高等級公路瀝青路面裂縫的成因和處治

朱曉斌

摘要:本文主要針對高等級公路瀝青砼路面幾種常見裂縫類型,對其裂縫的形成原因及危害性進(jìn)行深入剖析,并提出相關(guān)技術(shù)防范措施。

關(guān)鍵詞:瀝青路面;裂縫類型;產(chǎn)生成因;防治措施

目前隨著我國對高等級公路瀝青路面的重視與發(fā)展,半剛性類材料以其優(yōu)良的工程性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益在我國公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用,并在公路建設(shè)中越來越占有特殊的重要地位。然而,半剛性材料的缺點在于抗變形能力低,在溫度、濕度變化時易產(chǎn)生裂縫,當(dāng)瀝青面層較薄時易形成反射裂縫,瀝青路面本身也易產(chǎn)生低溫裂縫,瀝青路面一旦出現(xiàn)裂縫,有可能導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)性破壞,影響路面的使用功能。

1 瀝青路面裂縫的形式、形成及危害

瀝青路面開裂是世界各國瀝青路面使用中均會遇到的主要病害之一,無論是冰凍地區(qū),還是非冰凍地區(qū),只是各自的裂縫嚴(yán)重程度不同而已。瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的,但就瀝青路面開裂的主要原因而論,裂縫可分為兩大類,即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。

荷載型裂縫,即主要由于交通荷載作用下產(chǎn)生的疲勞裂縫。在半剛性基層瀝青路面設(shè)計合理、施工質(zhì)量良好的條件下,單純由荷載作用引起面層開裂的可能性不大。非荷載型裂縫,主要為溫度型裂縫。瀝青路面溫縮型開裂包括低溫收縮開裂與溫度疲勞開裂,均體現(xiàn)為張開型開裂方式。對于瀝青路面基層存在裂縫情形,按瀝青面層裂縫開裂部位,又可以分為反射裂縫與對應(yīng)裂縫。

由于環(huán)境溫度、交通荷載等因素的影響,瀝青路面初期產(chǎn)生的裂縫對瀝青路面使用性能常無明顯影響,但由于半剛性基層自身干縮和溫縮應(yīng)變脹縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過半剛性基層自身的極限抗拉強(qiáng)度,使其從強(qiáng)度薄弱處產(chǎn)生斷裂,隨著路面使用時間的延長。已有的裂縫逐漸向上擴(kuò)展到路表,橫向裂縫不斷增加?？p寬不斷增大,橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫,最終形成大小不等獨立板塊,在表面水的作用下,致使裂縫附近基層的含水量加大,甚至飽和。其結(jié)果是路面強(qiáng)度明顯降低,在大量行車荷載反復(fù)作用下,產(chǎn)生沖刷、唧漿和沉陷等現(xiàn)象.最終導(dǎo)致路面很快產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞,使道路結(jié)構(gòu)逐漸喪失承載能力。如何認(rèn)識瀝青路面開裂機(jī)理、阻止或延緩裂縫的發(fā)展,延長瀝青路面使用壽命,是工程上的難題。

2 常用的瀝青路面裂縫的預(yù)防和處理措施

延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫,可采用兩大類方法:一是在施工期間就采用相應(yīng)的預(yù)防裂縫或處理措施,二是在維修養(yǎng)護(hù)時選用合適的加鋪層體系。通常。在有條件時,為獲得最佳效果,可綜合運用這兩類方法。本文僅從半剛性基層瀝青路面裂逢的預(yù)防或處理方面進(jìn)行闡述。

2.1 提高路基工作區(qū)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性

路基是路面的基礎(chǔ),路基工作區(qū)又是路基經(jīng)受行車荷載影響較大的深度區(qū)域,該深度區(qū)域具有足夠的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性對保證路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要,否則將產(chǎn)生不均勻沉降使路面發(fā)生開裂。

因此,必須采取有效措施處理好影響路基工作區(qū)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié),最大限度地減小路基完工后沉降量。

路基工作區(qū)的強(qiáng)度主要是在填筑過程中形成的。必須嚴(yán)格控制路基的填筑工藝,確保路基強(qiáng)度。填筑材料首選石、礫、砂類土,其次選用含礫、砂低液限粘土,再次選用低液限粘土。粉質(zhì)土和有機(jī)土不能用于填筑路基。

路基工作區(qū)深度Za= (KnP/r)1/3

式中:Za——路基工作區(qū)深度,m;

P——車輪荷載,KN;

K——系數(shù),取0.5:

r——土容重,KN/m3:

n——系數(shù),n=0.1-0.2

從上式可以看出,車輛荷載P越重,路基工作區(qū)的深度z 就越大。而在路基路面設(shè)計時,車輛荷載是按標(biāo)準(zhǔn)的額定軸(BZZ-100)考慮的,當(dāng)公路建成后,路基工作區(qū)的深度已經(jīng)是固定成型了。公路交付使用后,當(dāng)公路上車輛超載運行時.路基工作區(qū)的深度Za必將會隨之加大。由于超載的緣故。路基工作區(qū)的實際深度超出了預(yù)設(shè)深度,這樣未經(jīng)處理的超出部分的路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度明顯不足,在實際使用中,路基路面就會產(chǎn)生裂縫、沉陷、車轍、變形過大等病害。因此,面對當(dāng)前高速公路超載現(xiàn)象十分普遍的情況下,筆者建議在路基施工時對路基工作區(qū)的控制深度最好是大于路基工作區(qū)的設(shè)計深度,以防患于未然。

