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試析半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策
關(guān)鍵詞:半剛性基層 瀝青路面 結(jié)構(gòu)性損壞 非結(jié)構(gòu)性損壞 維修 對(duì)策論文摘要:根據(jù)半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產(chǎn)生原因，提出了路面養(yǎng)護(hù)維修的主要對(duì)策。
1概述
半剛性基層瀝青路面是黑龍江省公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，它具有與柔性路面完全不同的結(jié)構(gòu)特征。因此，其病害成因和維修對(duì)策也與傳統(tǒng)的柔性路面有所不同，主要體現(xiàn)在:(1)半剛性基層有較高的剛度，其受力特性類似于“板體”，具有較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力。因此在整個(gè)施工和運(yùn)營(yíng)期間必須保持半剛性基層的整體性;(2)半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)承載能力主要由半剛性基層提供，瀝青面層主要起功能層作用。半剛性基層的彎拉疲勞損壞是這種路面結(jié)構(gòu)的主要破壞形式;(3)采取防水下滲措施的重要性。規(guī)范規(guī)定，不管是二層式或三層式結(jié)構(gòu)，其中至少必須有一層是型密級(jí)配瀝青混凝土混合料。當(dāng)各層均采用瀝青碎石時(shí)，瀝青面層下必須做下封層。忽視這些區(qū)別，而仍舊采用傳統(tǒng)柔性路面的維修方法，是導(dǎo)致半剛性基層瀝青路面維修失敗的主要原因。近些年來，類似的工程教訓(xùn)很多。根據(jù)半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產(chǎn)生原因，提出了路面養(yǎng)護(hù)維修的主要對(duì)策。內(nèi)容包括:按結(jié)構(gòu)性損壞與非結(jié)構(gòu)性損壞進(jìn)行分類和維修、半剛性基層的最小維修面積、維修施工的平面布置等。
2半剛性基層路面的典型病害特征
半剛性基層瀝青路面的典型病害可劃分為兩大類型:非結(jié)構(gòu)性損壞和結(jié)構(gòu)性損壞。前者指半剛性基層的板體性未受到破壞，而后者是指路面損壞位置下的半剛性基層受到損壞，板體強(qiáng)度減弱或完全喪失。
2.1非結(jié)構(gòu)性損壞
該類病害主要有橋頭跳車、間距規(guī)則的橫向裂縫、路表局部網(wǎng)裂和正常車轍等，病害特征如下。
2.1.1橋頭跳車
橋頭跳車有兩種情況:(1)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)由于橋梁與臺(tái)背填土剛度的差異而產(chǎn)生的不均勻沉降，從而出現(xiàn)的跳臺(tái)。其特征為:延續(xù)距離短，只有幾米，路面少有損壞發(fā)生，行車時(shí)具有明顯的“瞬間跳車沖擊”感。
2.1.2間距規(guī)則的橫向裂縫
這種裂縫一般為半剛性基層的結(jié)構(gòu)性收縮而導(dǎo)致的反射裂縫。它橫向貫穿公路全幅路面，深度方向貫通全部結(jié)構(gòu)層，并且縫隙寬隨季節(jié)變化。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。
2.1.3縱向裂縫
這種裂縫的數(shù)量較少，大多發(fā)生在高路堤地段路基外側(cè)。成因是路堤中央與外側(cè)壓實(shí)不均勻、舊路幫寬或地基受外部水源的長(zhǎng)期侵蝕，導(dǎo)致路基或地基的不均勻沉降。一般情況下裂縫較寬。
2.1.4路表局部網(wǎng)裂
路表局部網(wǎng)裂多發(fā)生在行車道輪跡下，成因?yàn)槁访婢植渴┕と毕�。�?材料不均勻、基層成型不好、瀝青面層與基層間有軟弱夾層等。它起始于輪跡處，而遠(yuǎn)離輪跡處的路面施工缺陷由于受車輛荷載的影響較小，因此難以出現(xiàn)此類損壞。
