某沥青混凝土路面病害处治及预防研究-建筑设计论文发表

某沥青混凝土路面病害处治及预防研究
曾伟强
摘要：通过某高速公路病害情况的实地调查，对沥青混凝土路面病害形成原因进行研究，并提出减轻和预防沥青混凝土路面早期破坏的几点建议。
关键词：道路工程；沥青混凝土路面；早期破坏；长大纵坡；车辙；
沥青混凝土路面与水泥混凝土路面相比，由于其具有噪声小、行车舒适、强光下防眩目效果好、易于维修养护等优点，已被广泛用作高等级公路面层。随着交通量的日益增长，大型超重车辆的不断增多，对沥青路面的性能要求越来越高，特别是有部分高等级公路，由于工时对交通量调查测算不准，建成通车后道路不堪重负，面层产生早期破坏；一方面，由于施工期间，对影响沥青面层质量的各种因素考虑不周、工艺技术措施缺乏，致使沥青路面建成通车不久出现使用性能下降，甚至发生一些想象不到的早期病害，造成了经济损失和社会负面影响。通过对某公路工程沥青路面使用情况的调查分析，对沥青混领土路面病害进行研究探讨。
1、调查背景、结果
对某高速公路进行实地调查，调查内容主要包括路面结构组合、破损状况、使用年限和交通量情况。高速公路沥青混凝土路面的设计使用寿命一般为15年,某公路路面并未达到设计年限。但由于某段至某段属于长大纵坡路段，车辆荷载形成的剪切力较大，对路面使用有不利影响，其余路段也均有不同程度损坏。
从路面破坏形式来看，早期水损害占主要地位。调查道路损坏主要形式有：唧浆、网裂、松散；推移；磨光、表面石料飞离、石料压碎等。
调查发现沥青混凝土路面纵坡路段的车辙相对较严重；上坡一侧的车辙比下坡一侧的要严重；超载车、重载车多的方向车辙严重。层间滑移主要出现在纵坡路段和小半径弯道处，其中纵坡路段临近坡顶和坡底1／3处较严重。
2、破坏原因分析
2.1力学分析
由于纵坡段路面在所调查道路中占很大比例，对纵坡段沥青混凝土路面进行了数值模拟分析，得出以下相关结论。
1)下坡过程中，车辆行驶速度逐渐增大，到距坡顶约1／3处达到最大，如此时沥青混凝土路面材料为弹性本构，则路面层底弯拉应力达到峰值。上坡过程中，随着开始阶段车辆行驶速度逐渐降低，距坡底约1／3处速度达到最小值，考虑路面材料处于粘弹性本构条件，路面层底出现拉应力和压应力突变的幅值逐渐接近，路面材料经过了一次较大的疲劳荷载循环。这两种情况均易导致路面发生破坏。
2)对沥青混凝土路面纵坡段的数值模拟研究表明，层表与层底的剪应力时程曲线的变化规律基本一致，但层表剪应力时程曲线的峰值要大于层底。这表明，一旦纵坡上的沥青混凝土路面出现抗剪切能力失效，则裂缝最有可能首先出现在路面的表面，之后从上向下扩展。
3)随着沥青混凝土面层和基层材料模量比的增大，面层中的剪应力逐渐减小。这说明在纵坡路面材料设计时，适当选用较大模量的面层材料，对于延缓或者减少面层出现早期剪切破坏是有利的。
4)随着纵坡的增大，车辆荷载施加于路面上的剪应力呈线性增大。层底的剪应力也随着纵坡坡度的增大而呈线性增加，但是增大的幅度较层表小。
5)在垂直气候分布较为明显的地域，路表面温度的变化对路面应力的影响较为明显。在路表温度较高地段，路表面的垂直位移明显大于路表温度较低的路段。当温度较低时，层表承受的压应力要明显大于温度较高时，沥青混凝土材料本构表现出了较多的刚性，因此能够在更大范围内起到持力层的作用。沥青混凝土的这一特点要求其在低温时，相应的抗疲劳、抗断裂性能都要提高，才不至于在短时间内出现荷载类破损。
6)随着数值模拟计算时轮胎接地压力的增大，纵坡段沥青混凝土路面层底弯拉应力和层间剪应力都线性增大。这从理论上表明，路面内力与行车荷载之间存在线性关系。
2．2破坏原因调查总结
1)原材料。集料本身质量和后期加工均不太理想，岩石节理发育、含较多风化成分，料场无除尘和整形设备，加工所用块石未进行人工分拣，含有较多方解石、黄皮石等杂质，因此集料的强度、与沥青的粘附性较差。一些路段，集料在车辆荷载作用下出现压碎现象，使得水侵入路面内部。普遍采用90号沥青，而改性沥青及70号沥青应用均较少。沥青胶结料稠度偏稀，易产生车辙。
2)汽车超载和纵坡综合效应。由于地貌形态的限制，道路路线纵坡长且陡。
3)施工组织与控制。采用一台摊铺机全幅摊铺，易造成边缘离析。正常碾压时，只用钢轮压路机，几乎不用胶轮压路机，只在边缘用轻型胶轮压路机收边，造成压实度不足，路面渗水。摊铺温度和碾压温度偏低，未做到高温紧跟碾压，也是路面压实不足的重要原因。压实度标准密度的选用存在一定缺陷，以马氏密度作为标准密度的同时，应以最大理论密度作为标准进行校核。
4)混合料配合比设计。集料筛分试验采用干筛法，造成矿粉用量不准确，影响混合料路用性能。沥青混合料设计空隙率偏大，室内成型温度偏低，造成标准试件密度偏低，使得在压实度符合规范要求的情况下，现场空隙率仍很大，路面渗水严重。采用中值设计法，粉胶比较大，为悬浮型结构，使沥青混合料的水稳定性和高温稳定性均不理想。沥青混合料级配不理想，路面离析严重，其表现为粗集料分离现象明显。
