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高速公路瀝青路面早期破損的成因分析及防護(hù)
瀝青混凝土路面具有表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、振動(dòng)小、噪聲低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便、適宜于分期修建等優(yōu)點(diǎn)，因此獲得越來越廣泛的應(yīng)用。在高速公路的建設(shè)中，我國(guó)的絕大部分高速公路都采用瀝青混凝土路面。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速、協(xié)調(diào)發(fā)展，我國(guó)道路交通量日益增大，車輛迅速大型化且嚴(yán)重超載，使公路路面面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。現(xiàn)有高速公路的有效服務(wù)時(shí)間普遍未能達(dá)到其設(shè)計(jì)使用年限，常常在通車2～3年便出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的早期破損現(xiàn)象。在當(dāng)前公路建、養(yǎng)資金嚴(yán)重不足的情況下，研究瀝青路面的早期破損原因及防護(hù)具有特別重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、瀝青路面早期破損的類型
1）橋頭跳車
橋頭跳車一般是臺(tái)背填土壓實(shí)不足，導(dǎo)致填土在臺(tái)背后數(shù)十米范圍內(nèi)下沉。其特征為：沉降在行車方向是漸變的，延續(xù)距離相對(duì)較長(zhǎng)，路面的整體強(qiáng)度未受破壞，路表面也少有損壞，但行車時(shí)具有明顯的“波浪”感。
2）沉陷
沉陷一般是由基層局部成形不足，強(qiáng)度不夠，在行車載荷和自然因素等作用下形成的。對(duì)于大面積沉陷往往是由于路基（高填方地段）不均勻沉降或局部滑移面引起的。
3）裂縫路面
裂縫是路面早期破損最常見的病害之一，它的危害在于從裂縫中不斷進(jìn)入水份使基層甚至路基軟化，導(dǎo)致路面承載能力下降，加速路面破壞。
3.1橫裂縫橫向裂縫可分為荷載性裂縫和非荷載性裂縫兩大類。荷載性裂縫是由于路面設(shè)計(jì)不當(dāng)和施工質(zhì)量低劣，或由于車輛嚴(yán)重超載，致使瀝青面層或半剛性基層內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其疲勞強(qiáng)度而裂縫。非荷載性裂縫是橫向裂縫的主要形式，它有兩種情況：瀝青面層溫度收縮性裂縫和基層反射性裂縫。一般認(rèn)為這種裂縫不可避免，對(duì)路面的整體性沒有損害。
3.2縱裂縫縱向裂縫可分為兩種情況：一種情況是由于路基壓實(shí)度不均勻，路面不均勻沉陷而引起的，如發(fā)生在半填半挖處的裂縫。另一種情況是瀝青面層分幅攤鋪時(shí)，兩幅接茬未處理好，在行車載荷作用下，易形成縱縫。有時(shí)，車轍邊緣也會(huì)有縱裂縫。
3.3龜裂龜裂又稱網(wǎng)裂，通常是由于路面整體強(qiáng)度不足，基層軟化，穩(wěn)定性不良等原因引起的，瀝青路面老化變脆，也會(huì)發(fā)展成網(wǎng)狀裂縫。一般多發(fā)生在行車道輪跡下。
4）車轍變形
車轍是在行車載荷重復(fù)作用下，路面產(chǎn)生累積永久性的帶狀凹槽。
4.1結(jié)構(gòu)性車轍由于荷載的作用，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)層的永久變形。這種車轍寬度較大，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面成凹字形。
4.2磨損性車轍由于車輛不斷地磨損路面，特別是大量重型超載車輛渠化行駛在主車道上，磨損路面也會(huì)形成車轍。
4.3流動(dòng)性車轍在高溫條件下，車輪碾壓反復(fù)作用，荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動(dòng)變形不斷積累形成車轍。這種車轍一方面車輪作用部位下凹，另一方面車輪作用甚少的車道兩側(cè)反而向上隆起，在彎道處還明顯向外推擠，車道線或停車線因此可能成為變形的曲線。
5）坑槽