2.1.5正常車轍
正常車轍是指施工質(zhì)量正常的情況下所出現(xiàn)的車轍。它特征是:(1)由于半剛性基層的剛性較大，車轍主要是瀝青面層受荷載的二次壓密和蠕變作用而產(chǎn)生;(2)重載對(duì)車轍的影響十分明顯。
2.2結(jié)構(gòu)性損壞
該類損壞主要有路面局部凹陷龜裂和結(jié)構(gòu)性轍槽。
2.2.1路面局部凹陷龜裂
這種損壞是路面局部網(wǎng)裂的延續(xù)。因局部網(wǎng)裂沒有得到及時(shí)的維修封堵，雨水滲人到基層，而高速行駛車輛輪胎的強(qiáng)大“泵吸”作用使半剛性基層的膠結(jié)材料被吸出。長(zhǎng)時(shí)間下去，導(dǎo)致基層材料散失，路面出現(xiàn)局部下陷和網(wǎng)裂，進(jìn)而由局部網(wǎng)裂成為明顯的凹陷龜裂，對(duì)行車的平順性和安全性有很大影響。其特征為:起始于輪跡處，路面結(jié)構(gòu)在該處完全破壞，在破壞過程中雨天有灰漿外瀉痕跡。
2.2.2結(jié)構(gòu)性轍槽
結(jié)構(gòu)性轍槽是由于路面承載能力不足，在車輛荷載和環(huán)境因素的綜合作用下而在輪跡處產(chǎn)生的路面變形。轍槽產(chǎn)生初期伴有微細(xì)裂縫，其發(fā)展類似于路面局部凹陷龜裂。
3路面維修對(duì)策
針對(duì)以病害，在制定路面維修方案時(shí)需考慮四方面影響因素:(1)病害的類型和平面位置。對(duì)行車的影響以及行車對(duì)病害發(fā)展的影響;(2)病害的嚴(yán)重程度;(3)條件;(4)維修目標(biāo)。主管工程師在綜合評(píng)估后必須作出明確回答。
3.1非結(jié)構(gòu)性損壞的維修
維修的基本目的有兩個(gè)，一是恢復(fù)行車平順，二是封閉裂縫，以避免引發(fā)結(jié)構(gòu)性損壞。
3.1.1恢復(fù)行車平順
主要是對(duì)橋頭跳車和車轍的處理。它們的平面分布截然不同，橋頭跳車是橫向的，車轍是縱向的。
對(duì)橋頭跳車應(yīng)以整幅路作為維修寬度，維修長(zhǎng)度應(yīng)滿足三個(gè)要求:(1)從橋梁伸縮裝置起，伸人正常路段一定長(zhǎng)度;(2)保證攤鋪機(jī)能正常施工;(3)拉坡平順。銑刨厚度以瀝青面層的一個(gè)結(jié)構(gòu)層為單位，一般只銑刨表層。
對(duì)車轍的維修，在其橫向平面位置應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。我國(guó)車輛基本為左位駕駛，駕駛員駕駛車輛有明顯靠車道左側(cè)行駛的習(xí)慣，從而導(dǎo)致車轍在行車道上分布偏左，部分高速公路行車道左輪跡的車轍外輪廊還延伸到超車道。因此，維修寬度應(yīng)滿足以下條件:(1)包括車轍的整個(gè)影響范圍;(2)與攤鋪機(jī)的攤鋪寬度及碾壓機(jī)的輪寬相適應(yīng);(3)縱向接縫距行車道輪跡外邊緣30 cm以上。維修長(zhǎng)度以車轍出現(xiàn)的長(zhǎng)度作為基本長(zhǎng)度，并伸人相鄰路段一定距離，或以結(jié)構(gòu)物為界。在與相鄰路段的連續(xù)上要注意輪跡平過度，選擇合適的碾壓機(jī)械和碾壓方式，必要時(shí)輔以人工修整，避免在連接處形成新的行車沖擊點(diǎn)。如需銑刨，銑刨厚度以瀝青面層的一個(gè)結(jié)構(gòu)層厚度為宜。
3.1.2封閉裂縫
對(duì)于單條橫縫和縱縫建議采用常規(guī)的灌縫措施。如果縫隙太寬灌縫難以實(shí)施，可沿裂縫兩側(cè)切割出10一15~寬的條形槽，深度為瀝青面層全厚。隨后清潔槽壁，人工填實(shí)至表層底部。最后，涂刷粘油層，用細(xì)粒式瀝青混合料填筑碾壓作為路面表層。這種處理方法屬柔性連接，由于膠結(jié)材料充足，可以適應(yīng)縫寬的季節(jié)性變化，宜在春融或秋冬交替季節(jié)實(shí)施。
