某瀝青混凝土路面病害處治及預防研究
曾偉強
摘要：通過某高速公路病害情況的實地調查，對瀝青混凝土路面病害形成原因進行研究，并提出減輕和預防瀝青混凝土路面早期破壞的幾點建議。
關鍵詞：道路工程；瀝青混凝土路面；早期破壞；長大縱坡；車轍；
瀝青混凝土路面與水泥混凝土路面相比，由于其具有噪聲小、行車舒適、強光下防眩目效果好、易于維修養(yǎng)護等優(yōu)點，已被廣泛用作高等級公路面層。隨著交通量的日益增長，大型超重車輛的不斷增多，對瀝青路面的性能要求越來越高，特別是有部分高等級公路，由于工時對交通量調查測算不準，建成通車后道路不堪重負，面層產生早期破壞；一方面，由于施工期間，對影響瀝青面層質量的各種因素考慮不周、工藝技術措施缺乏，致使瀝青路面建成通車不久出現(xiàn)使用性能下降，甚至發(fā)生一些想象不到的早期病害，造成了經濟損失和社會負面影響。通過對某公路工程瀝青路面使用情況的調查分析，對瀝青混領土路面病害進行研究探討。
1、調查背景、結果
對某高速公路進行實地調查，調查內容主要包括路面結構組合、破損狀況、使用年限和交通量情況。高速公路瀝青混凝土路面的設計使用壽命一般為15年,某公路路面并未達到設計年限。但由于某段至某段屬于長大縱坡路段，車輛荷載形成的剪切力較大，對路面使用有不利影響，其余路段也均有不同程度損壞。
從路面破壞形式來看，早期水損害占主要地位。調查道路損壞主要形式有：唧漿、網裂、松散；推移；磨光、表面石料飛離、石料壓碎等。
調查發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土路面縱坡路段的車轍相對較嚴重；上坡一側的車轍比下坡一側的要嚴重；超載車、重載車多的方向車轍嚴重。層間滑移主要出現(xiàn)在縱坡路段和小半徑彎道處，其中縱坡路段臨近坡頂和坡底1／3處較嚴重。
2、破壞原因分析
2.1力學分析
由于縱坡段路面在所調查道路中占很大比例，對縱坡段瀝青混凝土路面進行了數(shù)值模擬分析，得出以下相關結論。
1)下坡過程中，車輛行駛速度逐漸增大，到距坡頂約1／3處達到最大，如此時瀝青混凝土路面材料為彈性本構，則路面層底彎拉應力達到峰值。上坡過程中，隨著開始階段車輛行駛速度逐漸降低，距坡底約1／3處速度達到最小值，考慮路面材料處于粘彈性本構條件，路面層底出現(xiàn)拉應力和壓應力突變的幅值逐漸接近，路面材料經過了一次較大的疲勞荷載循環(huán)。這兩種情況均易導致路面發(fā)生破壞。
2)對瀝青混凝土路面縱坡段的數(shù)值模擬研究表明，層表與層底的剪應力時程曲線的變化規(guī)律基本一致，但層表剪應力時程曲線的峰值要大于層底。這表明，一旦縱坡上的瀝青混凝土路面出現(xiàn)抗剪切能力失效，則裂縫最有可能首先出現(xiàn)在路面的表面，之后從上向下擴展。
3)隨著瀝青混凝土面層和基層材料模量比的增大，面層中的剪應力逐漸減小。這說明在縱坡路面材料設計時，適當選用較大模量的面層材料，對于延緩或者減少面層出現(xiàn)早期剪切破壞是有利的。
4)隨著縱坡的增大，車輛荷載施加于路面上的剪應力呈線性增大。層底的剪應力也隨著縱坡坡度的增大而呈線性增加，但是增大的幅度較層表小。
5)在垂直氣候分布較為明顯的地域，路表面溫度的變化對路面應力的影響較為明顯。在路表溫度較高地段，路表面的垂直位移明顯大于路表溫度較低的路段。當溫度較低時，層表承受的壓應力要明顯大于溫度較高時，瀝青混凝土材料本構表現(xiàn)出了較多的剛性，因此能夠在更大范圍內起到持力層的作用。瀝青混凝土的這一特點要求其在低溫時，相應的抗疲勞、抗斷裂性能都要提高，才不至于在短時間內出現(xiàn)荷載類破損。
