半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施（共12篇）
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇1
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施
根据工程实践分析了半刚性基层沥青路面几种主要的病害形式及主要的防治措施,重点探讨了如何对其病害进行防治,以延长半刚性基层沥青路面的寿命,推广半刚性基层沥青路面的应用.
作 者：王静杰 WANG Jing-jie 作者单位：贵州省通力达公路工程监理咨询有限公司,贵州,贵阳,550003刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：36(12)分类号：U416.223关键词：半刚性 沥青路面 裂缝 防治措施
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇2
1.1 半刚性基层板体断裂导致反射裂缝
由于受优质石油沥青缺乏及经济不发达等因素的限制, 我国长期以来奉行“强基、薄面、稳土基”的设计原则, 具有承载能力强、造价低等特点的半刚性基层在高速公路中得到广泛应用。但是, 由于半刚性基层非常致密、强度高, 与面层和土基层相比, 弹性模量相差很大, 在路基发生不均匀沉降或在超载作用下, 都极易导致模量很高的板体断裂。另外我国路面设计以弯沉作为承载能力设计最主要的指标, 对半刚性基层的强度要求很高, 而过高的强度将使基层开裂及反射裂缝的问题更加严重。同时, 由于半刚性基层材料本身的特性决定了其收缩开裂是不可避免的, 并且往往在铺筑沥青路面前就会因温缩或干缩而出现横向缩缝。随着半刚性基层的开裂, 在裂缝顶部、下面层的底部处形成薄弱区, 在行车荷载和温度应力的作用下, 裂缝逐渐扩展到面层, 并向上发展直至穿透面层, 形成反射裂缝, 再加上渗水等因素的作用, 使该处半刚性基层弹性模量迅速降低, 板体松散, 弯沉增大, 加速了路面的破坏。对裂缝采取的常规养护处理手段是封缝, 但封缝仅起到了防水作用, 对巨大的竖向剪切力作用下的破坏起不到任何保护作用。在温度应力和动载的共同反复作用下, 反射裂缝处逐渐加宽导致封缝失效, 进而发展成网裂、坑槽、沉陷、车辙等病害。从沥青路面早期病害调查情况来看, 半刚性基层破坏是导致沥青路面早期损坏的重要原因之一。
1.2 超载车辆作用下的破坏
近几年, 高速公路上超限运输车辆急剧增加, 尤以大货车为主。根据实验数据, 设计荷载l0t的货车若装载20 t (100%超载) , 每通行一次, 沥青路面受压相当于通行295次, 极大地加速了路面的疲劳破坏, 大大缩短了高速公路的使用寿命。另外, 装载高度大的超载车因路拱坡度形成偏载, 加上路面渗入水在路面结构层间沿横坡向低处汇集, 造成行车道外侧轮迹处的病害普遍比内侧严重。从路面大修过程来看, 超载严重路段, 行车道轮迹处半刚性基层基本碎裂, 形成面层反射纵向裂缝、车辙或局部沉陷。
1.3 水损坏
(1) 由于半刚性基层非常致密, 透水性很差, 大气降水、中央分隔带绿化浇水、挖方路段裂隙水等进入路面后, 不能从基层迅速排走, 在基层与下面层间形成部分滞留水, 浸泡和冲刷二灰碎石混合料, 造成基层强度下降, 形成龟裂、沉陷等病害。
(2) 在行车荷载作用下, 层间水沿层间薄弱处横向渗透, 使基层与沥青面层的层面间逐渐成为不连续的状态, 使路面处于不利的受力状态。
(3) 由于沥青面层空隙率较小, 渗入面层中的水分不能形成径流, 不易排出, 在行车荷载, 尤其是重车荷载作用下, 对沥青混合料进行冲刷, 造成沥青膜剥离, 混合料松散脱落。
(4) 由于半刚性基层收缩裂缝或在重荷载作用下发生破碎, 导致面层形成反射裂缝或局部网裂, 雨水下渗到基层甚至底基层, 冲刷二灰碎石表面的细料, 在动水压力下从路面裂缝中唧出 (唧浆) 。
2 主要防治措施
2.1 结合实际加快理论创新步伐
(1) 《公路沥青路面设计规范》的结构设计以弹性层状理论为基础, 在设计结构厚度和验算沥青层底拉应力时, 假设路面各层面之间的界面处于完全连续状态。而实际上层面间往往处于连续和滑动之间的一种边界条件下, 使设计和验算力学结果失去意义。
(2) 按照《规范》中弹性层状体系理论和完全连续状态的假设进行计算, 沥青面层底部始终处于受压状态, 其弯拉应力验算失去了意义, 弯沉成为路面设计唯一指标, 这不能正确的反映路面的使用状况。
(3) 随着交通量的增长及路基路面各结构层剩余沉降量的变形积累, 一般通车2～3年后, 面层平整度值就会开始明显增大, 此时, 重车及超载车行驶过程中所产生的冲击荷载对路面寿命影响不可忽视, 按照规范的规定计算荷载应力、反算路面寿命已没有实际意义。
(4) 随着土工织物类材料的广泛应用, 为了防止半刚性基层产生反射裂缝, 许多新建工程和大修工程常采用土工格栅等材料进行处理, 这与规范中的层间界面接触条件不完全一致。
(5) Superpave等新的路面结构形式已在国内部分高速公路上得到应用, 并取得较好效果, 但现行规范中却没有相应内容。
对于上面提到的问题, 都应该结合实际, 优化设计, 不断完善设计理论, 探索出符合实际的新的设计理论, 从根本上解决沥青路面的早期病害问题。
2.2 改进沥青路面设计方案分类指导
从工程实践来看, 采用柔性基层结构路面虽然初期投资大, 但可从根本上解决路面早期损坏, 避免了半刚性基层路面使用寿命有限、出现病害需要挖除重修路面的弊端, 节约大量的养护维修费用, 应该说这是路面结构设计的发展方向。但是, 当前我国经济总体来看还不发达, 地区间差异大, 并且半刚性基层路面经过十几年的应用, 形成了一套较完整的理论和技术, 并且其造价低的特点是其他结构形式路面所不能比拟的。因此, 建议在当前阶段应根据地区、路段、工程形式 (大修或新建道路) 、交通量等具体情况, 选择经济、合理的设计方案。鼓励发展使用柔性基层和组合基层路面结构, 并努力完善半刚性路面结构, 以达到减少路面早期损坏的发生。
2.3 解决水损坏问题
(1) 加强表面防渗, 采用密级配沥青混凝土上面层, 或采用SMA或Superpave等结构, 使路面范围内的降水分散或集中排出路面, 在平曲线超高段或纵曲线凹弯段, 应采用集中排水, 并根据具体情况适当加密泄水槽。
(2) 加强路面各结构层间结合处理, 在半刚性基层上表面或中、上面层之间做SBS改性沥青防水层, 各沥青混凝土层间喷洒粘层油, 确保层间结合力。
(3) 做好基层排水设计。从实际调查来看, 进入面层的水在竖向的渗透程度要远大于横向, 水分大多汇集于半刚性基层上表面。故应在做好半刚性基层上表面防水层基础上, 在硬路肩外侧 (若是大修工程, 且仅处理行车道基层时, 应在行车道外侧位置) 设碎石或单一大粒径盲沟, 根据具体排水量, 在横向每隔一定距离用PVC管排出路外。
(4) 设置中央分隔带防渗墙。为防止中央分隔带降雨或浇灌水横向渗入路面层, 可在中央分隔带两侧设置防渗墙。一般在中央分隔带路缘石内约5cm开槽, 成槽宽度约2.5～3.5cm, 深度不小于60cm, 居中插入塑料膜, 沿膜两侧均匀灌注防裂水泥浆密封即可。
2.4 在施工和养护过程中积极采用新技术新工艺新材料
2.4.1 改性沥青的应用
