城市道路瀝青路面病害原因分析與防治
2012-02-24
一、瀝青路面病害原因分析
1、瀝青質(zhì)量問題
由于近幾年國(guó)家城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，城市道路開工項(xiàng)目很多而建設(shè)資金又有限，因此，在道路結(jié)構(gòu)層的厚度設(shè)計(jì)、材料的使用上本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，而對(duì)交通量的變化，使用年限并沒有重點(diǎn)研究。像高等級(jí)瀝青路面，省市采用的是上面層使用進(jìn)口瀝青，而中面層、地面層則采用國(guó)產(chǎn)瀝青，就國(guó)產(chǎn)瀝青而言能達(dá)到規(guī)范要求的廠家并不多，而且數(shù)量十分有限，不可能滿足國(guó)內(nèi)建設(shè)規(guī)模的需要。
2、設(shè)計(jì)規(guī)范存在的問題
目前，柔性路面國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范仍然采用彎沉值控制，路面設(shè)計(jì)以軸載100kN的雙輪組單軸為標(biāo)準(zhǔn)軸載；對(duì)瀝青混凝土面層應(yīng)采用容許回彈彎沉、彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力三項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)；在交通量小的支路上鋪筑瀝青時(shí)，可僅用容許彎沉值設(shè)計(jì)；對(duì)瀝青碎石面層采用容許回彈彎沉和剪應(yīng)力兩項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)數(shù)和折合成標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)數(shù)作為控制指標(biāo)。
在路面設(shè)計(jì)中，一方面交通車輛調(diào)查資料，是為通行能力服務(wù)的，沒有考慮到超載的問題，使得設(shè)計(jì)中得不到準(zhǔn)確軸載，造成設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載出現(xiàn)與事實(shí)不相符的情況。這樣，對(duì)于一些道路而言，從一開始就降低了累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸的數(shù)量，使得設(shè)計(jì)彎沉值偏大，基層、低基層的拉應(yīng)力偏小，造成路面整體剛度不足，導(dǎo)致路面提前破壞。
另外，由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，載貨車輛中，80%有超載現(xiàn)象，正是這部分超載車輛加速了路面的破損，促使路面開裂、推擁，甚至局部下陷。
3、氣候的影響
?。?）低溫裂縫。瀝青材料在較高溫度條件下具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不至于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時(shí)半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力瀝青混合料的應(yīng)力松弛趕不上溫度應(yīng)力增長(zhǎng)，混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青面層就會(huì)開裂，產(chǎn)生裂縫。由于瀝青路面寬度有限，收縮路面結(jié)構(gòu)的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。
?。?）溫度疲憊裂縫。這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲憊，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。瀝青路面具有高溫軟化特性，盡管設(shè)計(jì)及施工中盡可能降低油石比，最大限度地利用骨料級(jí)配增大高溫穩(wěn)定性，但在車輛長(zhǎng)期作用下仍要產(chǎn)生車轍。泛油一般出現(xiàn)在高溫天氣，由于氣溫升高而導(dǎo)致瀝青軟化點(diǎn)的不適應(yīng)。