6)隨著數(shù)值模擬計算時輪胎接地壓力的增大，縱坡段瀝青混凝土路面層底彎拉應力和層間剪應力都線性增大。這從理論上表明，路面內力與行車荷載之間存在線性關系。
2．2破壞原因調查總結
1)原材料。集料本身質量和后期加工均不太理想，巖石節(jié)理發(fā)育、含較多風化成分，料場無除塵和整形設備，加工所用塊石未進行人工分揀，含有較多方解石、黃皮石等雜質，因此集料的強度、與瀝青的粘附性較差。一些路段，集料在車輛荷載作用下出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象，使得水侵入路面內部。普遍采用90號瀝青，而改性瀝青及70號瀝青應用均較少。瀝青膠結料稠度偏稀，易產生車轍。
2)汽車超載和縱坡綜合效應。由于地貌形態(tài)的限制，道路路線縱坡長且陡。
3)施工組織與控制。采用一臺攤鋪機全幅攤鋪，易造成邊緣離析。正常碾壓時，只用鋼輪壓路機，幾乎不用膠輪壓路機，只在邊緣用輕型膠輪壓路機收邊，造成壓實度不足，路面滲水。攤鋪溫度和碾壓溫度偏低，未做到高溫緊跟碾壓，也是路面壓實不足的重要原因。壓實度標準密度的選用存在一定缺陷，以馬氏密度作為標準密度的同時，應以最大理論密度作為標準進行校核。
4)混合料配合比設計。集料篩分試驗采用干篩法，造成礦粉用量不準確，影響混合料路用性能。瀝青混合料設計空隙率偏大，室內成型溫度偏低，造成標準試件密度偏低，使得在壓實度符合規(guī)范要求的情況下，現(xiàn)場空隙率仍很大，路面滲水嚴重。采用中值設計法，粉膠比較大，為懸浮型結構，使瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性均不理想。瀝青混合料級配不理想，路面離析嚴重，其表現(xiàn)為粗集料分離現(xiàn)象明顯。
5)路面結構。路面結構層厚度與混合料中集料的最大公稱尺寸不匹配，不能滿足厚度大于公稱尺寸3倍以上的要求，易造成混合料離析且難以壓實，出現(xiàn)壓實度不足和滲水現(xiàn)象。
調查情況如：某高速公路路面面層結構為4cm上面層+5cm中面層+6cm下面層，面層厚度偏薄。而且結構層厚度與瀝青混合料粒徑不匹配，使得面層離析較多，難以壓實，表面孔隙較大。未設下封層，水進入路面內部后，在動水壓力作用下，不斷沖刷基層表面，使基層出現(xiàn)松散，浮漿泛到瀝青混凝土路面表面。
6)其它原因。高填路基沉降引起縱向開裂，破壞半剛性基層，形成反射裂縫引起表面開裂，使水從裂縫處下滲。對于酸性石料，采用水泥作為抗剝落劑，雖然能在一定程度上提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但混合料呈脆性，易產生裂縫；水泥標號采用32.5級，導致?lián)搅窟^高，一般高達5.5％，有時甚至高達6.0％以上。
3、預防病害產生的措施
3.1從設計方面加以預防
1）車輛荷載作用于路面的豎向力和應變隨深度而遞減,因而路面各結構層應按強度和模量自上而下遞減的組合方式施工,且相鄰結構層之間的模量不能相差過大。
公路設計時要避免縱坡的連續(xù)出現(xiàn)，盡量減小坡度，控制坡長，不能僅滿足于符合技術標準的縱坡要求。對于過長且陡的坡段，設計時可改為隧道，避免出現(xiàn)縱坡。如果確因地形限制不得不采用縱坡，應對重載交通特別多的路段進行單獨設計，并且限制車輛的超載運行。
2)所以在設計時應驗算基層底面及面層底面彎拉應力,必要時改變面層厚度。