(1) 采用SBS改性沥青材料, 可有效提高路面沥青混凝土的高温稳定性和低温抗裂性, 延长路面的使用寿命。同时, 结合SMA、 Superpave等结构的应用, 提高路面抗车辙能力。目前, SBS改性沥青已广泛应用于新建、大修工程中, 积累了大量经验, 取得了良好效果。
(2) 积极研发并推广应用物理改性沥青。国内外实践证明, 纤维改性沥青具有良好的耐磨性、密水性、耐久性, 特别在薄层沥青面层中具有独到的优势, 是其他改性沥青难以比拟的, 在欧美等国家应用较为广泛。
2.4.2 沥青再生技术的应用
(1) 发展热再生技术。
在路基和基层无大的病害、面层主要是大面积的疲劳损坏情况下, 应用再生技术处理路面病害, 可极大恢复路面技术状况, 有效延缓大修期限, 节约大量养护维修资金 (与传统方法相比, 可节约30%～50%的资金) 。目前一般采用就地热再生或厂拌热再生工艺施工。
(2) 推广应用冷再生技术。
冷再生技术一般应用在大修工程的基层处理中, 通常是将原沥青路面和半刚性或柔性基层铣刨后, 掺入泡沫沥青等稳定剂进行稳定, 重新摊铺作为新的基层, 其上按常规做2～3层沥青路面。此方法特别适合我国当前高速公路中半刚性基层多的现状, 改造后的新基层基本具备柔性基层的特点, 在防止裂缝等方面的性能有较大提高, 是加拿大等国当前常用的方案。
2.4.3 微表处 (Micro-surfacing) 技术的应用
微表处即由改性乳化沥青、集料、矿粉、水和添加剂等按设计配比拌和并摊铺在原有沥青路面上形成的薄层罩面。该技术在欧美国家已得到广泛应用。由于该技术具有成本低 (20元/m2左右, 约是常规4cm罩面成本的一半) 、施工简单、路面性能恢复好、开放交通快、防水性和抗滑性好等明显优点, 且比普通的稀浆封层具有更高的抗磨耗能力和使用寿命, 近年来在国内各高速公路养护中开始得到应用。该技术主要适用于重交通荷载少、半刚性基层基本没有大的病害、整体强度较高、沥青面层主要因疲劳而大面积破坏情况下的路面补强处理, 一般可延长路面使用寿命3～5年。
2.5 建立路面养护动态管理系统
随着计算机智能化技术的发展, 加快了路面管理系统的建设, 建立由计算机管理对各项设施功能的评价与决算系统, 定期采集路面状况原始数据并输入数据库, 通过计算机对路面状况进行综合评价和预测, 从而可以预先采取养护措施, 延长路面使用寿命。应该说:通过路面管理系统实现对路面养护的动态管理、准确预测和科学决策, 将是养护管理发展的主要方向。
另外, 注意收集和总结不同地质情况、路基填土类型、气候、路面基层面层结构类型及厚度、交通量等条件下出现路面病害类型和破坏程度, 逐步建立和完善大中修工程实测病害数据库, 为今后类似条件下病害的预测提供类比资料。在施工过程中, 还要注意及时对发现的新问题、新情况进行技术研讨, 修正和完善原有设计、施工方案, 总结经验, 以使病害维修方案更加切合实际, 更好地保证养护维修工程的质量。
摘要：分析了高速公路半刚性基层沥青路面早期主要病害及原因, 结合实际并借鉴国内外有关先进技术和工艺, 提出在重交通荷载作用下, 半刚性基层沥青路面早期病害的预防和治理措施。
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇3
1.半刚性基层沥青路面的特性
半刚性基层沥青路面的具有平整性好、强度大、行车平稳、稳定性好、噪音低等特性。
首先，整体强度比一般材料高，还有抗弯拉的特性，这使沥得青路面具优良的承载能力；其次，该材料对低温的适应能力强，能够在高寒地区得到广泛的应用；另外，该材料取材方便。
2.半刚性基层沥青路面损坏原因
目前，我国修建的沥青路面通常采用的结构组合设计是强基薄面。但由于各地的施工水平不同及环境温度变化和水损害等因素的影响，导致半刚性基层沥青路面出现很多病害问题，致使其承载能力下降。总体来说，出现的病害问题分为：结构性破坏和非结构性破坏。其中结构性破坏分为翻浆、龟裂和结构性辙槽。非结构性破坏分为裂缝和变形。下面就几种常见的病害问题的出现及原因进行的分析。
2.1龟裂
龟裂现象一般表现为路面被一些相互小错的小裂缝分割成外表似龟纹小块，这些裂缝的宽度一般在3mm以上10cm以内。龟裂可以总结为局部网裂的延续，当路面由于整体强度不足而在大负荷行车的情况下出现疲劳裂缝时，这些裂缝并未得到及时护养，在雨天行车时，路面上高速行驶的轮胎会产生很强的“泵吸”作用，雨水渗入基层而导致其材料损失，长此以往，逐渐使裂缝加剧，最终形成了龟裂。
2.2车辙
半刚性基层路面的沥青混合料属于弹塑性材料，当路面的荷载较高，气候温度较高时，两者的共同作用会致使沥青路面在沿车轮轨迹的方向产生变形，即纵向带状的辙槽，称为车辙。由于沥青材料的特殊性，使得车辙成为该路面特有的病害。一旦出现较为严重的车辙，处理办法只能铣刨后重铺沥青面层。
2.3裂缝
在沥青路面的使用过程中由于负荷气候等问题容易出现各种类型的的裂缝，较小的裂缝基本上对路面的使用功能不会产生很大影响，但是若不及时给予重视，就会使裂缝加剧，最终导致路面的使用寿命缩短。
常见的裂缝有以下几种：
（1）横向裂缝。横向裂缝与道路的中线垂直，一般能够贯穿路面，深度较大，可以贯通整个结构层。
（2）纵向裂缝。相比横向裂缝而言，纵向裂缝数量较少，他与道路的中线大致呈平行状态。多出现在旧路加宽的结合部位，新旧路面的交错等部位，且长度较长。
（3）块状裂缝。块状裂缝的外形与龟裂相似，形状不规则。路面材料受到气候温度的变化而发生热胀冷缩时常常会产生块状裂缝，在某些情况下，横纵裂缝的交错也可能引起块状裂缝。
引起半刚性基层沥青路面病害产生的原因主要有几点。
（1）从半刚性基层沥青路面的材料方面来说，其基层中材料的颗粒较细，粗集料较少，且该材料具有热胀冷缩的性质，当温度的变化范围超出材料的拉力范围时，路面容易受到温度的影响而产生裂缝。目前，半刚性路面的施工工程中较多采用的是砂砾，且砂砾的配级缺少严格的控制，为提高路面的强度，在施工时倾向于提高水泥的含量，这虽然提高了路面的强度，但也使路面变脆，造成裂缝。
（2）沥青路面的基层厚度较薄，容易引起反射裂缝。一般来说，当沥青路面基层厚度大于18cm时，将能有效地缓解路面的裂缝情况。
（3）施工质量。施工碾压时的压实度以及护养情况都会影响裂缝的产生。
3.如何防治半刚性基层沥青路面的损坏
半刚性基层沥青路面病害主要是由组成材料，施工质量，层厚度等原因引起的，针对以上几点原因提出防止坏护养的措施。
3.1做好交通管制工作
在半刚性基层末达到强度时，由于施工车辆及过往车辆荷载的作用而造成非结构性破坏的产生，应在施工时合理的进行交通管制组织设计。
3.2提高施工质量
在碾压过程中，严格按照施工技术规范进行，保证路面的平整度。
3.3严格控制施工材料
通过筛分试验确定合理的材料级配，控制材料含水量。集料最好选用性能优良的材料，比如表面粗糙，坚硬，耐磨等。
3.4适当增加半刚性基层的厚度
加厚半刚性基层厚度能够提高道路的荷载能力，从而减小车辆造成的裂缝进一步反射到沥青面层。而且较厚的半刚性基层还能够减缓温度的变化造成的龟裂等病害。一般来说，半刚性基层厚度在30cm～40cm。
4.结语
浅析半刚性基层沥青路面早期破损 篇4
浅析半刚性基层沥青路面早期破损
根据一些高速公路沥青路面早期破损的`调查结果,对我国半刚性基层沥青路面在设计方面存在的问题做了分析,提出了一些看法.