4、瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)存在的問題
瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)按規(guī)范要求應(yīng)經(jīng)過四個(gè)階段，即目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段及驗(yàn)證階段和試拌試鋪階段，各階段對(duì)要達(dá)到的目的都有明確的要求，在施工時(shí)，有的單位壓縮兩至三個(gè)階段，有的干脆憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工。因此，從理論和實(shí)踐來講存在較大的偏差，從而導(dǎo)致瀝青混凝土內(nèi)在質(zhì)量存在先天不足。另一方面，由于現(xiàn)狀所致，政績(jī)工程工期較短，加上低價(jià)中標(biāo)，碎石料場(chǎng)不規(guī)范，大多地材都由個(gè)體企業(yè)承擔(dān)，料場(chǎng)分散，設(shè)備落后，材料的均質(zhì)性、穩(wěn)定性均有較大的差別。雖然大部分單位在開工前都作了篩分分析符合要求，在施工過程中也檢測(cè)并予以調(diào)整配合比，但由于差異性大，不可能做到十分準(zhǔn)確，導(dǎo)致路面出現(xiàn)一些常見病害。
5、瀝青混凝土拌合溫度的控制
石油瀝青拌合出場(chǎng)溫度要求在120～165℃，而實(shí)際上有些施工單位由于設(shè)備和人員素質(zhì)等原因，在拌合溫度控制方面時(shí)高時(shí)低很不穩(wěn)定。溫度過高可能導(dǎo)致瀝青變質(zhì)，沒有黏性使瀝青混凝土松散；溫度過低，瀝青混和料拌合不勻，影響級(jí)配，這些也是導(dǎo)致瀝青路面有時(shí)局部松散或其他病害的原因。在瀝青混合料拌制完成后，從拌合廠向攤鋪現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)倪^程中，空氣與混合料之間的溫差一般大于120℃。加上因速度形成的相對(duì)風(fēng)速較高，會(huì)導(dǎo)致混合料溫度在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前有較大的下降。降溫幅度由表及里逐漸減少，最嚴(yán)重的降溫區(qū)發(fā)生在料堆表面和馬槽的接觸面。降溫嚴(yán)重程度取決于運(yùn)輸時(shí)間、速度、氣溫、保溫措施等因素。
6、瀝青混凝土的攤鋪
現(xiàn)在攤鋪設(shè)備斷面加寬，瀝青混合料從中間通過膠輪輸送到兩側(cè)，由于距離大，必然產(chǎn)生離析，這種離析改變了瀝青混凝土生產(chǎn)配合比；其次，由于燙平板從機(jī)心向兩側(cè)懸臂較長(zhǎng)，隨著攤鋪次數(shù)的增加，產(chǎn)生變形，對(duì)路面橫坡的控制也有較大影響。
另外，在混合料從運(yùn)輸車向攤鋪機(jī)喂料斗卸料到刮料板輸料的過程中，接觸面表層料，非凡是兩側(cè)車廂接觸面的表層料，在每車料中最后被刮料板送到螺旋布料器，即每一車料降溫幅度最大的表層“冷”料是集中被鋪出的，表面料降溫幅度較大、在正常的碾壓過程中壓實(shí)度難以達(dá)到要求，是路面發(fā)生松散、坑槽和滲水破壞的原因。
7、平行交叉作業(yè)對(duì)路面質(zhì)量的影響
城市道路施工過程中涉及的單位較多，如：自來水、雨污水、供熱、煤氣、電信、電力、有線電纜、道路照明等地下管線。由于平行交叉作業(yè)，加上工期較緊，對(duì)路面質(zhì)量產(chǎn)生影響，如在土基碾壓成型以后，管線單位又挖溝下管，管線單位對(duì)回填土的壓實(shí)質(zhì)量普遍不重視，因此，造成局部不均勻沉降；又如瀝青砼攤鋪底面層、中面層時(shí)，道路照明施工單位要進(jìn)行燈桿和電纜的鋪設(shè)，而且不能封閉交通，導(dǎo)致路面污染嚴(yán)重，從而使路面層與層之間的黏結(jié)受到影響，非凡是當(dāng)瀝青面層較薄時(shí)，在車輛高速行駛荷載作用下，瀝青路面產(chǎn)生脫落、推擁、扭曲裂縫等現(xiàn)象。
