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高速公路瀝青路面病害養護防治分析
2011-12-08 來源:作者:王梅香 來源:中國鳴網
1、瀝青路面常見病害分類

    1.1依據《公路養護技術規范》[1],路面瀝青路面的病害形式可分為裂縫類、松散類、變形類及其他類。

    1.1.1裂縫類有網裂、龜裂、橫向裂縫、縱向裂縫。①橫向裂縫:這種裂縫與路面中線近于垂直,裂縫起初大多出現于路面兩側的硬路肩,逐漸發展而貫穿全路幅,貫穿的裂縫沿路面大致呈均勻分布。②縱向裂縫:高速公路普遍存在縱向裂縫,大多在半填半挖路基或路面加寬處產生。③龜裂:相互交錯的疲勞裂縫,形成一系列多邊形小塊組成的網狀開裂,龜裂的初始形態是沿輪跡帶出現單條或多條平行的縱縫,其后在縱縫間出現橫向和斜向連接縫,形成網狀裂縫。網裂、龜裂一般都伴隨著路面唧漿現象。

    1.1.2松散類有瀝青混合料松散和坑槽。基層或土層松軟變形、粘結料老化、油污等均會造成瀝青路面的松散,在行車荷載作用逐漸形成坑槽。

    1.1.3變形類有路面沉陷、車轍、波浪擁包。路面表面沿輪跡的縱向凹陷是瀝青路面特有的一種損壞現象,荷載和氣候因素共同作用下,輪跡帶逐漸產生下洼形變并形成兩條縱向凹槽。車轍的深度常以輪跡帶外側凸起部分的峰頂到槽的谷底的距離表示。

    1.1.4其他類有路面泛油或由于路面養護時貫縫料溢出形成光面,外觀非常難看而且對于行車安全構成威脅。

    1.2按路面的使用性能路面破損又可分為功能性損壞和結構性破損。

    1.2.1路面功能性損壞導致路面功能衰減,主要表現在路面表面上,如局部沉陷、車轍、波浪擁包、橋頭跳車等,只影響路面的服務性能,路面平整度和抗滑性能降低。對整體結構強度不會帶來嚴重影響,其產生的原因往往可以從其表現形式判斷出來。由于功能性損壞主要影響行駛質量和安全特性,一般用平整度、抗滑阻力、紋理深度、反光、噪聲等指標評價。路面的多種損壞形式又影響到路面的表面性能。

    1.2.2結構性破損導致路面結構承載能力降低,以各種結構裂縫的形式表現出來,如龜裂、塊裂、縱裂和橫裂、坑槽、松散等。但有些結構性損壞,如基層的開裂在擴展道路表面之前是不可見的。瀝青路面的損壞所表現出的形式和特征是多種多樣的,使路面出現損壞的原因也是多方面的。有行車荷載因素,如交通量增長、超重和超載車輛的增多等;也有環境因素,如溫度變化、濕度變化和冰凍作用等。此外,還有設計、施工、采用材料和養護管理等原因。如裂縫也可能是由于路基下沉、路面材料品質不良、施工控制不合格、滲水引起的。同一種因素可以引起不同程度的損壞,而同一種損壞形態可以由不同原因造成,影響因素復雜多樣。

    2、瀝青路面病害原因分析

    2.1瀝青混凝土的水穩定性未能得到有效控制

    水對路面所引起的病害既是直接原因,也是催化劑。瀝青混凝土路面水存留有孔隙水、層間水、深層滲水,三種存留水都是路面病害產生、發展的原因。因此,在高溫天氣,路面在動荷載的反復作用下,瀝青上浮,混凝土穩定性下降,面層逐步破壞。層間水可以在瀝青上、中、下面層之間存留,也有直接滲到基層和底基層再存留的現象,使路面各層次不能共同承受外力,這樣,勢必造成應力集中,加劇路面破壞。滲水是路基不均勻沉降的催化劑,是造成橋頭沉降、邊坡位移、路面裂縫的主要原因。因此,解決水的存留是路面病害處治的關鍵。