作 者：胡法明 作者单位：黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：32(2)分类号：U416.214关键词：半刚性基层 沥青路面 早期破损 设计
沥青路面裂缝病害原因及治理措施 篇5
2010-10-13 15:28 来源于网络 【大 中 小】【打印】【我要纠错】
1、裂缝的表现形式
沥青路面的开裂原因是多种多样的，主要有横向、纵向、网状和反射裂缝等。
1.1横向裂缝表现
裂缝与路中心线基本垂直，缝宽不一，有时伴有少量支缝，缝长有的贯穿整个路幅，有的贯穿部分路幅，裂缝弯弯曲曲、有枝有叉。
1.2纵向裂缝表现
裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一。一般都发生在高填方的路基上。纵向裂缝容易形成沿行车方向呈台阶状，影响行车舒适性。
1.3网状裂缝表现
裂缝纵横交错，将面层分隔成若干多边形的小块，一般缝宽1mm以上，缝距40cm以下。是行车荷载的重复作用而引起的疲劳裂缝。
1.4反射裂缝表现
基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，主要取决于下卧层。
2、裂缝产生的原因分析
引起沥青路面开裂的原因很多，大体可分为三种：（1）由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝。在车轮荷载的作用下，当路面结构层底部产生的拉应力大于其材料的抗拉强度时，产生的开裂称之荷载型裂缝。（2）由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝，称之非荷载裂缝。（3）经常出现在桥涵两端的横向裂缝，或在路段上出现较长的纵缝，主要是由填土固结沉陷或地基沉陷引起，称为沉降裂缝，尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但其中的行车荷载作用、沥青面层温度变化是产生裂缝的主要原因。
2.1横向裂缝
（1）沥青面层的自身温缩开裂；（2）半刚性基层的开裂反射到沥青面层；（3）某些基层开挖沟槽埋设管线以及冰冻地区路基冻裂导致路面的横裂；（4）面层施工时，施工缝未处理好，接缝不紧密，结合不良；（5）桥梁、涵洞或通道两侧的填土产生固结或地基沉降等。
2.2纵向裂缝
（1）填方材料和填方的不均匀性，以及填方密实度达不到设计要求。经过一段时间的自然沉降，特别是经过雨水浸泡后，路基强度有所下降，沿边坡部分路基承载力也下降，就会出现纵向裂缝；（2）施工时，前后摊铺幅相接处的冷接缝未按有关规范要求认真处理，结合不紧密而脱开；（3）纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉陷；（4）拓宽路段的新老路面交界处土层处理不彻底，沉降不均匀引起纵向开裂；（5）边坡值小于设计值，边坡压实不够和边沟过深使实际填土高度加大而滑坡等引起的纵向开裂。
2.3网状裂缝
（1）路基局部压实度不足或基层材料局部松散不成板体，使路面的承载能力下降形成的裂缝；（2）沥青与沥青混合料质量差。沥青延度低，抗裂性差。沥青混合料拌和时间过长，拌和温度过高或在储料仓仓储时间过长，使沥青变硬，对拉应变敏感而产生的裂缝；（3）沥青层厚度不足，层间粘结差，水分渗入，形成的裂缝；（4）行车荷载重复作用下引起的疲劳裂缝；（5）外界原因如污染、腐蚀等造成的局部网裂。
2.4反射裂缝
基层反射裂缝是由温度收缩和干燥收缩变形引发所致。曝露时间、失水率、级配和水泥剂量对干缩性能有影响，降温时间、温度、级配和水泥剂量对温缩性能有影响。
3、预防措施
3.1横向裂缝
（1）对基层进行处治。采取防裂措施，及时对基层进行养生以减少前期开裂，及时铺筑沥青面层或浇洒透油层以减少裸露时间，减少基层横向干缩性开裂。（2）桥涵两侧填土充分压实或进行加固处理。沉降严重地段，事前应按软土地基处理。（3）按本地区气候条件和道路等级选取适用的沥青类型，以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝。优先考虑采用优质沥青。（4）合理组织施工，摊铺作业连续进行，减少冷接缝。冷接缝的处理，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐、清除碎料，然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化；铲除敷贴料，对缝壁涂刷粘层沥青，再铺筑新混合料。（5）充分压实横向接缝。碾压时，压路机在已压实的横幅上，钢轮伸入新铺层15cm左右，每压一遍向新铺层移动15~20cm，直到压路机全部在新铺层为止，再改为纵向碾压。
3.2纵向裂缝
（1）路基填筑时，使用合格的填料，并进行分层压实，同时正确放坡，高填方段放缓边坡，减少边坡深度。（2）面层施工时，尽量采用全路幅一次摊铺，如分幅摊铺时，前后幅应紧跟，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。如无条件全路幅摊铺时，上、下层的施工纵缝应错开15cm以上。前后幅相接处为冷接缝时，应先将已施工压实完的边缘坍斜部分切除，切线须顺直，侧壁要垂直，清除碎料后，宜用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化，然后铲除敷贴料，并对侧壁涂刷粘层沥青，再摊铺相临路幅。摊铺时控制好松铺系数，使压实后的接缝结合紧密、平整。（3）沟槽回填土应分层填筑、压实，压实度需达到要求，宜采用T型搭接。（4）拓宽路段的基层厚度和材料须与老路面一致或稍厚。土路基应密实、稳定。铺筑沥青面层前，老路面侧壁需涂刷粘层沥青。沥青面层应充分压实。新老路面接缝宜用热烙铁烫密。
3.3网状裂缝
（1）沥青原材料质量和混合料质量严格按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求进行选定、拌制和施工。尽量采用低温变形能力高的优质沥青。（2）控制好半刚性基层的施工质量，有条件的可以采用沥青碎石柔性基层，以缓解网裂的程度。（3）沥青路面摊铺前，对下卧层需认真检查，及时清除泥灰，喷洒好透层油。（4）沥青面层各层应满足最小施工厚度的要求，保证上下的良好连接；并从设计施工养护上采取措施有效地排除雨后结构层内积水。（5）路面结构设计应做好交通量调查和预测工作，使路面结构组合与总体强度满足设计使用期限内交通荷载要求。上基层必须选用水稳定性良好的有粗粒料的水泥稳定类材料。
3.4反射裂缝
（1）采取有效措施减少半刚性基层收缩裂缝。（2）基层混合料应在接近最佳含水量的状态下碾压，要防止碾压时含水量过小，压实度和强度不足，造成强度裂缝。（3）对分段施工的基层，在碾压时，应预留3~5m混合料暂缓碾压，待下段混合料摊铺后一起碾压，以利于衔接。对于分层碾压的基层，上下层的接头应错开3～5m，以减少出现裂缝的机会。（4）合理选择混合料的配比，控制细料数量；重视结构层的养护，并及早铺筑上层或下封层以利于减少干缩裂缝。（5）在旧路面加罩沥青路面结构层前，可铣削原路面后再加罩，或采用铺设土工布、土工隔栅后再加罩，以延缓反射裂缝的形成。
4、治理措施
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇6
高速公路沥青混凝土路面常见病害及防治
文章主要介绍了高速公路沥青混凝土路面常见的病害及产生原因,提出了早期预防措施和后期治理等.
