沥青路面典型病害原因分析及改善措施

邱宏彬

(福州路信公路设计有限公司，福州 350007)

福州地区已多处实施水泥路面加铺沥青路面工程，工程实践中发现路面性能较原有水泥路面得到了极大提升，但同时也出现了一些病害，一定程度上影响了加铺路面的使用性能和使用寿命。本文通过S201 长乐两港线漳港环岛至松下段工程实例分析加铺工程沥青路面典型病害成因， 并从水泥路面加铺沥青路面的病害防治和加铺改建提出了技术改善措施。

1 工程概况

S201 长乐两港线漳港环岛至松下段是连接长乐机场与松下码头的重要通道， 该路段起止点桩号为：K237+060～K265+458.5，长度28.3985 km，该路段的交通量等级为重载交通。

原路面为水泥混凝土路面，经过多年的使用，路面出现了开裂、断板、唧泥、错台和沉陷等不同程度的病害[1]，严重制约了长乐经济的发展，为改善交通运输条件，提升道路服务性能，于2014 年底动工实施该路段的拓宽改建工程，2018 年工程竣工，全长约28 km，总投资约11.9 亿元。

本工程设计布置了两类“白改黑”路面结构形式，如图1。第一类(结构层一、二)：纵横缝贴玻纤格栅+共振击碎旧水泥路面(K249+100～K251+640，2.5400 km)，各层混合料均采用改性沥青；第二类(结构层三)：打裂压稳旧水泥路面(分两段：上段K237+060～K249+100，12.0400 km；下段K251+640～K265+458.5，13.8185 km)，各层混合料均采用普通沥青。

2 病害调查

2.1 病害调查情况

S201 长乐两港线漳港环岛至松下段白改黑工程在运营了1 年多之后出现了不同类型的病害， 在一定程度上影响了道路的通畅性。本文通过病害调查，该路段出现的病害如图2～7 所示。

图1 路面结构分布

图2 纵裂缝

图3 车辙

图4 麻面露骨

图5 斜裂缝

图6 沉陷、横裂

图7 坑槽

2.2 病害分布统计与分析

2.2.1 病害调查分布

通过对全路段病害的调查，结果见表1～2。

表1 现场病害调查记录表(下行)

表2 现场病害调查记录表(上行)

2.2.2 病害分类统计

对病害进行分类统计，结果见表3。

表3 病害数据统计

由表3 数据分析可知，S201 两港线漳港环岛至松下段的典型病害是纵裂缝和车辙，各结构层典型病害分布如图8 所示。

图8 典型病害分布图

2.2.3 弯沉检测数据分析

通过对K248+683～K248+711(纵裂缝)路基路面弯沉检测(落锤式弯沉仪)，检测数据结果如图9 所示。

图9 K248+683～K248+711(纵裂缝)车道弯沉盆

K258+620～K258+646(车辙)路基路面弯沉检测(落锤式弯沉仪)，检测数据结果如图10 所示。

图10 K258+620～K258+646(车辙)车道弯沉盆

综合以上调查数据结果分析，S201 两港线水泥路面加铺沥青路面工程典型病害是纵裂缝和车辙， 且全部发生在加铺类型为结构层三的路面上。

⑴纵裂缝病害累计长度为1684 m，以纵裂缝影响宽度0.2 m 计算得到纵裂缝面积为336.8 m2，占铺设面积的0.186%。

纵裂缝病害的主要特征为：

①单向4 车道，纵裂缝基本只发生在1、2 车道，且2车道尤为严重。

②纵裂缝多发生在车道的右侧， 且纵裂缝距标线的位置也存在一定的规律：1 车道右侧纵裂缝基本分布在距右侧标线40～45 cm 处；2 车道右侧纵裂缝基本分布在距右侧标线110～120 cm 处。