局部網(wǎng)裂發(fā)生于行車輪跡位置，對(duì)路面整體結(jié)構(gòu)的危害最大。其維修原則是:(1)及時(shí)處置，以免損壞范圍和程度擴(kuò)大;(2)維修范圍不宜定得太小，在橫向至少以一個(gè)單向車道為單位，在縱向以一輛重車長(zhǎng)度的1.5倍為單位。同時(shí)，保證路面維修的橫、縱向平整，減小顛簸;(3)在平面上全部清除局部網(wǎng)裂的影響范圍;(4)與攤鋪機(jī)和碾壓設(shè)備相適應(yīng);(5)維修深度以瀝青面層的結(jié)構(gòu)厚度為單位;(6)縱向接縫位置與車轍處理方案相同。 3.2結(jié)構(gòu)性損壞的維修
3.2.1局部凹陷龜裂
雖然局部龜裂表現(xiàn)的是路面存在局部缺陷，但也可能是整個(gè)路段施工所存在的問題，只是該處路面裂縫出現(xiàn)得早、局部滲水嚴(yán)重而提前破壞。因此，局部凹陷龜裂分以下兩種情況進(jìn)行維修。
(1)基層局部存在缺陷
有兩種備選方案:一是將損壞的基層挖出，用半剛性材料回填修補(bǔ);二是將損壞的基層局部挖出，用瀝青混合料回填修補(bǔ)。
(2)整個(gè)路段基層均勻存在缺陷
有三種備選方案:①如果整個(gè)路段達(dá)到大修期限，則對(duì)存在缺陷的半剛性基層進(jìn)行翻新重鋪，同時(shí)對(duì)局部凹陷龜裂一并處置;②雖然存在缺陷，但累計(jì)軸次遠(yuǎn)未達(dá)到使用期限，則按3.2.1(1)方法進(jìn)行處置;③如對(duì)有缺陷的路段實(shí)施整體補(bǔ)強(qiáng)措施，施工前將局部凹陷龜裂仍按3.2.1(1)的方案先行處置。
3.2.2結(jié)構(gòu)性轍槽
這種轍槽的特點(diǎn)是路面承載力不足，基層損壞或板結(jié)完全喪失。它對(duì)路面結(jié)構(gòu)和安全的威脅較大，需專門設(shè)計(jì)維修方案。
確定維修方案時(shí)要考慮以下因素:(1)轍槽雖然只在輪跡處發(fā)生，但它反映了整幅路面均有缺陷;(2)轍槽的產(chǎn)生表明了半剛性基層已受侵害或已破壞;(3)兩側(cè)車道未出現(xiàn)轍槽，表明兩側(cè)車道與行車道實(shí)際上成為擁有不同承載能力的“兩種路面”，此時(shí)行車道的結(jié)構(gòu)承載力已達(dá)到極限，而兩側(cè)車道的結(jié)構(gòu)承載力有較多富余，尚有較長(zhǎng)的使用壽命。
因此，擬定兩種維修方案:(1)一次性整幅重鋪基層，徹底消除缺陷，使整個(gè)路段的路面完全恢復(fù)其正常的使用性能;(2)兩側(cè)車道與行車道分期維修，先維修行車道。根據(jù)兩側(cè)車道的承載能力，結(jié)合已有的交通資料分析確定其剩余使用壽命，以此作為行車道轍槽損壞維修方案的設(shè)計(jì)使用壽命。待兩側(cè)車道與行車道同時(shí)達(dá)到使用壽命末期時(shí)再一并整幅處置。
4結(jié)論與建議
將傳統(tǒng)的柔性基層瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修上，導(dǎo)致路面維修失敗的原因主要是:
(1)忽視半剛性基層瀝青路面病害的成因。只考慮損壞的平面位置和尺寸，不考慮病害的成因、輪載分布和對(duì)路面病害的影響，從而造成維修范圍在短時(shí)期內(nèi)再次破壞。
(2)對(duì)防水下滲的認(rèn)識(shí)不足。自由水對(duì)半剛性基層的侵蝕破壞作用遠(yuǎn)大于對(duì)柔性基層，因此，規(guī)范對(duì)瀝青面層的密級(jí)配結(jié)構(gòu)組合非常重視。但在養(yǎng)護(hù)維修過程中往往忽略了這一點(diǎn)，過分強(qiáng)調(diào)維修路段的摩擦性能，如采用空隙率較大的n型級(jí)配，從而導(dǎo)致維修路段滲水量加大，基層很快受水侵蝕破壞。
(3)對(duì)半剛性基層板體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)不足。由于加人了無機(jī)結(jié)合料，使半剛性基層形成板體結(jié)構(gòu)，從而具有較大的剛度�？蓽p薄瀝青面層的厚度。然而，由于對(duì)其形成機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，對(duì)半剛性基層小面積局部損壞采用半剛性材料作小面積局部開挖修補(bǔ)，并且在完工后立即開放交通。其結(jié)果導(dǎo)致維修路段在短時(shí)間內(nèi)再次發(fā)生破壞，車輛荷載的作用使破壞范圍擴(kuò)大。