作 者：刘泽磊 LIU Ze-lei 作者单位：广州诚信公路建设监理咨询有限公司,广东广州,510420刊 名：广东交通职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF GUANGDONG COMMUNICATIONS POLYTECHNIC年，卷(期)：8(3)分类号：U416.217关键词：高速公路 沥青路面 损坏 防治
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇7
截至2006年底,我国高速公路总里程已达到了4.5万多km,一、二级公路总里程也已达到了20多万km。在这些道路的路面结构中,超过80%的基层采用的是半刚性基层材料。半刚性基层具有良好的整体性,有较大的扩散荷载的能力。然而,十几年的使用表明,铺筑半刚性基层的沥青路面普遍存在早期损坏现象,半刚性基层发生干缩裂缝和温缩裂缝是个无法改变的事实,这必然会导致沥青路面发生反射裂缝。它的存在破坏了路面结构的整体性和连续性,并在一定程度上导致结构强度的削弱(如裂缝处弯沉增大,回弹模量降低等),而且随着雨水或雪水的浸入,基层变软,在大量行车荷载反复作用下导致路面强度大大降低,产生冲刷和唧泥现象。
2 防治反射裂缝的主要措施
2.1 稀浆封层
稀浆封层技术是以级配碎石材料为骨料,以满足技术要求的乳化沥青材料为结合料,加入适量的水、填料和必要的外加剂,在专用稀浆封层机具内,在行驶过程中按设计比例配制成具有一定技术性能的稀浆混合料。由于稀浆封层的集料比较细,油石比较高,有一定的韧性,对防止轻微的裂缝反射有一定效果。
2.2 SAMI应力吸收薄膜
SAMI是一层柔软的应力吸收层,一般采用薄层改性沥青或沥青橡胶。设置SAMI的目的是吸收下承层水平位移导致的高应力,阻止下层裂缝尖端延伸至面层。国外曾采用SBS和EVA(乙烯醋酸乙烯)橡胶沥青应力吸收中间层(SAMI)防止反射裂缝,具有一定效果,证明其可以减少和延缓反射裂缝,同时形成的富油层起到较好的防水渗作用。
2.3 土工织物中间层
土工织物中间层对沥青面层底的箍固作用大大增强了沥青面层的抗裂强度,国外自20世纪80年代以来广泛使用,多用于具有严重裂缝的旧沥青路面或水泥路面上加铺沥青新面层的中间防裂层,品种多为编织尼龙、无纺聚丙烯和玻璃纤维等[3]。其中以无纺聚丙烯(Petromat)效果较好。一般来说,土工织物中间层对于垂直差动位移和水平位移较大(温缩严重)的情况产生的效果不大,此外,其防裂效果可能较短暂。
2.4 增设格栅
格栅包括聚丙烯或聚醋土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。土工格栅的厚度为0.8 mm～11 mm,模量为900 MPa～2 500 MPa,临界应力和应变与织物相近;金属格栅的厚度为2 mm～4 mm,其模量可达到8 000 MPa～10 000 MPa。刚度大的夹层对于降低加铺层内因温度下降而引起的应力和应变作用不如软夹层,但对于降低荷载产生的应力应变的作用则远大于软夹层。采用复合式夹层(下层为应力吸收层,上层为金属格栅),虽然可以象软夹层那样减少温度引起的反射裂缝,但仍保留了软夹层不能降低加铺层荷载应力的缺点。
2.5 科氏(Strata)反射裂缝应力吸收系统
Strata系统是美国Koch公司专门针对反射裂缝而开发的,其胶结材料采用高弹性的聚合物材料,集料最大粒径为9.5 mm,混合料弹性模量较低,承受变形的能力较强。科氏反射裂缝应力吸收系统一般能延缓反射裂缝出现,最少可达2年;与格栅和沥青罩面相比,可延缓整体出现反射裂缝3年～5年。
2.6 在面层与基层之间增设优质级配碎石层
采用具有一定厚度的优质级配碎石作为上基层,而半刚性材料作为下卧层。这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝,同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层(见图1)。级配碎石作为散粒结构具有不传递拉应力、拉应变及级配碎石上基层本身处于三向受压的特殊受力状态,这种结构上的特点及受力状态使其能充分吸收其下层裂纹释放的应变能,同时级配碎石的隔离作用改善了半刚性基层的温度、湿度状况,极大地减少了半刚性基层遭受的温度和湿度变化,从而从根本上大大地消除了半刚性基层的温缩和干缩,减少了反射裂缝[5]。
2.7 大粒径沥青碎石裂缝缓解层
大粒径沥青碎石混合料中大粒径矿料多、空隙率大、沥青含量少,这种多空隙结构可有效地阻断裂缝尖端的扩展路径,消散及吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的应力及应变,延缓接缝处反射裂缝向上扩展的速度;由于大粒径沥青碎石裂缝缓解层的厚度一般为8 cm～12 cm,该结构的隔离作用改善了半刚性基层的温度、湿度状况,极大地减小了半刚性基层遭受的温度和湿度变化,从而从根本上消除了半刚性基层的温缩和干缩,减少了反射裂缝;加铺层设置大粒径沥青碎石裂缝缓解层后,路面结构的整体强度有所提高,延缓沥青加铺层荷载型反射裂缝的产生与扩展速度。
2.8 采用半柔性基层
半柔性基层以原有半刚性基层和沥青面层的刨碎料为石料,以新加入的乳化沥青或其他形式的沥青为结合料,再加入其他外加剂混合均匀后碾压而成(见图2)。由于有沥青的加入,半柔性基层的弹性模量介于半刚性基层和沥青面之间,并在两者之间起到了良好的过渡作用。同时,半柔性基层具有一定变形能力,能有效地延缓半刚性基层的反射裂缝、防止水损害、增强结构整体性、节约资源、延长路面使用寿命[6],适合在高等级半刚性沥青路面公路的大修工程中采用。
3 结语
1)根据断裂力学的理论,如果面层与基层完全失去粘结就可以完全消除由于基层开裂而对沥青面层的应力集中,国内外对防裂材料的研究主要集中在低弹性模量、高韧性的应力吸收材料上,用这种材料铺设的应力吸收层从结构的角度延缓了裂缝尖端的应力集中,因此起到了较为明显的防裂效果。
2)在选择夹层类型时,应对诱发反射裂缝的主要原因以及不同夹层减缓反射裂缝的效果进行具体分析。
3)根据断裂力学分析和路面结构设计原理,采用稀浆封层、SAMI应力吸收薄膜、土工织物中间层或玻纤格栅、Strata科氏应力吸收系统等措施,吸收和缓冲反射裂缝的能量有限,在温差和湿度变化不是很恶劣的条件下,可以在一定程度上防止或延缓裂缝反射;通过增设优质级配碎石基层、大粒径沥青碎石裂缝缓解层、半柔性基层等措施,由于其具有一定厚度的和较大的空隙率,能大量吸收反射裂缝的应力和应变能,不传递拉应力、拉应变,同时具有一定的隔离作用。
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半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇8
关键词:重载交通 半刚性基层 沥青路面养护 结构设计方法 研究
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.027
1、路面结构养护设计成因分析
目前西部地区路面结构养护设计主要存在以下几方面的问题:第一,缺少独立和针对性的沥青路面结构评价和养护设计方法;第二,在路面养护设计中,由于自然环境、交通、气候等影响因素复杂,对于路面损坏机理缺乏深入全面的认识,无系统的结构评价检测技术手段和分析诊断方法,造成养护方案的选择缺乏针对性,养护效果难以发挥。第三,在结构评价中,选择的力学指标(路面回弹弯沉)单一,考慮的主要受力方式相对于目前复杂的荷载状况和气候条件而言过于简单。第四,设计的养护方案中,路面结构形式单一(半刚性基层+沥青面层),对于结构层次的合理匹配、路面结构功能层的合理组合、路面排水性能、路基状况、路面的综合使用性能(路面破损、平整度、车辙、抗滑等)缺乏全面考虑和定量研究。第五,无明确的旧路再生材料结构设计参数。第六,对路面养护维修中各种候选养护方案的经济性缺乏定量的考虑,没有引入科学的经济评价方法。
旧路养护设计与新建路有诸多不同特点。首先,设计形式不同,旧路养护设计主要针对损坏进行设计。其次,与新建路交通量预估值不同,旧路交通量明确,有条件根据实际交通量特点进行更加针对性的结构设计。此外,除了荷载引起的疲劳破坏外,西部地区低温引起的疲劳开裂占很大比重,针对非荷载型结构破坏结构养护设计尚无依据科学。
针对西部地区沥青路面结构养护设计存在的问题,结合当地的交通条件和自然环境条件,开展重交通和复杂自然环境条件作用下半刚性基层沥青路面结构养护设计研究,对延长该地区道路工程寿命,促进公路可持续发展有重要意义。
2、路面结构评价研究现状