二、路面病害的防治措施
1、設(shè)計(jì)方面
從目前的設(shè)計(jì)規(guī)范來看，結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)偏薄，路面基層、底基層滿足不了行車荷載的作用，通過路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足瀝青路面強(qiáng)度和承載能力要求，特別是應(yīng)考慮特大車輛荷載對(duì)路基路面所產(chǎn)生的影響。
?。?）在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和濕縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。
?。?）選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)的措施。
?。?）在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，優(yōu)先選用針人度較大的瀝青做瀝青面層。
?。?）瀝青面層采用密實(shí)型瀝青混凝土。
?。?）采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期問一般不會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。
2、施工方面
優(yōu)秀的設(shè)計(jì)、合理的工期是修筑高質(zhì)量的基礎(chǔ)，而科學(xué)施工則是高質(zhì)量的保證。首先是對(duì)材料的選配，特別是集料場(chǎng)應(yīng)固定，選擇1～2家能保證施工進(jìn)度的廠家供料，使材料級(jí)配始終處于受控狀態(tài)，不能偏離級(jí)配中線太遠(yuǎn)。在施工過程中從以下幾方面進(jìn)行控制：
?。?）嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，混合料的含水量不能超過壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。
（2）半剛性基層碾壓完成后，要及時(shí)養(yǎng)生。
?。?）半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層。
?。?）透層或封層完成后，應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。瀝青的選用十分關(guān)鍵，要挑選符合各項(xiàng)規(guī)范要求的瀝青，特別是瀝青針人度、延度指標(biāo)必須嚴(yán)格把關(guān)。在北方施工由于近些年的氣候偏暖，因此，瀝青標(biāo)號(hào)宜選擇在規(guī)定范圍內(nèi)低標(biāo)號(hào)瀝青。此外，透層油、粘層油瀝青應(yīng)采用與瀝青砼同一種瀝青，特別是油石比的選擇應(yīng)考慮粘層油、透層油返油時(shí)的影響。瀝青砼施工期間，交通管制必須有專人負(fù)責(zé)，禁止非施工車輛上路，防止上路機(jī)械漏油，保持路面干凈整潔。
3、養(yǎng)護(hù)方面
?。?）對(duì)于瀝青路面可能出現(xiàn)的病害，應(yīng)預(yù)先采取措施進(jìn)行防護(hù)。可以根據(jù)路面的使用狀況和自然條件，預(yù)先選用一些適合的材料對(duì)路面進(jìn)行防治，通過及早、有效的防治，能避免或者延緩發(fā)生路面的某些病害。
（2）瀝青路面出現(xiàn)病害時(shí)要及時(shí)做修補(bǔ)處理。養(yǎng)護(hù)管理的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：“小洞不補(bǔ)，大洞吃苦”，如果路面出現(xiàn)一些病害能及時(shí)有效地處理，不但對(duì)路面不會(huì)造成大的損害，同時(shí)也會(huì)節(jié)約養(yǎng)護(hù)管理的經(jīng)費(fèi)，確保交通安全。
三、路面病害的處理方法
1、路面裂縫
