含有不少雜料，這在一定程度上影響了瀝青路面的整體質量，對此應加強集料的質量控制：包括料場選定、集料生產、運輸、質量管理、存儲管理等[3]。

4.2.1.2 瀝青混合料質量控制

結構層三下段的面層混合料級配偏細，在重載交通作用下，出現車轍病害。在施工時，應定期對混合料的級配進行測試，保證級配在設計的允許范圍之內；應重視瀝青混合料的生產質量，通過抽樣對混合料進行質量檢驗，通過馬歇爾試驗，抽提試驗等檢驗混合料的各項性能指標[3]。

4.2.1.3 施工過程質量監控

結構層三上段在陰天時， 路面有疑似離析的潮濕線條出現，其分布較符合縱裂分布規律，原因是分幅攤鋪時接縫未處理好。 所以，要加強施工過程的質量控制，切實做好接縫的處理。

施工過程中的動態控制和檢查也是施工質量控制的重要環節， 路面的穩定性、 均勻性是施工質量控制的重點，在現場施工過程中主要檢查集料、混合料的穩定性、混合料運輸、攤鋪、碾壓、養護等過程，采用激光紋理儀、便攜式落錘彎沉儀等無損檢測手段評價路面施工的均勻性，減少或避免離析等情況發生。對檢測到的路面不均勻情況進行數據統計分析，查找原因，并提出相應的技術措施來解決[3]。

4.2.1.4 竣工后質量檢驗

竣工后通過對面層平整度、厚度、構造深度、滲水系數等方面來評價施工是否合格； 若出現路面工程不合格的現象， 根據檢測情況采取相應的技術措施使工程質量達到檢測要求。

4.2.2 運營期間管理

4.2.2.1 預防性管理

(1)瀝青公路路面在氣溫最高時段一次性灑水就可以使5 cm 內的溫度下降5℃左右，并保持1 h 左右，因此采用在路表灑水的方式來降低瀝青路面溫度是有效可行的，可在一定程度上預防高溫車轍的發生。

(2)規范路口交通秩序，減少路側環境對交通的影響， 路側環境在很大程度上能夠影響駕駛員對行駛車道的選擇。

4.2.2.2 養護性管理

(1)裂縫類病害要及時封縫處理

縱裂處芯樣難以取出， 雨水進入導致瀝青混合料松散式主要原因之一，為了防止二次病害的發生，應及時封縫處理。

對于縱向裂縫的處治辦法是采用填入封縫料， 保持裂縫有效的密封性，防止水或異物進入，當裂縫小于0.6 cm 時可采用SBS 改性瀝青封縫， 裂縫大于等于0.6 cm時可采用橡膠瀝青封填。

(2) 經研究表明瀝青混凝土最大剪應力出現在5～10 cm，中面層的抗剪能力是設計的關鍵，在經濟允許及施工技術可行條件下可以考慮洗刨至中面層， 重新加鋪改性瀝青混合料。 為避免過大剪應力出現在加鋪層底層，應當適當加厚薄層瀝青的厚度，以大于或等于18 cm 為宜，但亦不可過厚。

5 結論

綜合以上數據研究分析， 今后在同類型的加鋪路面工程路面結構選型上，應優先選擇縱橫縫貼玻纖格柵+共振擊碎舊水泥路面的形式，采取可靠的防患措施；在材料選擇上，應優先選用改性瀝青；在交通方面，建議考慮交通量在各車道上的分布，做到各車道的精細化設計；在質量管理方面，建議加強原材料質量、混合料生產和攤鋪過程質量監控；在運營期間管理方面，建議加強的預防性和養護性管理。