壓實度是反映路基強(qiáng)度的重要指標(biāo),也是提高路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)措施,施工中必須嚴(yán)格檢測控制。使其達(dá)到規(guī)定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響,施工中要插桿掛線,每層的松鋪厚度不應(yīng)大于30 cm。檢測壓實度試坑要打到下一層頂面,凡是檢測結(jié)果達(dá)不到規(guī)定值的要加壓處理,或推除重填。

降低地下水位是提高路基強(qiáng)度的重要措施。路面底以下80 cm路床是路基的關(guān)鍵部位,它直接承受和吸收路面的擴(kuò)散應(yīng)力,要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。當(dāng)開挖后發(fā)現(xiàn)底下滲水,不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填筑,土質(zhì)差的地段要進(jìn)行換填處理,確保其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.2 基層應(yīng)有合理厚度

當(dāng)基層厚度增加時,其承載能力也迅速增加,試驗證明,半剛性基層厚度由10 cm增加到25 cm時,其承載力提高為原來的3倍。

2.3 修筑防裂路面

研究表明,面層反射裂縫明顯地受瀝青面層厚度的影響,厚度超過15.0 cm的面層可以有效的防止受拉疲勞所產(chǎn)生的裂縫,還可以降低車輛荷載引起的剪應(yīng)力。國外資料介紹。在貧混凝土上鋪筑10.0 cm的瀝青面層時,在形成反射裂縫前可累積通過標(biāo)準(zhǔn)軸載10×10 次。如果瀝青面層加厚到15.0 cm,則可通過20×10 次。如瀝青面層加厚到17.5 cm則可放心使用。

2.4 選擇防裂性能好的材料

選用抗沖刷能力好,干縮、溫縮系數(shù)小、抗拉能力高的半剛性材料作基層,最好使用溫度膨脹系數(shù)低的骨料。

選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做面層,保證瀝青的針入度、延度等指標(biāo);在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下。應(yīng)采用某些添加劑或聚合物。以提高瀝青的低溫抗裂性能及高溫穩(wěn)定性能。

在穩(wěn)定度滿足要求的前提下,選用針人度較大的瀝青作面層。美國和英國的研究表明。在瀝青混凝士中使用軟的瀝青可以阻止低溫收縮及高溫疲勞作用兩種機(jī)理引起的裂縫擴(kuò)展。

采用密實型瀝青混凝土面層 ?？障堵蕦γ鎸拥钠趬勖泻艽笥绊?密實型瀝青混合料在使用中瀝青硬化緩慢,同時也延緩了裂縫的擴(kuò)展。

瀝青混合料的集料應(yīng)選用表面粗糙、石質(zhì)堅硬、耐磨性強(qiáng)、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性,則應(yīng)填加一定數(shù)量的抗剝落劑或石灰粉,確?；旌狭系目箘兟湫阅?同時應(yīng)盡量降低集料的含水量,盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂。

瀝青混合料的級配也是一項重要因素。在合理選配混合料級配時,應(yīng)兼顧其高溫穩(wěn)定性,疲勞性能和低溫抗裂性能。以及路表特性和耐久性等各方面的要求。

在條件允許的情況,可以采用間斷級配、大空隙、密實型的瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性瀝青。SMA混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能,抗車轍性能好、使用壽命長,是防裂路面設(shè)計時應(yīng)選用的一項新技術(shù)。

采用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青在瀝青混凝土表面作封層,可進(jìn)一步提高表面層的抗溫度裂縫能力。

2.5 設(shè)置應(yīng)力吸收層

在基層與面層之間鋪橡膠瀝青中間層、預(yù)制織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應(yīng)力吸收層。

采用應(yīng)力吸收薄膜,對減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展有明顯的效果,可使裂縫處相對位移產(chǎn)生的應(yīng)力傳到面層時大為減少,明顯降低應(yīng)力強(qiáng)度因子。而吸收薄膜的彈性模薰越低,防裂效果越好。可見應(yīng)力薄膜應(yīng)選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。就目前常用的材料而言,土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈性模量都較低,變形率較大。不存在低溫脆裂問題,效果更佳。

用土工格柵加筋瀝青路面的主要功能,是控制車轍、反射裂縫和疲勞裂縫,不同類型格柵性能顯著不同。

橡膠瀝青吸收膜,是使用廢橡膠磨細(xì)的粉與熱瀝青攪拌后.施于面層中間,形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗結(jié)果表明,此應(yīng)力吸收層在面層中間效果最佳。

2.6 新鋪半剛性基層的預(yù)開裂技術(shù)

在半剛性基層上鋸縫,即在結(jié)構(gòu)層碾壓前切割一條縫直到層底。縫寬為0.5 cm,內(nèi)填瀝青砂或瀝青乳液.隨即將切縫快速封閉。然后以正常方式碾壓該層。其目的就是預(yù)先制造更直、更多規(guī)則問距的裂縫(通常問距為2-3 in),這樣它比自然裂縫更細(xì)、裂縫位移更小,從而避免裂縫邊緣的快速惡化或減緩裂縫貫穿瀝青層。

結(jié)束語:

公路鋪設(shè)瀝青面層前,采取裂縫預(yù)防措施和處理技術(shù)可以大大減少路面裂縫的出現(xiàn)。這種思路和方法是強(qiáng)調(diào)于道路建設(shè)初期采取措施阻止裂縫的形成.或通過選擇道路結(jié)構(gòu)、技術(shù)或材料處理已出現(xiàn)的裂縫,這將減少裂縫或根本不出現(xiàn)裂縫,或者使得原有的或不可避免的裂縫活性大大降低。

參考文獻(xiàn)

[1]張登良.瀝青路面工程手冊,人民交通出版社,2003.

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能,人民交通出版社,2003.