瀝青路面的坑槽往往都有一個(gè)形成過程，起初局部龜裂松散，在行車載荷和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。
5.1壓實(shí)不足性坑槽一般情況是施工時(shí)混合料溫度太高，使瀝青老化，粘結(jié)力降低，脆性增加，導(dǎo)致壓實(shí)不夠，粘結(jié)不牢，在行車載荷作用下，形成坑槽；另一種情況是混合料溫度太低，攤鋪不均勻，壓實(shí)不充分，導(dǎo)致壓實(shí)度不夠形成坑槽。
5.2厚度不夠性坑槽路面下面層局部標(biāo)高控制不嚴(yán)，導(dǎo)致瀝青上面層個(gè)別地方厚度不夠，在行車作用下，部分混合料易被“帶走”，形成坑槽。
5.3水損害性坑槽這種坑槽是瀝青混凝土路面早期破壞中常見的坑槽，其形成過程可歸納如下：
?。?/span>1）在開始階段，水分侵入瀝青與集料的界面，以水膜或水氣的形式存在，影響瀝青與集料的粘附性。
（2）在反復(fù)荷載的作用下，瀝青膜與集料開始剝離。
（3）漸漸地，路面開始麻面、松散、掉粒。最后形成坑槽。 水損害破壞是瀝青混凝土路面在水或凍融循環(huán)的條件下，由于汽車輪動(dòng)態(tài)荷載的作用，進(jìn)入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力，瀝青膜從集料表面脫落（剝離），瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散，繼而形成瀝青混凝土路面水損性坑槽。
6）瀝青路面的表面功能衰減
瀝青路面的表面功能是指瀝青路面的平整、抗滑、噪音、濺水和水霧等。這里主要說明路面抗滑性能的衰減。 在我國(guó)，瀝青路面抗滑性能在通車后迅速下降主要有兩方面原因，第一是瀝青標(biāo)號(hào)過大，針入度偏大，瀝青用量可能過多，路面漸漸泛油，構(gòu)造深度下降，直到變成光滑的路面。第二是粗集料不耐磨，迅速磨光。
二、 瀝青路面早期破損的形成原因
1）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題。
采用半剛性基層時(shí)只用彎沉控制設(shè)計(jì)，忽略層底彎拉應(yīng)力是否合理，變化幅度達(dá)100℃的冬夏溫差對(duì)于半剛性基層和面層的溫縮開裂的作用。另外，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮防止反射裂縫問題，路基路面應(yīng)作為整體進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。還有，結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度太小也是導(dǎo)致路面早期破損的重要原因之一：路面面層受行車水平力和垂直力的綜合作用，在面層結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生剪應(yīng)力。從力學(xué)角度而言，這種綜合作用越大，面層產(chǎn)生的剪應(yīng)力就越大。對(duì)車輛在公路上的不同位置進(jìn)行受力分析可知，在車輛啟動(dòng)、制動(dòng)處，縱坡較大的坡道以及合成坡度較大的彎道內(nèi)側(cè)，路面面層所受車輛的水平力和垂直力的合力較大，較易發(fā)生剪切破壞。同時(shí)，據(jù)有關(guān)資料分析，剪彩應(yīng)力對(duì)路面的破壞一般在路面表層的5～8cm范圍內(nèi)，隨著深度的增加，其破壞影響逐漸消失。
2）路面原材料。
（1）由于氣候特點(diǎn)是冬季寒冷、夏季炎熱、四季溫差大（要求瀝青材料具有優(yōu)良的粘結(jié)力、抗老化性能、高低溫穩(wěn)定性能。另外，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，公路運(yùn)輸超、重載現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)瀝青材料的性能提出更高的要求。瀝青材料性能不過關(guān)是我省瀝青路面早期破損的主要原因之一，普通瀝青已不能完全適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要，推廣應(yīng)用改性瀝青已勢(shì)在必行。
（2）路面基層以水泥穩(wěn)定或二灰穩(wěn)定砂礫為主，由于料源有限且考慮經(jīng)濟(jì)因素就地取材，砂礫、碎石土等天然材料質(zhì)量較差，使得路面基層質(zhì)量難以保證。從路面材料情況來看，主要問題是骨料的表面特性、形狀、磨耗值、級(jí)配不能滿足使用要求，以及礦粉的質(zhì)量難以保證，從而導(dǎo)致瀝青混合料的內(nèi)摩阻力和內(nèi)聚力、粘結(jié)力下降，瀝青路面也就極易發(fā)生早期破損。