5)路面结构。路面结构层厚度与混合料中集料的最大公称尺寸不匹配，不能满足厚度大于公称尺寸3倍以上的要求，易造成混合料离析且难以压实，出现压实度不足和渗水现象。
调查情况如：某高速公路路面面层结构为4cm上面层+5cm中面层+6cm下面层，面层厚度偏薄。而且结构层厚度与沥青混合料粒径不匹配，使得面层离析较多，难以压实，表面孔隙较大。未设下封层，水进入路面内部后，在动水压力作用下，不断冲刷基层表面，使基层出现松散，浮浆泛到沥青混凝土路面表面。
6)其它原因。高填路基沉降引起纵向开裂，破坏半刚性基层，形成反射裂缝引起表面开裂，使水从裂缝处下渗。对于酸性石料，采用水泥作为抗剥落剂，虽然能在一定程度上提高沥青混合料的水稳定性，但混合料呈脆性，易产生裂缝；水泥标号采用32.5级，导致掺量过高，一般高达5.5％，有时甚至高达6.0％以上。
3、预防病害产生的措施
3.1从设计方面加以预防
1）车辆荷载作用于路面的竖向力和应变随深度而递减,因而路面各结构层应按强度和模量自上而下递减的组合方式施工,且相邻结构层之间的模量不能相差过大。
公路设计时要避免纵坡的连续出现，尽量减小坡度，控制坡长，不能仅满足于符合技术标准的纵坡要求。对于过长且陡的坡段，设计时可改为隧道，避免出现纵坡。如果确因地形限制不得不采用纵坡，应对重载交通特别多的路段进行单独设计，并且限制车辆的超载运行。
2)所以在设计时应验算基层底面及面层底面弯拉应力,必要时改变面层厚度。
3)路面较宽时,适当增加路拱度,以利排水,降低积水对路面的破坏程度。
3.2从施工方面加以预防
1)要预防路面病害,施工单位必须做到:有完善的规章制度,设施齐全的质量保证体系,有足够的专业技术人员、施工管理人员,良好的机械设备和精密的试验检测仪器。
2)在油面施工中应加以预防的措施:
加强原材料的自检,选择沥青时,应考虑厂方的质量情况及信誉,结合本地的气候、路面类型和交通量,并做到及时化验。材料进场后,要现场取样,认真做好施工配合比,在矿料规格、来源有变时,重新做施工配合比。施工前要先铺试验段,通过试验路的铺筑测出各项技术指标用于施工指导。要有比较先进、性能良好,配套齐全的拌和、摊铺和碾压设备。要控制好拌和、摊铺和碾压温度及作业段长度。
3)在基层的施工中应做到:使用合格的材料,配比要准确,拌和要均匀,碾压要密实,同时要严格控制好平整度和路拱度。
4)在土基的施工中应做到:严格控制高程、压实度,并及时进行弯沉检测,满足设计要求后应及时加铺白灰土底基层,以防雨水侵害路基,对路基弯沉值不能满足设计要求的路段要坚决进行返工处理。
5)加强日常小修保养，及时采取经济有效的预防性养护措施。
4、早期病害的处治
结合已有的研究成果,提出以下几点措施处治某公路沥青混凝土路面产生的病害。
1)路面推移、泛油和车辙的处治措施，主要包括：选择S形级配曲线或直接采用Superpave方法设计沥青混合料、适度降低沥青含量、选择棱角性较大的粗细集料、施工摊铺时尽量避免搅拌不匀的现象、运输途中绝不能出现颠簸严重运输时间长的情况。出现路面推移情况时只能局部铲除，采用符合要求的新混合料摊铺，并应与周边的混合料结合紧密。近几年来改性沥青混合料的生产施工实践证明，采用改性沥青混合料是防止或延缓路面产生车辙的有效方法。在沥青中掺入不同的改性剂能改善沥青的很多性能，如黏度提高、感温性能降低、软化点提高、针入度减小、耐老化性能提高等，从而也相应地提高了沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力；也可以采用沥青混合料添加剂的方法，来改善沥青混凝土面层的高温性能。
2)裂缝的处治措施，主要有铺筑足够厚度的沥青混凝土面层、选择防裂性能好的材料、设置应力吸收层、在新铺半刚性基层采用预开裂技术、优化施工工艺控制裂缝发生、在路面出现微小裂缝时及时采取处治措施。
3)水损坏的处治措施，主要为加强路面排水、重视中央分隔带排水、做好下封层设计与施工、提高沥青混合料的水稳定性、加强沥青混凝土层与沥青混凝土层之间的黏结、提高沥青混凝土面层的压实标准减少现场空隙率。
4、结语
随着我国公路建设的发展，只有长期保持良好的路面使用性能，道路建设的巨额投资才能充分发挥其效益。本文针对某高速公路沥青混凝土路面早期破坏进行调查研究，分析总结病害产生的原因，并提出防治意见，对这些道路的后期养护和拟建道路的设计施工有一定的参考价值。
参考文献：
[1]JTGD50一2006，公路沥青路面设计规范
[2]沈金安，李福普，陈果．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M]．人民交通出版社