    2.2.2瀝青的熱穩定性有待進一步解決

    在高溫條件下,因車輪碾壓的反復作用,荷載應力超過瀝青混合料的穩定度極限,使瀝青混合料的側向流動變形不斷積累,形成車轍。一方面輪跡部位下凹,另一方面車輪作用甚少的車道兩側向上隆起,在彎道處還明顯向外推擠,這種車轍一般都有兩側隆起現象,橫斷面為W形。車轍主要是由于車輛渠道化行駛,重載車輛和輪胎壓力增加而引起。瀝青混合料是一種粘彈性材料,其強度和模量都隨溫度升高而急劇下降。在相同條件下,瀝青砼的強度和回彈模量變化很大,在路面適應的溫度范圍內其值相差幾倍到幾十倍。因此,在高溫季節,高速公路行車道上的輪跡帶承受著大量重車的反復作用。瀝青混合料在高溫時的強度不足以抵抗重輪荷載的反復作用,輪下的瀝青混合料產生剪切變形而側向流動,輪跡帶變形下凹,形成槽形的車轍。若在建設期間瀝青混凝土級配控制不嚴格則更會加劇車轍的發展,進而出現橫向推擠、擁包,從而導致路面的破壞。

    2.2.3路基強度不足及路面穩定性下降產生病害

    路基強度不足導致路面病害,主要反映在軟基處理不到位、壓實度不均勻,特別是路堤邊部壓實沒有達標,地基下沉,挖方路塹地下水沒有隔斷、中央分隔帶排水不完善等。路面穩定性下降的主要原因是,瀝青混凝土施工級配控制不嚴、集料品質不均勻、路面厚度不足或結構層厚度配置不合理、鋪筑碾壓厚度過厚碾壓不實、兩層鋪筑碾壓厚度過薄不能形成整體、路面壓實度差、集料離析、低溫收縮等。此外,半剛性基層的干縮裂縫逐漸反射到表面也是影響路面穩定的一個重要因素。

    2.2.4養護不及時是病害發展的重要原因

    在病害形成階段及時維護,是防止路面病害發展的根本措施。通過瀝青修補車熱料熱補、切割熱料冷補,及時性封堵灌縫和掃除路面積水等養護手段可防止病害的發展。對先天性的病害要預防性養護,對功能性損壞要及時修補,確保路面完好、通暢。

    3、路面病害的維修方法

    3.1裂縫的修補方法

    在高溫季節全部或大部分可愈合的輕微裂縫,可不加處理。在高溫季節不能愈合的輕微裂縫,可采取以下兩種方法進行處治:將有裂縫的路段清掃干凈并均勻噴灑少量瀝青(在低溫潮濕季節宜噴灑乳化瀝青),再勻撒一層2~5mm的干燥潔凈石屑或粗砂,最后用輕型壓路機將礦料碾壓,同時沿裂縫涂刷少量稠度較低的瀝青。

    對于路面的縱向或橫向的裂縫,應按裂縫的寬度按以下步驟分別予以處治:①縫寬在5mm以內。清除縫中雜物及塵土;將稠度較低的熱瀝青(縫內潮濕時應采用乳化瀝青)灌入縫內,灌入深度約為縫深的2/3;填入干凈石屑或粗砂,并搗實;將溢出縫外的瀝青及石屑、砂清除。②縫寬在5mm以上。除去已松動的裂縫邊緣;用熱拌瀝青混合料填入縫中,搗實。縫內潮濕時應采用乳化瀝青混合料。③因瀝青性能不好、路面結構設計(厚度、配合比)、使用年限較長、油層老化等原因出現大面積裂縫(包括網裂),此時如基層強度尚好時,通過技術經濟比較,可選用下列維修方法:乳化瀝青稀漿封層,封層厚度宜為3~6mm;加鋪瀝青混合料上封層,或先鋪設土工合成材料后,再在其上加鋪瀝青混合料上封層;改性瀝青薄層罩面;單層瀝青表處。④由于地基沉降、基層強度不足、或路基翻漿等引起的嚴重龜裂,應先處治好基層后再重新作面層。