③旧缝侧普遍有支缝产生， 灌缝末端有新延伸的裂缝出现，且在之前的正常部位有新的裂缝发生。

④发现无纵裂缝发生的路段路侧有密集的建筑物，有纵裂缝路段路侧为农田。

⑤阴天时，路面有离析的潮湿线条出现，其分布较符合纵裂缝分布规律。

⑵车辙病害累计长度为15130 m，以车辙影响宽度0.4 m 计算得到车辙面积为6052 m2， 占铺设总面积的2.92%。 车辙病害的主要特征表现为：

①(K251+640～K265+458.5)1、2 车道不同程度的发生车辙，且1 车道比2 车道严重，3、4 车道没有车辙病害发生。

②辙槽两侧有比较明显的隆起，车辙截面呈“W”型。

③该段面层集料偏细。

3 病害原因分析

3.1 裂缝原因分析

(1)沥青层分幅摊铺时，两幅接茬处未处理好，在交通荷载和温度应力等的作用下发生开裂。

(2)沥青延度偏于下限，混合料抗拉强度及抗剪能力较低，且为高路堤，路侧无围压，在相邻两车道长期处于轻载和重载作用下，使面层造成拉裂。本文从现场纵裂段比较严重的结构层三路段进行了取芯见图11，并进行沥青材料的实验见图12。

图11 (纵裂段)芯样正面图、反面图、侧面图

图12 芯样面层沥青混合料矿料级配曲线

(3)旧板处治不合理，导致车辆荷载下沥青层底部拉应力过大，致使底部裂缝反射至沥青面层形成横向裂缝。

(4)路基承载力不足，特别是在重载交通的联合作用下，容易导致路面疲劳，出现网裂。

(5)旧板裂缝处理不当，会出现沥青路面反射裂缝。

(6)养护，基层养护不足(通车时间过早)，导致基层出现早期横裂纹。

(7)击碎及打裂压稳处理的碎块偏大，且板块厚度方向的碎块尺寸单一，碎块之间没有形成很好的传力，在原水泥板路基存在唧浆、 脱空的情况下可能会在破碎块接触处发生应力集中，反射到面层出现开裂。

(8)路面拓宽部分压实度不足，容易出现纵缝，车量与雨水共同作用下进而发展成网裂。

3.2 车辙原因分析

(1)重载交通下混合料内部剪应力过大，导致材料内部具有横向流动趋势。

(2)普通沥青偏软，加上面层集料偏细，路面在荷载作用下发生车辙。

(3)车辆行驶速度降低，荷载对路面作用时间过长累积变形增大。

(4)重载交通下，沥青加铺层过薄导致底部剪应力过大， 使得沥青层横向累积变形过大， 造成加铺层底部脱粘，在弯道处甚至产生推移拥包。

(5)沥青混合料设计时击实功不足，造成沥青含量偏大。

(6)混合料出场时的不均匀性，部分混合料离析严重。

(7)夏季炎热，路面温度较高，沥青软化点相对偏低，荷载作用下容易发生变形。

(8)沥青混凝土、沥青混凝土层间与基层粘结力不足，在水平推力作用下造成路面面层沿基层滑动， 使路面发生推移，形成车辙。

本文从现场车辙段较严重的结构层三路段进行上面层沥青材料的实验见图13。

图13 车辙段细长比及粒径分析图

4 纵裂缝、车辙典型病害处置改善措施

4.1 技术措施

4.1.1 设计方面

4.1.1.1 路面结构选型方面

(1) 路面结构应优先选用纵横缝贴玻纤格栅+共振击碎旧水泥路面的形式， 其次选用打裂压稳旧水泥路面的形式。

(2)必须采取可靠的防反射裂缝措施。

4.1.1.2 材料选择方面

(1)加铺的沥青混合料应优先选用改性沥青，上面层沥青应比中、下面层性能优良。

(2)集料强度、集料与沥青粘附性、集料棱角性和级配应满足规范要求。

(3)应尤其注意混合料的含油量和集料的洁净程度。

4.1.1.3 交通方面

在渠化交通下， 应考虑不同车道交通的差异和路侧环境对驾驶员对行驶车道的选择：

(1)路侧环境和交通规则影响驾驶员选择行驶车道。

(2)建议在质量要求上对不同车道分别对待，达到精细化设计。

渠化交通下， 对重载车道应提高路面的设计质量标准，以提高其使用寿命；轻载车道应保持路面的设计质量标准或适当降低其设计质量标准，如S201 两港线的第4车道几乎没有机动车辆在上面行驶， 其设计质量要求可适当降低，以降低成本，这部分成本可以增加到重载车道上，提高其设计质量要求，从而实现精细化设计。

4.1.2 施工方面

(1)对于车辙病害的处置办法主要分为3 个阶段：①原路面洗刨；②洒布沥青结合油；③沥青混合料面层铺筑。

沥青路面铣刨用铣刨机进行。 在需铣刨路段的一端按顺序铣刨至中面层，铣刨尽量一次完成，中间除特殊原因外不得停顿[2]。铺筑面层前，应洒粘层沥青，对清扫过及洒过粘层沥青的表层不允许车辆行驶。