3）施工質(zhì)量問題。
3.1對(duì)透層油或粘層油的作用認(rèn)識(shí)不夠，造成各結(jié)構(gòu)層間連續(xù)性和粘結(jié)性差，如為降低工程造價(jià)攤鋪面層前基層不灑粘層油，或?yàn)⒉脊に嚳刂撇粐?yán)造成計(jì)量不準(zhǔn)、油膜不均勻、不連續(xù)稠度；基層清掃不凈，殘余浮土、碎石、油污等形成隔離層。
3.2半剛性基層施工初期曾使用五鏵犁拌合，后期主要是拌合機(jī)路拌，刮平機(jī)和壓路機(jī)組合攤鋪，極易造成水泥等粘結(jié)材料拌和不勻、基層頂面泛漿形成光滑的灰漿層或硬殼，從而層間粗糙度不足。目前正在大力推廣工廠拌合、攤鋪機(jī)攤鋪的工藝，基層質(zhì)量明顯提高。
3.3面層鋪筑過程中易出現(xiàn)壓實(shí)度不足，造成面層內(nèi)部孔隙率較大，使得瀝青混合料粘結(jié)力、防水性能下降，如碾壓設(shè)備不當(dāng)或碾壓遍數(shù)不夠；拌和廠離施工現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，運(yùn)距過長(zhǎng)，運(yùn)輸途中瀝青混合料熱量損失較大，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后溫度不能滿足鋪筑要求；為保工程進(jìn)度低溫施工，或拌和過程中油溫過高致使瀝青老化。 4）路面滲水
高速公路路面面層損壞的一個(gè)很重要的原因是由于路面滲水所引起的。天氣降水滲到瀝青面層中而排不出去，這樣在汽車荷載及溫度變化的作用下，瀝青面層產(chǎn)生破壞。
5）超、重載運(yùn)輸問題
超、重載運(yùn)輸導(dǎo)致路面早期破壞、縮短路面設(shè)計(jì)使用壽命、增加額外補(bǔ)強(qiáng)或改建費(fèi)用。因此，路面實(shí)際使用壽命與超限運(yùn)輸之間的定量分析，是一個(gè)不可忽視的研究課題。
三、 瀝青路面早期破損的防護(hù)
通過以上分析，可看出瀝青混凝土路面早期破損與瀝青混合料、路面設(shè)計(jì)施工、交通氣候條件的全部或部分有聯(lián)系，而交通氣候條件是客觀存在的，所以瀝青路面早期破損防治應(yīng)以路面設(shè)計(jì)、瀝青混合料和施工（預(yù)防性養(yǎng)護(hù)）三個(gè)方面考慮。
1）合理設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)。
1.1盡可能減薄瀝青面層厚度由于以下四方面原因，高速公路路面厚度可酌情減薄，控制在9～12cm之內(nèi)。第一是半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的承載能力可由半剛性材料層（基層和底基層）來承擔(dān)，無需用增厚面層來提高承載能力。第二是提高瀝青路面使用性能不是用厚的瀝青面層，而是用優(yōu)質(zhì)瀝青。第三是瀝青面層的裂縫不只是反射裂縫，在正常施工情況下，大部分是瀝青面層本身的溫縮裂縫。第四是一般來說厚的瀝青面層易導(dǎo)致車轍的產(chǎn)生。
1.2加強(qiáng)瀝青路面防水設(shè)計(jì)。
1.3選用合理的基層和底基層結(jié)構(gòu)。
2）嚴(yán)格控制瀝青混合料的質(zhì)量。
2.1瀝青的選取選用具有良好的高低溫性能、抗老化性能、含蠟量低、高粘度的優(yōu)質(zhì)國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口瀝青。在條件許可的情況下，可在瀝青中摻加各種類型的改性劑，以提高基性能指標(biāo)。
2.2集料的選用骨料應(yīng)選用表面粗糙、石質(zhì)堅(jiān)硬、耐磨性強(qiáng)、嵌擠作用好、與瀝青粘附性能好的集料。如果骨料呈酸性則應(yīng)添加一業(yè)數(shù)量的抗剝落劑或石灰粉，確?；旌狭系目箘兟湫阅?，同時(shí)應(yīng)盡量降低骨料的含水量。
2.3混合料級(jí)配的確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和疲勞性能、低溫抗裂性，路面表面特性和耐久性是兩對(duì)矛盾，相互制約，照顧了某一方面性能，可能會(huì)降低另一方面性能?；旌狭吓浜媳仍O(shè)計(jì)，實(shí)際上是在各種路用性能之間搞平衡或最優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和交通情況做具體分析，盡量互相兼顧。 當(dāng)然為提高瀝青路面使用性能還可以考慮以下兩個(gè)途徑：第一是改善礦料級(jí)配，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）。第二是改善瀝青結(jié)合料，采用改性瀝青。
