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沥青路面常见病害成因分析及防治措施研究

贺侯平
摘要:沥青路面在施工以及使用的过程当中,由于遭受种种不同的原因出现各种类型的病害,文章通过对沥青路面常见病害的原因进行分析,针对不通类型的病害提出了各种不同的防治措施。
关键词:沥青路面;病害;成因分析;防治措施
沥青混凝土路面具有良好的力学性能和较好的耐久性及行车舒适性,从三级路到高速公路均普遍采用,成为道路建设长久使用的一种材料,我国绝大部分公路都采用沥青混凝土路面。但是,随着一条条沥青路面公路的建成并投入运营,沥青路面早期病害现象也越来越引起业内人士的普遍关注。目前,我国沥青混凝土路面最常见的早期病害现象有:裂缝、坑槽、松散、泛油、拥包、波浪、滑溜、沉陷等,这些病害基本上也是公路工程质量的通病,对新建公路的正常使用形成了严重的威胁,对公路维护提出了更严峻的挑战。这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全,加大了汽车磨损,缩短了沥青路面使用寿命。本文针对这些病害进行原因分析,旨在提出可行的防治措施。
1 病害出现原因分析
沥青路面各种病害的成因比较复杂,由于环境、地点、气候条件的不同,病害的情况不一。目前,在路面设计中,一方面交通车辆调查资料,是为通行能力服务的,没有考虑到超载的问题,使得设计中得不到准确轴载,造成设计年限内累计标准轴载出现与事实不相符的情况。这样,对于一些道路而言,从一开始就降低了累计标准轴的数量,使得设计弯沉值偏大,基层、低基层的拉应力偏小,造成路面整体刚度不足,导致路面提前破坏。另外,由于受经济利益的驱动,载货车辆中,80%有超载现象,正是这部分超载车辆加速了路面的破损,促使路面开裂、推拥,甚至局部下陷。
1.1 气候的影响
沥青材料在较高温度条件下具有良好的应力松弛性能,温度升降产生的变形不至于产生过大的温度应力,但当气温大幅度下降时,沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力,当拉应力沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长,混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的,面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度,沥青面层就会开裂,产生裂缝。由于沥青路面宽度有限,收缩路面结构的相互约束小,所以低温裂缝主要是横向的。在日温差大的地区,由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳,使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小,加上沥青的老化使沥青劲度增高,应力松弛性能降低,最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。沥青路面具有高温软化特性,尽管设计及施工中尽可能降低油石比,最大限度地利用骨料级配增大高温稳定性,但在车辆长期作用下仍要产生车辙。泛油一般出现在高温天气,由于气温升高而导致沥青软化点的不适应。
1.2 沥青混凝土配合比
沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段,即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段及验证阶段和试拌试铺阶段,各阶段对要达到的目的都有明确的要求,在施工时,有的单位压缩两至三个阶段,有的干脆凭经验进行施工。因此,从理论和实践来讲存在较大的偏差,从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。另一方面,由于现状所致,政绩工程工期较短,加上低价中标,碎石料场不规范,大多地材都由个体企业承担,料场分散,设备落后,材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都作了筛分分析符合要求,在施工过程中也检测并予以调整配合比,但由于差异性大,不可能做到十分准确,导致路面出现一些常见病害。
1.3 沥青混凝土拌合温度
石油沥青拌合出场温度要求在120～165℃, 但是在拌合温度控制方面时高时低很不稳定。温度过高可能导致沥青变质,没有黏性使沥青混凝土松散;温度过低,沥青混和料拌合不匀,影响级配,这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的原因。在沥青混合料拌制完成后,从拌合厂向摊铺现场运输的过程中,空气与混合料之间的温差一般大于120℃。加上因速度形成的相对风速较高,会导致混合料温度在到达现场前有较大的下降。降温幅度由表及里逐渐减少,最严重的降温区发生在料堆表面和马槽的接触面。降温严重程度取决于运输时间、速度、气温、保温措施等因素。
