半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施

王静杰

现阶段,我国90%以上的高速公路采用的都是半刚性基层沥青路面。其普及率之高主要是因为半刚性基层有其明显的优点:强度高、刚度大、整体性和水稳性好、工程造价低、使用寿命长等。但半刚性基层沥青路面应用至今,其病害形式也越来越多。这也给我国大部分高速公路的维修养护工作带来了严峻的考验。其主要病害形式有:纵向裂缝、横向裂缝、雨水沿缝下渗形成的缝边唧浆、网裂、局部松散、坑槽、泛油等。以下我们将从半刚性基层横向裂缝、收缩裂缝以及水损害三个方面对其病害进行探讨。

1 半刚性基层沥青路面水损害的破坏机理及防治措施

溶蚀、冲蚀及软化三种表现形式。溶蚀即渗入到路面内部的水在贮存与排泄运动过程中产生径流,它不断将含水介质中的细粒料带走从而损害路体;冲蚀即在行车振动荷载的频繁作用下,渗入到路面内部的水由自由水变为高压力、高流速的承压水,随着时间的推移,路面底部材料被冲蚀掏空,路面产生裂缝;软化破坏表现为:渗入路面内部的水,其中一部分渗入路面基层以下路基加工层,形成含水几近饱和或局部呈高含水率土层,饱水软化土体塑性增强,这时下部土体刚度与强度均降低,也容易使路表产生过大的弯沉量,从而使路体产生边坡滑动、崩塌等突发性灾害。

1.1 破坏机理

1.2 主要防治措施

水的浸入破坏是半刚性沥青路面破坏的主要原因之一,其破坏过程可分为以下五步:沥青面层疲劳破坏、表面产生疲劳裂缝→路表水下渗积聚于基层、土基中→路面强度下降、急剧破坏→路面产生沉陷、坑槽、龟裂→路面全面破坏。水损坏的机理主要有

1.2.1 合理设计

首先,应对排水进行合理设计,高速公路、一级公路应设路面排水设施,路面排水设施主要由路肩排水和中央分隔带排水设施所组成。注意当中央分隔带采用绿化带时,土的密实度相对不高,由于灌溉以及植物的持水特点,这部分水容易侵蚀到路基内部,对局部路基造成严重侵蚀和破坏。建议采用以下的措施来解决这个问题:1)根据土质、路基填土高度、地下水位的高度,做竖向渗井排水;2)路基填土过高,地下水位过深,黏性土地质,做横向直接排水;3)凹曲线附近,除做横、竖排外,在每相邻人井之间做自渗井,排除绿化带植被饱和水。

其次,路基的处理与设计对公路的建设也是一个很重要的方面,路基土应采用透水性能良好的土体,如砂性土含一定数量的粗颗粒,使路基获得足够的内摩擦力,又含一定数量的细颗粒,使之具有一定的粘聚力,不致过分松散。在实际工程中,有可能难以取到理想的材料,这时应注意结合路基材料做好排水设计。

1.2.2 合理选材

沥青面层各层次尽量采用空隙率小的沥青混合料。实践证明:沥青面层各结构层采用空隙率小于5%的材料时,防止水破坏的效果较好;沥青面层采用优质沥青材料和矿料防止沥青面层产生料质性病害。如沥青玛脂碎石混合料(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料,具有优良的抗车辙性能和抗滑性能。

1.2.3 施工注意事项

首先应加强原材料的质量控制工作,对沥青而言要控制好其软化点、延伸度和针入度三大指标;集料要严格控制好其耐磨值、强度和级配。其次应加强沥青混合料材料配比的控制,沥青混凝土路面的空隙率与沥青混合料的级配、沥青的用量以及拌合温度存在着一定的关系,因此可以从加强沥青混合料的配合比设计方面来降低空隙率。另外应提高施工压实的标准,建议沥青路面的表面层压实度应不小于98%,中面层或底面层的压实度以不小于97%为宜。