由于路面结构本身和工作环境的复杂性,路面性能衰变的影响因素存在多样性和不确定性问题,路面性能的评估、预测和决策领域仍有许多问题需要进一步研究和解决。一个合适的路面维修方案的制订,首先需要明确旧路的结构强度和路用性能等各方面的实际状况,进行客观的综合评价,所以对旧路路面结构进行检测以获得真实有效的路况数据,显得尤为重要。依据采集的路面检测数据,以及室内试验研究,对路面结构性能满足使用要求的程度做出正确的评估,科学评价旧路结构的承载能力与剩余寿命,制订合理的维修方案,对提高路面的路用性能及路面养护管理水平具有十分重要的意义。长期以来,由于缺乏对路面损坏机理、成因和处治方法的系统研究,我国路面大中修养护设计一直依赖于有限的指标或设计工程师的经验,科学性和经济性均难以保证。下一步需要通过对路面损坏的微观分析,损坏原因的科学诊断及损坏修复的养护决策,提出了路面大中修养护的措施及实施的方法、工艺、材料和施工组织方案,西部地区需要结合当地特殊条件进行针对性研究。
目前,在路面结构检测、评价方面,通过技术和设备的引进,国内外已经达到基本同步。在路面结构性能指标的检测上,既有贝克曼弯沉仪和承载板等传统的仪器设备进行检测的,也有使用自动化程度很高的全自动道路检测车进行检测的,后者可以实现数据的采集、处理、显示和存储等多方面功能,效率高,相应的成本也较高。当然,由于引进的时间较短,必要的应用研究工作还做得很不到位,也缺乏使用经验,这大大地影响了国内应用先进技术设备从事路面检测的实际效果。
近20年来,路面的无损检测与评价技术因具有不损害路面结构的独特优势而在国内外得到了迅速的发展。作为最重要的路面结构性能评价指标,弯沉的量测与分析技术发展十分迅速,自1953年贝克曼(Benkleman)发明梁式弯沉仪以来,路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到能够模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪(FWD),从单点最大弯沉检测发展到对路面弯沉盆的检测,并将原来仅局限于柔性路面意义上的弯沉概念发展到刚性路面的结构评价与设计分析中, 路面结构性能的评价也从路面整体强度评定发展到对路面各结构层模量的反分析,各种评价软件也广泛用于实际,取得了巨大的经济效益和社会效益。FWD是目前国际上比较流行的先进的路面无损检测设备, 可很好地模拟行车荷载对路面结构的作用并精确测出路表的变形信息,但是,目前用于FWD检测结果的分析技术存在着许多不足,有待进一步发展,如FWD采用的是脉冲荷载,而常规的FWD数值的分析方法却仍是以静荷载条件为基础,通过弯沉盆研究采用静力分析而非动力分析来反演路面特性。
公路路面厚度及内部缺陷的检测,一直沿用几十年来的钻孔取芯法或基坑开挖,它除破坏路面外,更主要的是这种方法所取得的数据不能真正给公路路面一个全面真实的评价。针对以上不足,世界各国都在寻求一种更先进的、不损坏路面、连续的检测方法。随着科技的发展,发达国家自80年代开始研究用地质雷达检测公路路面等工作,并取得成功。
对路面结构性能进行恰当的评价,是设计结构性能恢复方案和采取病害修复措施的基础。在我国颁布的《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2-2001)中也提出和推荐了路面结构性能的评价模型,采用路面回弹弯沉表征路面结构的总体抗力。然而,在用于路面结构性能诊断和评估时,却显得过于简单,因此,有必要结合现代路面检测技术和路面结构分析技术进一步研究对沥青路面结构性能的评价问题。
我国新颁布的《公路技术状况评定标准》(JTG H20-2007)采用路面使用性能指数评价PQI对包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标在内的路况信息进行评价,该评价模型包括两项结构性指标(车辙RDI、结构强度SSI),两项功能性指标(平整度IRI、抗滑性能SRI),一项反映病害严重程度的路面破损指标PCI,该指标的缺陷是无法将行驶质量和结构损坏区分开来,由于不同地区的材料、结构、交通特性差异、导致病害表现形式各异,各分项指标的权重未必适用国内所有地区。
3、养护设计研究现状
在养护设计方面,目前养护工程一般采用两阶段设计:方案设计(初步设计,立项阶段用于控制资金和规模);施工图设计(详细设计,可用于工程实施)。在实际工作中,往往以施工图设计为主导,方案设计没有得到应有的重视,有的与检评业务结合,有的与施工图设计打包。 设计单位采用的养护设计方法大同小异,无法突破现有规范的局限性。
针对养护设计存在的问题,近年来我国在一些地区引进了全寿命周期费用分析的概念,初步构建包含路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面抗滑和路面结构强度等多项指标在内的路面大中修养护设计方法和设计成套技术。但在路面详细病害自动化检测和识别技术研发、路面使用性能预测技术、寿命周期费用分析技术与路面大中修养护设计方法的集成技术研究等方面还需要进行深入研究。特别是特殊交通、环境条件下路面养护设计研究处于刚起步阶段,尚需要进行大量的研究工作。
科学的公路养护分析流程可以划分为路网级和项目级两个层次。网级养护分析的主要目的是通过实施路网技术状况检测,确定整体养护需求和项目建议,并据此制定科学合理的养护计划和养护规划。而项目级养护分析则是针对拟实施养护工程的具体路段,通过详细检测和科学分析,诊断路面病害成因,确定养护性质和养护单元,通过路面使用性能及全寿命周期费用分析,提出具有针对性的养护设计方案(一组候选方案),并最终完成施工图设计。 养护设计新理念包含以下两个核心要素: 首先,在养护设计中对路面使用性能进行全过程控制判别路面质量优劣的终极标准是路面的使用性能(路面损坏状况、路面平整度、路面车辙、路面抗滑性能、路面结构性能等),按照使用性能分析和设计路面结构及路面材料已经形成一种必然趋势。 其次,在养护设计中对养护方案的经济性进行科学评价。
4、旧路再生材料的结构设计参数与结构适应性评价
旧路材料再生设计是旧路养护设计的一个重要方面,是节约资源、保护环境、降低养护成本的重要手段,旧路材料的应用越来越受到人们重视。美国从1915年开展再生技术研究,1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视,并在全国范围内进行广泛研究,到八十年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半,并且在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面的再生利用在美國已是常规实践,目前其重复利用率高达80%,并形成了与普通沥青混合料不同的设计方法和施工工艺,并相应制定了规范。日、前苏联、英、德、意等国,从上世纪70年代起相继开展研究,到上世纪90年代,日本再生混合料用量约占沥青混合料总用料的1/2。
我国在八五攻关中,对再生剂应用于道路工程也进行了专题研究。各地的研究人员做了大量的工作,提出不同的理论。1983年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目,由上海市政工程研究所、武汉市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担,当时的主攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化,来代替常规沥青混合料。湖南省将乳化沥青加入到旧渣油表处的面层混合料中,并分别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路,也证明了其技术可行性和经济性。江西昌九路改造和安徽合徐南高速公路维修都采用了乳化沥青冷再生混合料当作路面基层,为冷再生混合料的应用进行了有益尝试。今后随着大量高速公路进入大修、改造期,再生混合料的应用将越来越多。
在旧路再生混合料应用方面,国内外已经进行了大量研究和应用试验,取得了大量丰富的成果,但是研究重点主要是在混合料设计和设备研制方面,对再生材料的结构设计参数和结构适应性的评价研究很少,特别是重载作用下的参数和结构适应性研究尚属空白。由于乳化沥青、泡沫沥青等冷再生混合料属半柔性材料,其结构参数既不等同于沥青混合料等粘弹性材料,也不同于半刚性材料,对此类材料的参数和结构性能评价可为再生材料的结构养护设计提供依据,特别是在西部地区重载交通和复杂气候条件下,对当地再生材料的结构参数和结构适应性进行研究是节约环保型再生材料养护设计研究必不可少的工作内容。
5、结束语
通过对我国西部地区路面病害的分析及研究,结合目前养护设计现状的研究,提出旧路再生材料的结构设计参数与结构适应性评价,为养护结构设计提供科学依据。特别是在西部地区重载交通和复杂气候条件下,对当地再生材料的结构参数和结构适应性进行研究是节约环保型再生材料养护设计研究必不可少的工作内容。
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半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇9
辽宁省农村公路沥青路面推移破坏的病害成因及预防措施
通过对辽宁省农村公路破坏情况的实地调研,从设计、施工、路面承载、材料、环境等方面分析了沥青路面产生推移破坏的原因,并介绍了相应的`预防措施,以确保路面工程质量,延长沥青路面的使用周期.