    3.2車轍的修補方法

    ①對輕微的車轍病害,可用乳化瀝青稀漿封層處理。②車道表面因車輛行駛推移而產生的車轍,應將出現車轍的面層切削或銑刨清除,然后采用與原路面結構相同的瀝青混合料鋪則,恢復路面橫坡,重鋪瀝青面層。③路面受橫向推擠形成的橫向波形車轍,如果已經穩定,可將凸出的部分切削,在波谷部分噴灑或涂刷粘結瀝青并填補瀝青混合料并找平、壓實。④因面層與基層間有不穩定的夾層而形成的車轍,應將面層挖除,清除夾層后,重作面層。⑤由于基層強度不足、水穩性能不好,使基層局部下沉而造成的車轍,應先處治基層。

    3.3泛油的修補方法

    ①只有輕微泛油的路段,可撒上3~5mm粒徑的石屑或粗砂,并用壓路機或控制行車碾壓。②泛油較重的路段,可先撒5~10mm粒徑的碎石,用壓路機碾壓。待穩定后,再撒3~5mm粒徑的石屑或粗砂,并用壓路機或控制行車碾壓。③面層含油量高,且已形成軟層的嚴重泛油路段,可視情況采用下述方法之一進行處治:先撒一層10~15mm粒徑(或更大的)碎石,用壓路機將其強行壓入路面,待基本穩定后,再分次撒上5~10mm粒徑的碎石,并碾壓成型;將含油量過高的軟層銑刨清除后,重作面層。④處治泛油應注意以下事項:處治時間應選擇在泛油路段已出現全面泛油的高溫季節;撒料應順行車方向撒,先粗后細;做到少撒、薄撒、勻撒、無堆積、無空白;禁止使用含有粉粒的細料;采用壓路機或引導行車碾壓,使所撒石料均勻壓入路面;如采用行車碾壓,應及時將飛散的粒料掃回,待泛油穩定后,將多余浮動的石料清掃并回收。

    3.4路面波浪、搓板的修理方法

    ①如基層強度不足或穩定性差,應先處理基層,再鋪面層。②如面層和基層間有夾層,應挖除面層、清除不穩定夾層后,噴灑透層瀝青,重鋪面層。③小面積面層搓板(波浪),也可在波谷內填補瀝青混合料找平;起伏較大者,則鏟除波峰部分進行重鋪;大面積波浪(搓板),有條件時也可采用路面銑刨機銑削波峰后重新罩面。

    3.5路面脫皮的修補方法

    ①屬于面層與基層之間粘結不良而脫皮者,應先清除脫落和已松動部分的面層,清掃干凈,噴灑透層瀝青后,重新鋪面層。②屬于面層本身顆粒重疊、油料分布不勻而脫皮的,應將面層翻修。③由于面層與封層沒有粘結好,初期養護不良而引起脫皮,應先清除脫皮和松動部分,清掃干凈后,灑(刷)上粘層瀝青,重新封層。

    3.6擁包的修補方法

    ①屬于施工時操作不慎將瀝青漏灑在路面上形成的擁包,將擁包除去即可。②已趨于穩定的輕微擁包,應將擁包用機械刨削或人工挖除。如果除去擁包后,路表不夠平整,應予以處治。③因面層瀝青用量過多或細集料集中而產生較嚴重擁包,或路面連續多次出現擁包且面積較大,但路面基層仍屬穩定,則應用機械或人工將擁包全部除去,并低于路表面約10mm。掃盡碎屑、雜物及粉塵后用熱瀝青混合料重做面層。④因基層局部含水量過大,使面層與基層間結合不良而被推移變形造成的擁包,應把擁包連同面層挖除,將水分晾曬干,或用水穩定性較好的材料更換已變形的基層,再重做面層。⑤由于基層局部強度不足或水穩定性不好,使基層松軟而導致的擁包,應將面層和基層完全挖除。如土基中含有淤泥,還應將淤泥徹底挖除,換填新料并夯實。在地下水位較高的潮濕路段,應采取措施引出地下水并在基層下面加鋪水穩定性好的材料,最后重做面層。