根據(jù)以上分析，提出如下半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策要點(diǎn)。
4.1半剛性基層的維修
在對(duì)局部凹陷龜裂進(jìn)行維修時(shí)，必須對(duì)半剛性基層進(jìn)行處置。傳統(tǒng)的做法是采用同類的半剛性材料來維修半剛性基層，但在具體操作時(shí)應(yīng)注意以下要點(diǎn)。
(1)保證基層開挖的面積或維修的面積足夠大，以使維修后的半剛性基層能夠真正形成板體。一般情況下，在橫向不應(yīng)允許局部或一個(gè)單向車道的開挖，而建議橫向整幅開挖;縱向開挖的長(zhǎng)度建議不小于重車長(zhǎng)的1.5倍，至少大于6 m;深度方向應(yīng)將原基層整層挖除。只有這樣才能使維修后的半剛性基層整體受力。如果開挖面積太小，新的半剛性基層難以形成足夠大的板體，而是獨(dú)立受力的“塊”體，易破壞。
(2)基層修補(bǔ)完成后可立即鋪筑瀝青面層，但維修完成后不能立即開放交通，必須等半剛性基層強(qiáng)度達(dá)到了一定的程度后方可開放。其原因是:①維修是在短時(shí)間內(nèi)完成的，半剛性材料的初期強(qiáng)度仍未形成，如果此時(shí)承受連續(xù)的車輛荷載將會(huì)破壞已經(jīng)初步形成的半剛性材料凝膠結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致板體結(jié)構(gòu)難以形成;②車輛荷載對(duì)維修位置所施加的沖擊力要大。
(3)另一方面，由于瀝青混合料模量與半剛性材料相近，而養(yǎng)護(hù)單位常備的路面維修材料和設(shè)備主要是針對(duì)瀝青面層的，因此，用瀝青混合料修補(bǔ)局部損壞的半剛性基層在受力和成本方面更具優(yōu)勢(shì)。它不需要擴(kuò)大基層的開挖，使得維修工程量和施工對(duì)交通的影響都較小，也是半剛性基層瀝青路面快速修補(bǔ)的好方法。
4.2采用密實(shí)防水的瀝青面層維修材料
對(duì)于局部損壞的維修，養(yǎng)護(hù)單位不可能按原有路面的結(jié)構(gòu)和材料逐層恢復(fù)。中粒式型瀝青混合料可作為瀝青面層維修的典型材料，因?yàn)樗让軐?shí)防水，又可保證維修路段瀝青表層的抗滑要求，其性也相對(duì)較好。
4.3轍槽分期維修實(shí)施時(shí)舊路面結(jié)構(gòu)層的處置
采用分期維修措施時(shí)，先維修行車道。此時(shí)，盡管整個(gè)行車道的結(jié)構(gòu)承載能力不足，但半剛性基層結(jié)構(gòu)仍然很密實(shí)，因此可以作為柔性基層或弱粘結(jié)穩(wěn)定基層使用。在正常情況下，將舊路面瀝青表面的1--2個(gè)層次銑刨掉，然后噴灑粘層油，重新鋪筑新的瀝青面層與兩側(cè)車道路表面銜接，就足以實(shí)現(xiàn)分期維修的目的。如有必要，可在新面層下面設(shè)置一層玻璃格柵，以增強(qiáng)抗疲勞性能，延緩反射裂縫的出現(xiàn)。
4.4新鋪瀝青面層的平面布置
路面損壞與車輛荷載相伴而生，維修效果應(yīng)考慮荷載影響。因此，新鋪瀝青面層的平面分布須注意以下要點(diǎn):
(1)使縱向接縫與渠化交通的輪跡保持足夠距離，避免縱縫經(jīng)常性承受輪載作用，從而減小路面受力變形對(duì)縱縫產(chǎn)生的影響。接縫是路面維修的關(guān)鍵點(diǎn)。
(2)一次維修的面積不能太小，以形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層。否則，維修所造成的結(jié)構(gòu)缺陷較為集中，在輪載作用下容易使整體發(fā)生變形破壞。
(3)應(yīng)以一個(gè)車道作為最小維修寬度，并確保橫向平整。否則，車輛一個(gè)輪軸的兩側(cè)輪胎作用在不同的水平面上，會(huì)加劇高速行車顛簸，加大路面的沖擊，從而加速路面破壞。
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