2 半刚性基层收缩裂缝的影响因素及防治措施

2.1 影响因素

影响半刚性基层收缩裂缝的主要因素有:结合料的种类及剂量、集料、混合料的含水量、基层密实度、水泥延迟时间及养生条件等。水泥稳定碎石基层结合料对收缩裂缝的影响因素主要有:水泥品种、水泥剂量、粉煤灰掺入量。集料是水泥稳定碎石结构的骨架,集料技术性质对水泥稳定碎石的强度、抗裂性有着举足轻重的影响。水泥稳定碎石基层施工在其他因素不变的情况下,混合料的含水量偏少能够明显减少基层收缩裂缝的数量。水泥稳定碎石基层的密实度不仅影响到基层的强度,而且影响到水泥剂量的确定,基层温缩系数的大小,最终影响到基层收缩裂缝的多少。水泥延迟时间对水泥稳定碎石基层的强度和干密度均产生明显影响。随着水泥延迟时间的推移,水泥稳定碎石基层的强度和干密度快速衰减。水泥稳定类基层碾压成型后的保湿养生对减少收缩裂缝至关重要。

2.2 预防措施

1)采用骨架密实型级配。骨架密实结构是级配最为理想的结构类型,由粗骨料形成骨架、细集料填充其空隙,保证矿料的和易性,骨架的嵌锁作用增加了水泥稳定粒料的强度,节约了水泥用量。混合料中水泥及细集料的减少有效地降低了水泥稳定碎石基层收缩裂缝的形成。2)控制设计强度。控制水泥稳定碎石基层收缩裂缝的有效措施之一是降低基层的强度并保持基层强度整体均匀性。3)基层中掺加土工合成材料。用纤维、金属网或玻璃网、土工织物等加固水泥稳定基层。4)水泥稳定基层的预先锯缝。为了避免基层产生不规则的紊乱裂缝,减少裂缝的破坏作用,在水泥稳定基层上预先锯出缩缝,因为缩缝降低了约束条件,有利于控制反射裂缝。5)增加半刚性基层的厚度。半刚性基层厚度的增加,一方面,可提高基层整体的抗拉强度,延长裂缝扩展的路径;另一方面,在其他条件相同的情况下,可使行车荷载在半刚性基层产生的拉应力减小,从而延缓裂缝扩展的速度。6)控制水泥用量。水泥稳定碎石的干缩应力受水泥剂量影响也较大。水泥剂量越大,干缩应力也就越大,裂缝也就越多。经对比试验证明,水泥用量增加1倍,路面的缩缝增加20倍～25倍。

3 横向裂缝的形成机理及防治措施

3.1 形成机理

裂缝是沥青路面最常见的破坏现象,裂缝有横向裂缝和纵向裂缝两种。横向裂缝包括路面材料低温收缩裂缝、干燥收缩裂缝以及反射裂缝。横向裂缝,不仅是由于交通荷载作用而引起,大部分是由于水分蒸发引起干缩裂缝和温度变化而引起的温缩裂缝。

3.2 防治措施

1)合理选材。大约灰土类集料为 60%,二灰集料为75%,水泥类水泥含量为5%。当水泥含量保持5%～6%时,抗温缩和抗干缩性能较好;沥青质量是发生低温缩裂的关键,应选用延度大、耐久性好、抗老化的重交通道路石油沥青,也可以在沥青中掺入橡胶粉、树脂等来提高沥青材料的抗拉强度,增加抗裂性。2)加铺应力吸收层。在半刚性基层和沥青面层之间加铺一层应力吸收薄膜夹层,这种夹层能吸收或缓冲裂缝尖端的应力集中,对于抑制反射裂缝的产生与扩展有一定的效果,还可以改善面层的抗疲劳性能,而且施工方便,价格便宜,具有良好的发展前景。目前,我国使用的应力吸收薄膜夹层有土工织物、沥青橡胶、704胶和塑料膜四种,以土工织物和沥青橡胶为常用。3)合理施工养护。当温度在0℃～10℃时,在最佳含水量附近,半刚性基层总出现最大的温缩系数,所以石灰土底基层的施工气温应在5℃以上,绝不能在冰冻时施工。施工中含水量太大或初期养护不良,必将导致很大干缩,半刚性基层养护结束后应及时铺筑沥青面层或做封闭层。

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