?。?）由于路面基層溫縮、干縮引起的縱橫向裂縫，縫寬在6mm以內(nèi)的，宜將裂縫的縫隙用鐵刷子刷掃干凈，并用壓縮空氣吹去沙塵后，采用熱瀝青或乳化瀝青灌縫封堵。
?。?）縫寬在6mm以上的，填瀝青砂石或細(xì)料式瀝青混合料，搗實(shí)后用烙鐵封口，隨即撒砂掃勻，有條件的也可采用改性乳化瀝青混合料填封。
（3）對(duì)土基或路面基層強(qiáng)度不足引起的裂縫類破損，要首先處理土基或基層，然后再修復(fù)路面。
?。?）對(duì)輕微面積比較集中，且路基強(qiáng)度較好的裂縫，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可選用乳化瀝青稀漿封層，或熱瀝青封層罩面，或先鋪設(shè)土工布，再在其上進(jìn)行熱瀝青封層罩面。
2、麻面松散
?。?）因低溫施工造成的麻面松散，可以將松散料收集好，待氣溫上升到20℃以上，將松散部位清掃干凈，重做噴油封層。噴灑熱瀝青0.8kg/m2～1.0kg/m2后，撒3mm～5mm厚的石屑或粗砂（5m3/l00m2～8m3/l00m2），并用輕型壓路機(jī)壓實(shí)。若在低溫潮濕季節(jié)，也可以采用乳化瀝青封層處理。
（2）由于溫度過高，粘結(jié)料氣化而造成的松散病害，應(yīng)清除重鋪。
（3）由于基層或土基強(qiáng)度不足、松軟變形而引起的松散，要首先處理基層或土基病害，補(bǔ)強(qiáng)滿足要求后再重做路面面層。
3、瀝青路面坑槽
?。?）路面基層完好，僅面層有坑槽時(shí)修補(bǔ)方法：
?、贉y(cè)定破壞部分的范圍和深度，按“圓洞方補(bǔ)”原則，劃出大致與路中心線平行或垂直的挖槽修補(bǔ)輪廓線（正方形或長(zhǎng)方形）。
?、诎此鶆澋妮喞€開槽應(yīng)開鑿到坑底穩(wěn)定的部分，其深度不得小于原坑槽的最大深度，槽壁要垂直。
?、矍宄鄣?、槽壁的松動(dòng)部分及粉塵、雜物，在干凈的槽底槽壁涂刷粘層油。
?、芴钊霝r青混合料（在潮濕或低溫季節(jié)，宜采用乳化瀝青拌制的混合料），視坑槽的深度采用單層式或雙層式填補(bǔ)整平。
?、萦眯⌒蛪簩?shí)機(jī)具壓實(shí)，新填補(bǔ)的部分應(yīng)略高于原路面，雙層填補(bǔ)要分層壓實(shí)。
?、薏捎脽嵝扪a(bǔ)養(yǎng)護(hù)車，用加熱板加熱坑槽處路面，翻新被加熱軟化鋪裝層，噴灑乳化瀝青，加入新的瀝青混合料，然后攪拌攤鋪，壓路機(jī)壓實(shí)成型。
?。?）路面基層損壞，應(yīng)針對(duì)損壞原因，先處理基層病害，再修復(fù)面層。
?。?）在雨雪連綿的寒冷季節(jié)，為控制坑槽擴(kuò)展，可采用現(xiàn)有路面材料臨時(shí)填補(bǔ)坑槽，待天氣好轉(zhuǎn)后再按規(guī)范要求修復(fù)。
4、路面沉陷
?。?）僅由于面層不均勻沉陷引起的裂縫和輕微下沉，若土基和基層都已密實(shí)穩(wěn)定，可對(duì)沉陷部分拉毛、掃凈，灑粘層瀝青后把沉陷部分填補(bǔ)到與原路面平齊。
?。?）因土基或基層結(jié)構(gòu)遭破壞而引起的沉陷，應(yīng)先將土基和基層修理好后，再修復(fù)面層。
?。?）因路基沉陷導(dǎo)致路面嚴(yán)重破損，礦料已經(jīng)松動(dòng)、脫落形成坑槽的，應(yīng)按照坑槽的修補(bǔ)方法予以處治。
?。?）橋涵臺(tái)背因填土不密實(shí)出現(xiàn)不均勻沉降的，可以采取以下處治方法：
?、偻诔秊r青面層，在沉陷部分加鋪基層后重做面層；
?、趯?duì)于臺(tái)背填土密實(shí)度不夠的，用夯實(shí)機(jī)械重新做壓實(shí)處理；
?、蹖?duì)軟土基宜換土處理，換土深度應(yīng)視軟土基層厚度而定。填換材料要選用強(qiáng)度高、透水性好的級(jí)配材料，如砂礫、碎石土、工業(yè)廢渣等；
?、莶捎米{加固處理。
四、結(jié)語
總之，造成城市道路瀝青路面病害的原因是多方面的，無論是在設(shè)計(jì)方面、還是施工方面都存在一些不足。在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)其成因從路面設(shè)計(jì)、原材料進(jìn)場(chǎng)到具體施工，有針對(duì)性地采取一系列預(yù)防和改善措施，從根本上減少瀝青路面的病害的發(fā)生，使城市道路建設(shè)質(zhì)量全面提高，更上新臺(tái)階。