    3.7沉陷的修補方法

    ①因路基不均勻沉降而引起的局部路面沉陷,若土基和基層已經密實穩定,不再繼續下沉,可只修補面層。并根據路面的破損狀況分別采取下列處治措施:路面略有下沉,無破損或僅有少量輕微裂縫,可在沉陷處噴灑或涂刷粘層瀝青,再用瀝青混合料將沉陷部分填補,并壓實平整;因路基沉陷導致路面破損嚴重,礦料已松動、脫落形成坑槽的,應按照坑槽的維修方法予以處治。②因土基或基層結構遭到破壞而引起路面沉陷,應先處治基層后再做面層。③橋涵臺背因填土不實出現不均勻沉降的,可視情況選擇以下處理方法:挖除瀝青面層,在沉陷的部分加鋪基層后重新作面層;對于臺背填土密實度不夠的,應重新作壓實處理,臺背死角處的壓實宜采用夯實機械;對含水量和空隙比均較大的軟基或含有有機物質的粘性土層,宜采用換土處理。換土深度應視軟層厚度而定。換填材料首先應選擇強度高、透水性好的材料,如碎石土、卵礫土、中粗砂及強度較高的工業廢渣,且要求集配合理。

    3.8路面麻面、松散的修理方法

    ①因低氣溫施工的瀝青面層造成麻面或松散,可收集好松散料,待氣溫上升(10℃以上),清掃干凈,重做噴油封層,噴面瀝青0.8~1.0kg/m2后,撒3~5(8)mm石屑或精砂(5~8m3/1000m2),并用輕型壓路機壓實;如在低溫潮濕季節可用乳化瀝青碎石混合料修理;小面積麻面可采用乳化瀝青封層修理。②由于油溫過高,粘結料老化而造成松散者,應探除重鋪。③由于基層或土基松軟變形而引起的松散,應先處理基層或土基的病害,而后重做路面。④如因采用酸性石料與瀝青粘附性差造成松散,則應在瀝青中摻加搞剝離劑、增粘劑或用干燥的生石灰、消石灰、水泥作為填料的一部分,或用石灰漿處理粗集料等抗剝離措施,改善瀝青與礦料的粘附力,提高瀝青混合料的水穩性。

    3.9坑槽的修補方法

    路面基層完好,僅面層有坑槽的維修,按“圓洞方補”的原則[2],劃出大致與路中心線平行或垂直的挖槽修補輪廓線。開槽應開鑿到穩定部分,槽壁要垂直,并將槽底、槽壁清楚干凈。新填補部分應高于原路面,待行車壓實穩定后保持與原路面相平。填補用混合料級配類型,宜于原路面結構、層次相一致;對交通量較小的路段在低溫寒冷或陰雨連綿的季節,無法采用常規方法,也無條件采用合適的材料修補坑槽時,為防止坑槽面積的擴大可采取臨時性的措施對坑槽予以處治,待天氣好轉后再按規范要求重新修補;若因地基沉降、基層局部強度不足等使基層破壞而形成坑槽,應先處治基層,再修復面層。

    3.10路面翻漿的修理方法

    ①由于面層成型不好;雨、雪水下滲引起基層表面輕度發軟或凍脹而形成輕微翻漿,可于春融季節及水分蒸發后,修理平整,促使成型。②低氣溫施工的石灰土基層,發生上層翻漿,應挖除到堅硬處,另換新料修補基層和重鋪面層;或根據條件,采取短期封閉交通的辦法防止翻漿蔓延擴大。③由于排水不良造成的翻漿,應采取加深邊溝、設置盲溝等排水措施,或采用水穩性好的墊層、基層重新修復路面。