3)路面較寬時,適當增加路拱度,以利排水,降低積水對路面的破壞程度。
3.2從施工方面加以預防
1)要預防路面病害,施工單位必須做到:有完善的規(guī)章制度,設施齊全的質量保證體系,有足夠的專業(yè)技術人員、施工管理人員,良好的機械設備和精密的試驗檢測儀器。
2)在油面施工中應加以預防的措施:
加強原材料的自檢,選擇瀝青時,應考慮廠方的質量情況及信譽,結合本地的氣候、路面類型和交通量,并做到及時化驗。材料進場后,要現(xiàn)場取樣,認真做好施工配合比,在礦料規(guī)格、來源有變時,重新做施工配合比。施工前要先鋪試驗段,通過試驗路的鋪筑測出各項技術指標用于施工指導。要有比較先進、性能良好,配套齊全的拌和、攤鋪和碾壓設備。要控制好拌和、攤鋪和碾壓溫度及作業(yè)段長度。
3)在基層的施工中應做到:使用合格的材料,配比要準確,拌和要均勻,碾壓要密實,同時要嚴格控制好平整度和路拱度。
4)在土基的施工中應做到:嚴格控制高程、壓實度,并及時進行彎沉檢測,滿足設計要求后應及時加鋪白灰土底基層,以防雨水侵害路基,對路基彎沉值不能滿足設計要求的路段要堅決進行返工處理。
5)加強日常小修保養(yǎng)，及時采取經濟有效的預防性養(yǎng)護措施。
4、早期病害的處治
結合已有的研究成果,提出以下幾點措施處治某公路瀝青混凝土路面產生的病害。
1)路面推移、泛油和車轍的處治措施，主要包括：選擇S形級配曲線或直接采用Superpave方法設計瀝青混合料、適度降低瀝青含量、選擇棱角性較大的粗細集料、施工攤鋪時盡量避免攪拌不勻的現(xiàn)象、運輸途中絕不能出現(xiàn)顛簸嚴重運輸時間長的情況。出現(xiàn)路面推移情況時只能局部鏟除，采用符合要求的新混合料攤鋪，并應與周邊的混合料結合緊密。近幾年來改性瀝青混合料的生產施工實踐證明，采用改性瀝青混合料是防止或延緩路面產生車轍的有效方法。在瀝青中摻入不同的改性劑能改善瀝青的很多性能，如黏度提高、感溫性能降低、軟化點提高、針入度減小、耐老化性能提高等，從而也相應地提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗車轍能力；也可以采用瀝青混合料添加劑的方法，來改善瀝青混凝土面層的高溫性能。
2)裂縫的處治措施，主要有鋪筑足夠厚度的瀝青混凝土面層、選擇防裂性能好的材料、設置應力吸收層、在新鋪半剛性基層采用預開裂技術、優(yōu)化施工工藝控制裂縫發(fā)生、在路面出現(xiàn)微小裂縫時及時采取處治措施。
3)水損壞的處治措施，主要為加強路面排水、重視中央分隔帶排水、做好下封層設計與施工、提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性、加強瀝青混凝土層與瀝青混凝土層之間的黏結、提高瀝青混凝土面層的壓實標準減少現(xiàn)場空隙率。
4、結語
隨著我國公路建設的發(fā)展，只有長期保持良好的路面使用性能，道路建設的巨額投資才能充分發(fā)揮其效益。本文針對某高速公路瀝青混凝土路面早期破壞進行調查研究，分析總結病害產生的原因，并提出防治意見，對這些道路的后期養(yǎng)護和擬建道路的設計施工有一定的參考價值。
參考文獻：
[1]JTGD50一2006，公路瀝青路面設計規(guī)范
[2]沈金安，李福普，陳果．高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M]．人民交通出版社

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