作 者：高德成 王欣 作者单位：沈阳市公路建设动迁办公室,沈阳,110004刊 名：北方交通英文刊名：NORTHERN COMMUNI CATIONS年，卷(期)：“”(1)分类号：U4关键词：辽宁省农村公路 沥青路面 推移破坏 预防措施
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇10
1 橡胶沥青碎石下封层
在半刚性基层上喷撒一定量的热橡胶沥青,同步撒布一层单一粒径碎石,经碾压后碎石嵌入沥青膜,起到粘结、防水、防反射裂缝等作用。
2 橡胶沥青碎石下封层作用
2.1 防水作用
通过在基层表面撒布2 mm左右的橡胶沥青,可有效防止水分下渗对半刚性基层造成破坏。
2.2 抗反射裂缝
橡胶沥青可以产生很大应变而不被破坏,使得集中的应力重新分布,因而裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少,降低应力强度因子,从而达到延缓反射裂缝产生的目的。
2.3 扩散应力
撒布的单一粒径碎石能形成“顶天立地”的结构,从而使荷载顺利传递到半刚性基层上。
2.4 层间粘结
橡胶沥青能增强封层与基层的摩擦和粘结力,同时碎石能与上面的沥青混合料相互嵌入,从而使整个路面结构形成整体,防止出现层间推移。
3 橡胶沥青
3.1 橡胶沥青性能
橡胶沥青是重交沥青与废旧轮胎胶粉和外加剂合成的混合物,属于高分子复合型胶结材料。橡胶粉在与沥青接触时,两者之间会发生明显的物质交换。胶粉的用量对改性沥青性能的影响,根据研究表明:胶粉用量在20%以下时,沥青软化点与胶粉用量呈线性增加,此后增加速度减缓,延度随胶粉用量增加而下降;针入度在胶粉用量20%以内时,呈线性降低,随后基本稳定;弹性恢复在胶粉用量10%以内时,增加速度很快,继续增加胶粉量,则增加较少;特别是在胶粉用量达20%以上时,弹性恢复增加不明显。
为达到更好的防反射裂缝效果,试验选用SK70KGN号沥青、20目橡胶粉。橡胶沥青性能见表1。
从表1看出,随着橡胶粉掺量的增加,针入度、软化点、延度和粘度都在不断增大。其中针入度在18%掺量时达到了最大值,延度在20%时明显增大,弹性恢复变化不是很明显,175 ℃的粘度只有在18%掺量时才能符合规范要求,结合施工等多方面的因素,选用18%的橡胶粉掺量。
3.2 撒量
撒布的橡胶沥青厚度必须要达到2 mm以上,才能很好地起到防反射裂缝作用,美国加州的撒布标准为2.5 L/m2～3.0 L/m2,即2.3 kg/m2～2.8 kg/m2。经过试验结合施工因素,橡胶沥青的撒量为2.5 kg/m2±0.2 kg/m2。
4 碎石
4.1 性能
对所用的石灰石进行了检测(见表2)。
4.2 粒径
在碎石粒径选择上,美国通常采用9 mm和12.5 mm两种粒径,在国内的有关工程中,也有用2.36 mm～19 mm各种不同粒径的碎石。因此采用了2.36 mm～4.75 mm,5 mm～10 mm,9.5 mm～13.2 mm,13.2 mm～16 mm,16 mm～19 mm五种单一粒径碎石进行研究比较,沥青撒量为2.5 kg/m2。
试验中撒布的碎石几乎全部都能粘附在橡胶沥青上,碎石覆盖面能达到80%～90%(见图1,图2)。
对五种粒径碎石进行了比较(见表3),剪切时橡胶沥青界面处开始滑移,剪切强度随着碎石粒径的增大而减小,反映了橡胶沥青与基层的粘结性能;而拉拔时在碎石与混合料界面处发生断裂,粘结强度也随碎石粒径的增大而减小,反映了碎石与上层混合料的粘结性能。这是因为随着碎石粒径的增大,基层和上面层混合料间距增大,层间粘结力逐渐减小,同时也与加铺的上层混合料的级配有关,较细的混合料有利于填充碎石间的空隙,而较粗的则容易造成空隙。对于小粒径的碎石,在碾压时能被橡胶沥青包裹,增加了碎石和混合料的粘结;对于大粒径的碎石,橡胶沥青无法包裹,在碎石和混合料界面处形成贫油层,粘结能力变小(见图3)。
采用小粒径碎石粘结能力较大,但橡胶沥青的撒量比较大,不利于橡胶沥青材料的收缩,对于半刚性基层而言,也不利于层间荷载的传递,较大粒径碎石会造成层间较大空隙,当水下渗到碎石与橡胶沥青之间时,会逐渐使碎石周围沥青膜脱落,形成碎石自由空间。经综合考虑后,选用5 mm～10 mm碎石作橡胶沥青碎石下封层。
4.3 撒量
碎石的撒量应达到一定的覆盖率,太多会妨碍碎石的粘附,清扫时会大量脱落。在无法确定具体数量时,最简单的一种方法就是:在一定面积纸或板上撒布碎石,根据碎石之间的空隙、覆盖面积加以调整,然后计算出单位面积上的撒量。美国加州采用的9 mm 和12.5 mm碎石,撒布量约为15 kg/m2～22 kg/m2;试验采用的5 mm～10 mm碎石,撒布量为10 kg/m2,碎石的覆盖面达到80%～90%左右。撒布的碎石应用0.4%～0.6%的基质沥青进行预拌,预拌的碎石可以消除表面灰尘,沥青能透入碎石的表面纹理,“湿润”了碎石,提高了粘附性能。
5 防水性能
渗水试验采用英国产“AUTOCLAM”全自动渗水仪进行渗水试验。渗水圆直径为75 mm,试验过程15 min,在整个试验过程中仪器自动进行水压补偿控制,使水压稳定在5×104 Pa,并以每分钟为间隔自动记录渗水量Q,考虑试件从干燥状态到水饱和状态所需要的时间,以5 min后的渗水量计算试件的渗水系数。
其计算公式为:
K=QL/ATH。
其中,K为渗透系数;H为水头高度(水压力);L为试件厚度;Q为渗流水量;A为水通过的断面积;T为水流历时时间。
经过多次试验,测得渗水系数为4.4×10-8cm/s。日本与美国有关研究资料表明,当渗水系数在1×10-6 cm/s～1×10-7 cm/s之间时,实际上可以确定为不渗水,我国大坝防水沥青混合料渗水系数要求的指标为小于1×10-5 cm/s。因此,橡胶沥青可以起到完全防水的效果。
6 结语
经很多工程实践证明,橡胶沥青碎石封层对于延缓半刚性基层沥青路面反射裂缝有很好的作用,可明显延长路面使用寿命。
在试验中,由于设备有限,未能对橡胶沥青应力吸收夹层的疲劳性能进行研究,希望在以后的研究中能够进一步研究。
参考文献
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半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施 篇11
1 工程概况