    4、幾種新型瀝青混凝土路面修補養護材料

    4.1瀝青的延緩劑

    瀝青材料是一種熱塑性的樹脂材料,它在熱、光、水、氧及車輛等綜合因素的作用下會發生老化,老化的過程就是瀝青組分發生轉化的過程,就是瀝青中的輕質成分逐漸變少、瀝青變稠、粘度減小、柔軟度變差的過程。隨著瀝青的老化,路面的使用性能也逐漸開始降低,表面粗糙、網裂、脫落,車輛行駛性能低下。如在路面表面涂刷或噴灑一種防老劑或叫再生劑類的材料,可補充瀝青中的輕質成分,使瀝青變軟,以增加它的柔韌性和彈性,提高瀝青的粘結性和使用壽命[3]。這種材料一般由溶劑、輕質油分與膠質成分組成。通常是用石油溶劑、煉焦炭的副產品和樹脂等配成。為了使這種材料起到較好的效果,要使其具有很強的滲透性,其材料參數要求達到:運動粘度(mm/s)控制在3.0~0.8之間;比重為1.0左右;軟化點大于35℃。無論采用涂刷還是噴灑的方式施工,表面的滲透深度都要達到15mm,使滲透部分的瀝青得到溶解、改性,以增加路面瀝青的柔韌性和與礦料的粘結性,提高路面表面的致密性,從而增強抗老化能力。使用時可根據路面的老化程度噴灑1~3次。施工時應避開雨天,待表面固化不發粘時方可開放交通。固化時間與氣溫有關,一般10~28h就可以固化。3~5年養護一次。用這種辦法養護路面,顯著提高了路面使用質量,延長了路面使用壽命,可以最大限度地發揮路面效應,延長路面養護周期。

    4.2冷施工的瀝青混合料

    要使被破壞的瀝青混凝土路面得到快速修補,并能立即開放交通,而且施工不受氣溫條件的限制,目前養護部門已在推廣使用冷施工的瀝青混合料。這種材料是用一種瀝青改性劑,與110℃左右的瀝青混合均勻,再與50℃左右的礦料拌和均勻,制成可以存放的瀝青混合料成品。它與熱施工的瀝青混合料相比有以下主要優點:①拌制混合料時瀝青與礦料的加熱溫度低,瀝青不易老化,延長了瀝青使用壽命,而且節約燃料,降低了生產成本;②冷施工的瀝青混合料在常溫下施工,施工溫度范圍廣,解決了瀝青混凝土路面冬季修補養護的問題,這是熱拌瀝青混合料無法做到的;③冷施工的瀝青混合料的生產不需要增加新設備,可利用原有拌和設備進行生產;④由于冷施工的瀝青混合料是成品,可包裝于密封袋內便于運輸,便于施工隨取隨用,使用十分方便,而且施工方法簡單,壓實后可立即開放交通,在施工過程中不粘锨,不粘車輪;⑤由于在常溫下施工,對環境無污染,對施工、養護人員的身體不會構成危害;⑥破壞的路面可以得到及時修補,并能立即開放交通,提高了路面的服務質量,保證車輛安全行駛,具有顯著的社會效益。

    4.3瀝青混凝土路面裂縫處理材料

    瀝青混凝土路面裂縫是由于路基發生變形,以及冰凍等原因造成的。在路面建成初期發生的裂縫,到天氣暖和后一般可以自行愈合。但經過幾年使用,出現裂縫后就不可能再恢復。由于裂縫對路面的危害性很大,因此必須選用合適材料及時封堵,否則水浸入后,不但破壞路面結構,而且路基也會遭到破壞。目前對裂縫的處理,尚無十分有效的措施。北方地區出現比較嚴重的裂縫,往往采用熱瀝青灌縫。這樣做只能解決暫時的不進水,天氣熱了,裂縫中的瀝青會被擠出,被行駛的汽車帶走,第二年此處仍會開裂。目前比較有效的辦法是,選用常溫施工材料,如聚氨酯樹脂類的單組分或雙組分固化型材料灌縫。它施工不受氣溫影響,與瀝青混合料有很好的粘結性,而且又有良好的耐高、低溫能力和抗老化性,流動性好。施工可用專門的灌縫槍,將材料注入裂縫中,灌入深度至少要達到4cm,在表面以下2mm。這樣處理后的裂縫,不但密封性好,而且耐久性也較好。

     5、結束語

     瀝青路面病害的出現,不僅與設計、施工的等路面形成前的環節有關,而且與路面使用、管養過程中密切相關。應從觀念和實際行動上提高對高速公路工程養護管理的投入,特別是科技投入。積極開展對瀝青路面材料、工藝等方面的嘗試和研究,掌握先進的維修養護技術,做出費用最省、效果最佳的養護處治方案。按照“無病早防,有病早治”的原則,減少瀝青路面常見病害的破壞,延長路面的使用周期,提高投資效益。
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