沥青混合料的摊铺温度应控制不低于110℃～130℃，不超过165℃。 铺筑完的沥青路面应符合平整度、横坡的规定要求。 在施工过程中应尽量减少接缝数量。

(2)应加强施工过程的质量监督和控制，保证沥青路面的压实度。

4.2 质量管理

4.2.1 施工过程管理

4.2.1.1 原材料质量监控

影响施工质量的前提条件和基础是原材料的管理。

对于沥青料，施工现场需通过加强抽检等措施可

以达到控制工程质量的要求， 对发现抽检不合格的沥青料必须禁止使用。

而集料加工及其质量控制是目前路面施工质量管理中的薄弱环节[3]，从K240+320(纵裂段)3、4 号芯样侧面可以看出，集料中含有不少杂料，这在一定程度上影响了沥青路面的整体质量，对此应加强集料的质量控制：包括料场选定、集料生产、运输、质量管理、存储管理等[3]。

4.2.1.2 沥青混合料质量控制

结构层三下段的面层混合料级配偏细，在重载交通作用下，出现车辙病害。在施工时，应定期对混合料的级配进行测试，保证级配在设计的允许范围之内；应重视沥青混合料的生产质量，通过抽样对混合料进行质量检验，通过马歇尔试验，抽提试验等检验混合料的各项性能指标[3]。

4.2.1.3 施工过程质量监控

结构层三上段在阴天时， 路面有疑似离析的潮湿线条出现，其分布较符合纵裂分布规律，原因是分幅摊铺时接缝未处理好。 所以，要加强施工过程的质量控制，切实做好接缝的处理。

施工过程中的动态控制和检查也是施工质量控制的重要环节， 路面的稳定性、 均匀性是施工质量控制的重点，在现场施工过程中主要检查集料、混合料的稳定性、混合料运输、摊铺、碾压、养护等过程，采用激光纹理仪、便携式落锤弯沉仪等无损检测手段评价路面施工的均匀性，减少或避免离析等情况发生。对检测到的路面不均匀情况进行数据统计分析，查找原因，并提出相应的技术措施来解决[3]。

4.2.1.4 竣工后质量检验

竣工后通过对面层平整度、厚度、构造深度、渗水系数等方面来评价施工是否合格； 若出现路面工程不合格的现象， 根据检测情况采取相应的技术措施使工程质量达到检测要求。

4.2.2 运营期间管理

4.2.2.1 预防性管理

(1)沥青公路路面在气温最高时段一次性洒水就可以使5 cm 内的温度下降5℃左右，并保持1 h 左右，因此采用在路表洒水的方式来降低沥青路面温度是有效可行的，可在一定程度上预防高温车辙的发生。

(2)规范路口交通秩序，减少路侧环境对交通的影响， 路侧环境在很大程度上能够影响驾驶员对行驶车道的选择。

4.2.2.2 养护性管理

(1)裂缝类病害要及时封缝处理

纵裂处芯样难以取出， 雨水进入导致沥青混合料松散式主要原因之一，为了防止二次病害的发生，应及时封缝处理。

对于纵向裂缝的处治办法是采用填入封缝料， 保持裂缝有效的密封性，防止水或异物进入，当裂缝小于0.6 cm 时可采用SBS 改性沥青封缝， 裂缝大于等于0.6 cm时可采用橡胶沥青封填。

(2) 经研究表明沥青混凝土最大剪应力出现在5～10 cm，中面层的抗剪能力是设计的关键，在经济允许及施工技术可行条件下可以考虑洗刨至中面层， 重新加铺改性沥青混合料。 为避免过大剪应力出现在加铺层底层，应当适当加厚薄层沥青的厚度，以大于或等于18 cm 为宜，但亦不可过厚。

5 结论

综合以上数据研究分析， 今后在同类型的加铺路面工程路面结构选型上，应优先选择纵横缝贴玻纤格栅+共振击碎旧水泥路面的形式，采取可靠的防患措施；在材料选择上，应优先选用改性沥青；在交通方面，建议考虑交通量在各车道上的分布，做到各车道的精细化设计；在质量管理方面，建议加强原材料质量、混合料生产和摊铺过程质量监控；在运营期间管理方面，建议加强的预防性和养护性管理。