某条国道穿越我省境内部分, 公路等级为一级, 设计行车速度100 km/h, 双向四车道。土基部分由于属改扩建工程, 改建后的行车道位于原路基上, 原路基已形成一定强度, 另外新旧路基结合部分采用土工格栅加固, 土基模量E0=30 MPa;垫层为厚度20 cm天然砂砾, 最佳含水量6.4%, 最大干密度2.08 g/cm3, 压实度96.6%;基层在两侧扩建部分总厚度为43 cm, 分三层实施厂拌机摊;水泥剂量为5%, 7 d无侧限抗压强度平均为4.0 MPa;最佳含水量6.3%, 最大干密度2.17 g/cm3;压实度98.6%;下面层为厚度6 cm粗粒式AC-25Ⅰ;粗集料平均压碎值25.4%, 粘附等级为4, 视密度大于2.5 t/m3, 石料冲击值不大于28%;沥青采用国产某沥青;上面层为厚度4 cm SBS改性AC-16Ⅰ;面层摊铺采用跨越式平衡梁摊铺机, 改性沥青混凝土各工序温度高于普通沥青混凝土10 ℃～20 ℃。
2 半刚性路面结构层施工的质量控制
2.1 材料基本要求及施工检验
筑路材料是保证路面质量的基本前提, 施工前应分别对铺筑路面的垫层、基层、面层材料进行质量检验, 符合规范《公路工程集料试验规程》《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》《公路路面基层施工技术规范》《公路沥青路面施工技术规范》的相关内容的要求。
2.2 路基强度检验
路基的强度应满足设计文件所规定的土基强度指标, 同时具有良好的稳固性, 并使之有利于上部路面结构层的铺筑。
2.3 路面垫层检验
对于常用的半刚性基层沥青路面, 垫层常常采用天然砂砾材料, 以保证路面具有良好的排水、隔温和防冻胀性能, 垫层施工检验内容为砂砾级配和压实度。
2.4 半刚性基层检验
作为主要承重层的半刚性基层应保证具有良好质量, 从材料准备到施工铺筑和碾压, 严格遵循规范和设计要求。
2.5 基层摊铺检验
1) 拌和水泥稳定砂砾混合料可采用集中厂拌法用强制混凝土拌合机拌和, 应严格控制水泥用量。最小水泥剂量应不低于3%, 并在设计配合比基础上增加0.5%的水泥剂量。2) 摊铺宜采用机械摊铺, 其松铺系数可按1.30～1.35控制。基层分两层施工时, 在铺筑上层前, 应在下层顶面先撒薄层水泥或水泥净浆, 应严格控制基层厚度和高程, 其路拱横坡应与面层一致。3) 碾压先用6 t～8 t的两轮压路机或轮胎压路机碾压1遍～2遍, 然后再用重型压路机碾压, 摊铺完成后应立即进行碾压。4) 碾压成型后, 即进行洒水养生, 以保持基层表面湿润为原则, 养生期一般为7 d;基层上未铺封层或面层时, 除施工车辆可慢速通行外, 禁止一切机动车辆通行。
3 半刚性路面沥青面层施工的质量控制
3.1 拌制及运输
沥青混合料必须在拌合厂机械拌制, 且拌合设备的生产能力应与摊铺能力相匹配。热拌沥青混合料运输应采用较大吨位的自卸汽车, 放料时应注意减少粗细集料的离析现象。
3.2 摊铺
沥青混合料摊铺应注意温度检验和控制。温度应根据沥青标号、粘度、气温、摊铺层厚度选用, 且符合规范要求。当一级公路施工温度低于100 ℃、其他等级公路施工气温低于5 ℃时, 不宜摊铺热拌沥青混合料。沥青混合料必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。
3.3 压实及成型
1) 压实是保证工程质量的重要手段之一。当含水量等于或略大于最佳含水量时就可以开始进行碾压, 碾压按照先轻后重、先边后中、由内到外的原则进行。压路机的碾压速度不宜过快, 一般为1.5 km/h～2.4 km/h。任何压路机不得在已完成的或正在碾压的路段上掉头或急刹车, 以避免破坏基层表面。2) 压实后的沥青混合料应符合压实度及平整度的要求, 沥青混合料的分层压实厚度不得大于10 cm。应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤, 达到最佳结果。3) 压实应按初压、复压、终压三个阶段进行。压路机应以慢而均匀的速度碾压, 压路机的碾压速度应符合施工规范规定。a.初压。应在混合料摊铺后较高温度下进行, 并不得产生推移、发裂。压路机应从外侧向中心碾压, 相邻碾压带应重叠1/3～1/2轮宽。应采用轻型钢筒式压路机或关闭振动装置的振动压路机碾压2遍, 其线压力不宜小于350 N/cm。b.复压。应紧接在初压后进行, 宜采用重型的轮胎压路机, 也可采用振动压路机或钢筒式压路机。碾压遍数应经试压确定, 不宜少于4遍～6遍, 达到要求的压实度。c.终压。应紧接在复压后进行。终压应选用双轮钢筒式压路机或关闭振动的振动压路机碾压, 不宜少于2遍, 并要求压后无轮迹。
4 半刚性路面结构层现场铺筑质量监控
为确保路面各结构层施工铺筑质量和整体强度指标, 从路面各结构层表面弯沉出发, 反算各结构层材料回弹模量指标, 验证路面结构设计时的参数取值。同时, 提出综合模量指标, 并给出计算方法, 对已铺筑结构层及下部结构的整体质量实施监控。
4.1 表面回弹弯沉
路面竣工弯沉反映了路面结构的整体强度和刚度特性, 在荷载作用下, 它源于路面各结构层次产生形变的总和。用表面回弹弯沉监控路面施工质量即计算制定路面各结构层表面的回弹弯沉值, 用相应各表面实测弯沉值与之比较可知质量是否满足要求。
4.2 综合模量
基层在不同应力水平作用下, 表现出不同的刚度, 这与基层及以下结构层的受力响应是分不开的。为了准确地控制评价路面结构层质量, 应首先确定路面结构层材料性能, 进而分析路面结构应力状态, 及在这种状态下路面产生的一系列响应。因此, 采用综合模量指标, 结合路面体内部的受力状态和材料模量参数, 表征结构层组合受力后产生的形变响应, 对路面结构组合刚度质量做一个准确良好的衡量。
5 结语
在普通公路路面施工中, 主要通过对路面结构层单质材料、混合料进行各自标准常规试验及指标检验, 满足规范指标要求, 便可进行大幅施工。通过上述方法, 初步可以控制路面工程质量。但在很多时候, 这些检验指标不能充分保证路面工程质量。比如对基层材料强度的控制, 主要是通过7 d无侧限抗压强度指标, 但这并不能保证基层材料的弹性模量达到设计参数取值和反映材料的抗压刚度性能。此外, 路面竣工后, 常出现表征路面刚度的回弹弯沉验收指标未能满足路面设计要求, 造成工程的返工和浪费, 即出现设计目标和施工质量相脱节的情况。
摘要：结合参与半刚性沥青路面施工过程的案例, 主要介绍了半刚性路面结构层施工、面层施工和结构层现场的监测检验等内容, 通过上述方法手段, 达到了对半刚性基层沥青路面施工质量控制的目的。
关键词：半刚性基层,沥青路面,质量控制
参考文献
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[3]JTG D50-2006, 公路沥青路面设计规范[S].