3）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)
施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，早期破損必然出現(xiàn)。所以瀝青路面施工必須按全面質(zhì)量管理的要求，建立健全有效的質(zhì)量保證體系，實(shí)行目標(biāo)管理、工序管理，明確責(zé)任，對(duì)施工全過程，每道工序的質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、控制、評(píng)定，以保證其達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具體要抓好以下幾方面：
3.1嚴(yán)格控制瀝青混合料的拌和質(zhì)量，拌合過程中發(fā)現(xiàn)“糊料”或“離析”等異常情況應(yīng)立即進(jìn)行處理；加大馬歇爾試驗(yàn)頻率，嚴(yán)格控制瀝青混合料的油石比、穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)，必要時(shí)對(duì)混合料進(jìn)行特殊配合比設(shè)計(jì)。
3.2保證基層頂面粗糙度。改善基層材料級(jí)配，增加粗骨料，提高大中粒徑集料含量；控制最佳含水量，改進(jìn)碾壓方法，避免過振過濕，不能使基層頂面形成灰漿硬殼，不能用細(xì)料進(jìn)行壓實(shí)后找平。對(duì)細(xì)粒土類的半剛性基層，必要時(shí)可以采用頂面栽釘?shù)绒k法加強(qiáng)基層頂面粗糙度。
3.3合理灑布透層油、粘層油。在進(jìn)行各層鋪筑前，必須保持頂面清潔。根據(jù)近年來的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于水泥穩(wěn)定類半剛性基層，透層油應(yīng)以慢裂型乳化瀝青為宜。用瀝青灑布車噴灑時(shí)，應(yīng)保持穩(wěn)定的車速和噴灑量，不能流淌和形成油膜，更不能有空白，并立即撒布石屑或粗砂，用鋼筒式壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍，將多余的浮料掃走。對(duì)舊瀝青路面罩面，必須灑布粘層油粘層油應(yīng)有較好的粘附性，腳踏有明顯的粘附感，整個(gè)面層取芯后不易分離。對(duì)于干線公路可以設(shè)置I型稀漿封層作為粘結(jié)層，實(shí)現(xiàn)層間結(jié)合與防水的雙重作用且不需要封閉交通。
3.4提高面層攤鋪質(zhì)量及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。
?。?/span>1）在攤鋪混合料時(shí)，運(yùn)距不能過遠(yuǎn)，攤鋪溫度應(yīng)控制在130℃～150℃為宜，攤鋪厚度均勻，壓實(shí)設(shè)備數(shù)量應(yīng)配套，速度控制在2m/min左右，碾壓遍數(shù)不能太少，以免混合料孔隙過大；一般不能進(jìn)行補(bǔ)料，尤其是下面層；基層雨后潮濕未干，不得攤鋪，更不得冒雨攤鋪；縱向、橫向接縫應(yīng)緊密、平順，各幅之間重疊的混合料應(yīng)用人工鏟走。
?。?/span>2）路面早期破損已成為瀝青路面的主要危害之一，各級(jí)公路管理部門都應(yīng)引起足夠的重視，并根據(jù)其成因從路面設(shè)計(jì)、原材料進(jìn)場(chǎng)到具體施工及新建完畢后的前期的管理，有針對(duì)性采取一系列預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和改善措施。同時(shí)，必須建立健全質(zhì)量保證體系，從管理部門、設(shè)計(jì)部門到施工部門，層層重視、層層控制、層層落實(shí)。只有這樣，才能從根本上減少瀝青路面的早期破損現(xiàn)象的發(fā)生，使我公路建設(shè)質(zhì)量全面提高，更上新臺(tái)階。
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