1.4 沥青混凝土的摊铺
现在摊铺设备断面加宽,沥青混合料从中间通过胶轮输送到两侧,由于距离大,必然产生离析,这种离析改变了沥青混凝土生产配合比;其次,由于烫平板从机心向两侧悬臂较长,随着摊铺次数的增加,产生变形,对路面横坡的控制也有较大影响。另外,在混合料从运输车向摊铺机喂料斗卸料到刮料板输料的过程中,接触面表层料,特别是两侧车厢接触面的表层料, 在每车料中最后被刮料板送到螺旋布料器,即每一车料降温幅度最大的表层“冷”料是集中被铺出的,表面料降温幅度较大、在正常的碾压过程中压实度难以达到要求,是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的原因。
2 防治措施
沥青路面常见病害的根治应从设计,施工和路面维护三个方面着手,只解决一个方面的问题是不够的。
2.1 从设计方面提出的措施
从目前的设计规范来看,在车辆荷载对路基路面所产生的影响,其换算关系不是简单的倍数关系,在这方面要应引进部分省市科研机构的科研成果或引进国外科研机构提供的一些参数进行修定。
2.2 施工方面采用的措施
对于只有轻微泛油的路段,可撒3-5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压;对于泛油较严重的路段,可先撒5-10mm粒径的碎石,用压路机碾压,待稳定后,再撒3-5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压。对于路面基层完好,仅面层出现坑槽病害时,将坑槽范围挖成矩形,槽壁应垂直,其深度不得小于原坑槽的最大深度,清除槽底、槽壁的松动部分及粉尘、杂物,并在四周涂刷沥青后,用沥青混合料填补并整平,并予以夯实。对于因基层局部强度不足等使基层破坏而形成的坑槽,则应将面层和基层完全挖除,如土基中含有淤泥,还应将淤泥全部挖除,换填新料并夯实。在地下水位较高的潮湿路段,应采取措施引出地下水并在基层下面加铺一层水稳性好的材料,最后重做路面面层。因面层沥青用量过多或细集料集中而产生较严重拥包,或路面连续多次出现拥包且面积较大,但路面基层仍属稳定,则应用机械或人工将拥包全部除去,并低于路表面约10mm,扫净碎屑、杂物及粉尘后用热沥青混合料重做面层。
对于较小的纵缝和横缝,一般用灌入热沥青材料加以封闭处理。对于较大的裂缝,则用填塞沥青石屑混合料方法处理;对于大面积的龟裂、块状裂缝,通常采用加铺封层或沥青表面处治;块状裂缝、龟裂严重的路段,则应进行补强或彻底翻修。因路面边缘沥青面层破损而形成啃边应将破损的沥青面层挖除,在接茬处涂刷适量的粘结沥青,用沥青混合料进行填补,再整平压实,修补啃边后的路面边缘应与原路面边缘齐顺;对于基层松软、沉陷而形成的啃边,应先对路面边缘基层局部加强后再恢复面层。因路基不均匀沉降引起的下沉,基层已稳定的可直接修补面层;基层或土基仍不稳定的须先进行换填或注浆加固处理,然后再修补面层。
2.3 路面维护方面的措施
围绕建设与养护、维修与预防的关系,随着路网的不断完善,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投资效益,而长期保持路面良好的技术状况必须有一个强有力的养护维修支持系统来保障。从这一意义上来说,养护维修实际上是道路建设的一种继续。在路面养护和维修的关系上,长期以来人们总是习惯于等到路面开始出现损坏后,才想起要对它进行维修,而对于路面还处于良好状态下进行预防性养护的意义则往往认识不足。预防性养护实质上是一种周期性的强制保养措施,并不考虑路面是否已经有了某种损坏。预防性养护最佳实施时机应该是在路面尚处于良好状况、或者只有某些病害先兆时进行。虽然预防性养护需要投入某些费用,但它是一种费用-效益比非常良好的养护措施。当路面刚出现病害先兆时,及时对路面进行养护要比发生大的病害后处理简单节省费用。这也从另一侧面说明了重视预防性养护的经济意义。
综上所述沥青路面质量好与坏, 不单是施工单位单一的质量控制, 还涉及到设计水平, 政府行为等多种因素。
3 结束语
沥青路面早期破坏,不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关,而且与路面形成后的使用、养护和管理联系紧密。因此,各级交通管理部门都应引起足够的重视,并根据其成因需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责,分头把关,有针对性的采取一系列预防和改善措施,只有这样,才能从根本上减少沥青路面的早期破损现象的发生,使公路建设质量全面提高,更上新台阶。
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