半刚性基层路面裂缝成因与防治 篇12
1 我国道路建设现状
图1是我国2006年—2013年公路建设投资额统计数据, 从图1中不难看出我国每年的公路建设投资额都在增加, 这也就意味着我国每年有大量的道路建设项目开工。半刚性基层路面作为我国道路建设的主要路面之一, 探究半刚性基层路面裂缝成因与防治有着重要的现实意义。
2 裂缝产生的原因
2.1 荷载裂缝
荷载裂缝是最常见的道路裂缝, 一般是由于车辆反复作用于道路, 导致半刚性基层的底部产生拉应力, 当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时, 裂缝就随之产生。而随着车辆荷载的不断作用, 裂缝由道路基层扩散到道路的表面, 从而破坏了沥青面层, 影响交通运输的进行。一般来说荷载裂缝都是区域内的网状裂缝, 长时间的荷载裂缝会导致路面的沉陷。
2.2 收缩裂缝
1) 低温裂缝。对于北方地区来说, 由于冬季的温度较低, 使得沥青材料的强度也越来越大, 因而开始产生了一定的收缩, 当温度的变化过于剧烈时, 沥青面层状强烈的收缩力会超过沥青混合料的抗拉力, 导致沥青面层出现裂缝, 但是这种裂缝一般宽度都不是很大, 影响范围也不是很广。
2) 温度疲劳裂缝。对于昼夜温差较大的地区来说, 由于白天和晚上的温度差异过大, 有时甚至可以高至几十摄氏度, 这样在沥青面层中就会产生较大的温度应力, 在这种温度应力的长期作用下, 沥青面层会产生温度疲劳裂缝, 而如果不能够及时的进行修补, 温度疲劳裂缝就会向下发展, 最终导致半刚性路面的基层产生裂缝, 严重影响道路的正常使用。
3) 基层的反射裂缝。反射裂缝是指半刚性基层在温度和湿度变化下产生的收缩开裂沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝。这种裂缝能够影响局部区域内的路面强度, 使得裂缝处产生较严重的凹陷。
3 路面裂缝的危害
沥青路面产生裂缝是难以避免的, 目前的技术手段也只能降低裂缝产生的几率而不能够彻底的消除裂缝。裂缝的产生也会带来多方面的危害:
1) 路面存在裂缝时, 如果遇到了降雨, 雨水会沿着裂缝下渗到基层, 从而软化半刚性基层, 降低路面的强度, 加剧裂缝的程度, 甚至可能形成路面的塌陷。
2) 裂缝的产生会对行车舒适度造成影响, 影响车辆在道路上运行的效率。再者在有裂缝的道路上行驶也会加大对于汽车各部位的损耗以及油耗, 提高使用的成本。而如果裂缝长期得不到修理, 很可能导致路面的凹陷, 最终导致交通事故的发生, 造成不必要的人员伤亡和财产损失。
3) 裂缝的存在同样提高了道路的维护成本, 在车辆的连续作用之下裂缝的延伸速度是惊人的, 这也就意味着需要投入更多的财力、物力、人力来进行裂缝的修补。
4 防治裂缝的具体措施
4.1 施工方面
对于路面和路基来说, 都需要进行充分的压实, 特别是桥台背和涵洞两侧填土的压实, 以及路基路面加宽对新旧路基和新旧路面结构层的联结和压实, 这样才能够避免路面在汽车长期的荷载作用下产生形变。
4.2 减轻非荷载型裂缝的措施
1) 限制水泥稳定基层材料中的水泥用量。
对于半刚性基层路面来说, 其中水泥的用量越多, 就意味着路面的刚性越大, 韧性越低, 这样在车辆荷载的长期作用下就会产生开裂的情况;另一方面稳定材料的强度越高基层内的收缩裂缝的间距的宽度也就越大, 会导致更严重的裂缝发生。因此一般将半刚性基层路面的水泥用量控制在6%以下, 而为了减少由于温度引起的体积缩小产生的形变, 有时可用适当的粉煤灰来代替水泥。
2) 基层预锯缝。
半刚性基层路面对于温度的变化非常敏感, 而基层预锯缝就很好地利用了这一特点, 预先在基层中制造出规则间距的裂缝, 这种裂缝并不会随着车辆的作用而扩大, 能够有效避免裂缝贯穿整个面层。
3) 调整基层施工时间。
长期以来的实践经验表明半刚性基层内产生的裂缝主要是由于温度原因所造成的, 因此在施工时有必要调整基层的施工时间以降低裂缝产生的几率。在温度较高的季节施工的半刚性基层在寒冷季节时通常会产生收缩裂缝, 而在温度较低的季节施工的半刚性基层在炎热季节时通常会产生膨胀裂缝, 因此有必要根据气候来选择施工的时间, 使得路面既能够承受低温的收缩作用也能够承受高温的膨胀作用。
4) 加厚沥青面层。
加厚沥青面层是一种被动的预防裂缝的方法, 一方面沥青面层的增厚可以降低路面内的剪切力, 另一方面裂缝从底面延伸到顶面需要花费更长时间, 这样能够在一定程度上延长路面的使用寿命。但是这种方法是一种极为被动的预防方法, 不仅需要投入更高的成本, 而且由于沥青受到高温的影响较大, 高温下沥青路面很容易产生车辙。
5) 增加应力吸收层。
车辆对路面的持续作用力是造成路面产生裂缝的另一原因, 因此可以增加应力吸收层来降低车辆荷载对于路面的影响。一般来说应力吸收层都是由橡胶沥青混合料制成的, 厚度由10 cm~5 cm不等, 应力吸收层铺设在基层和沥青面层之间, 能够有效吸收沥青面层传递到基层上的作用力, 从而降低应力集中的现象, 最大程度上减缓车辆荷载对于道路基层造成的影响。
6) 增加土工织物。
车辆荷载导致的应力大于路面内部的拉力是造成路面产生荷载裂缝的原因, 而在路面中增加土工织物能够有效增大路面内部的应力, 土工织物具抗拉、抗腐蚀、高强度等特点, 从而能够承载更多的重量。一般来说常用的土工织物有聚丙烯、聚乙烯以及玻璃纤维, 这些土工织物在沥青层的底面, 与沥青层牢固地结合在一起, 从而有效防止裂缝的产生。从我国长期的使用来看, 采用玻璃纤维织物的效果最为理想, 成本也较低。
7) 采用沥青碎石结构。
改变沥青面层的受力结构也是降低路面裂缝的方法, 一般来说可以用沥青碎石结构来作为沥青面层的下层, 所谓的沥青碎石结构是以碎石材料作为底层, 上层铺设沥青。一般碎石材料的厚度在9 cm左右, 碎石之间不添加任何的填充物, 因而车辆荷载对于路面的应力可以得到一部分的抵消, 基层的纵向相对位移也不会及时的传递到沥青层, 从而降低裂缝发展的速度。
5 结语
近几十年来我国经济取得了迅猛的发展, 而经济迅猛发展的背后是交通运输行业的繁荣, 时代的发展对于交通运输行业提出了更高的要求, 道路必须拥有更高的承载能力。我国的路面大多是半刚性基层路面, 而在半刚性基层路面上最常见的裂缝有荷载裂缝、低温裂缝、温度疲劳裂缝以及基层的反射裂缝, 这些裂缝的出现不但影响了道路使用的舒适度, 也会影响道路的使用寿命, 增加道路的维护成本, 造成不必要的人员伤亡和财产损失。在施工时可以采用限制水泥稳定基层材料中的水泥用量、基层预锯缝、调整基层施工时间、加厚沥青面层、增加应力吸收层、增加土工织物、采用沥青碎石结构等手段来降低路面裂缝产生的几率, 从而提高路面的承载能力和行车舒适度, 创造更大的经济效益和社会价值。
参考文献
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