基于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的季凍區(qū)瀝青路面病害研究

翟登攀 張熙穎

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118）

0 引言

我國國土面積大，氣候差異明顯，瀝青路面應(yīng)用率高（90%以上）。吉林省屬于季凍區(qū)，在《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中，除常規(guī)需驗(yàn)算的設(shè)計(jì)指標(biāo)外，季凍區(qū)仍需驗(yàn)算瀝青路面的低溫開裂指數(shù)和防凍厚度。季凍區(qū)的典型氣候特點(diǎn)是全年溫差很大（±30℃），加之瀝青路面中的瀝青材料具有溫度敏感性（勁度模量隨溫度變化很大），導(dǎo)致瀝青路面病害類型豐富、發(fā)育快，對(duì)道路服務(wù)水平及壽命周期成本影響大。本文著眼于季凍區(qū)瀝青預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，以季凍區(qū)瀝青路面病害調(diào)查為依托，對(duì)瀝青路面的典型病害進(jìn)行分類分級(jí)，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)瀝青路面檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)行中的道路進(jìn)行“健康狀況”評(píng)估，相應(yīng)地采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施[2-3]，提高道路的運(yùn)行效率，降低壽命周期成本。

1 季凍區(qū)瀝青路面病害類型及分級(jí)

瀝青路面病害類型豐富，包括裂縫、車轍、松散、凍脹翻漿、沉陷、擁包、泛油、唧漿等[2]。本文根據(jù)被調(diào)查區(qū)域的具體特點(diǎn)，選擇發(fā)生頻率較高的裂縫、車轍、坑槽、擁包、泛油等進(jìn)行研究。

1.1 裂縫的分級(jí)

瀝青路面裂縫因其產(chǎn)生原因及形態(tài)可分為縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫及龜裂。

1.1.1 縱縫及其分級(jí)

縱向裂縫方向基本平行于行車道中心線。第1類縱縫的產(chǎn)生原因由于施工時(shí)對(duì)應(yīng)縱縫位置的路基填土壓實(shí)不均勻、通車后產(chǎn)生不均勻沉降，或者在水和低溫的耦合作用下產(chǎn)生不均勻凍脹；第2類縱縫的產(chǎn)生原因是瀝青路面攤鋪時(shí)，分幅施工時(shí)間間隔過長、接縫處理措施不當(dāng)、或者壓實(shí)不均勻[4-5]。本文研究中，采用縱縫的幾何特征代表縱縫的發(fā)育程度及對(duì)道路運(yùn)營的影響，以裂縫寬度、裂縫長度總和占調(diào)查路面總長度對(duì)裂縫進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果見表1。

1.1.2 橫縫及其分級(jí)

橫向裂縫的方向基本與行車道中心線垂直。第1類橫縫是低溫裂縫，其產(chǎn)生原因是冬季極低溫時(shí)，直接與大氣相接觸的瀝青面層在低溫拉應(yīng)力的作用下自上而下產(chǎn)生開裂，初期縫窄且短，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，橫縫發(fā)育得既長且寬；第2類橫縫是反射裂縫，是由于半剛性基層干縮或溫縮開裂后，導(dǎo)致緊挨著位于半剛性基層之上的瀝青路面由于應(yīng)力集中而在對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)開裂，這種裂縫自層底向?qū)禹敯l(fā)育。本文采用裂縫寬度、裂縫長度以及裂縫間距進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果見表1。

1.1.3 龜裂及其分級(jí)

龜裂在瀝青路面上呈不規(guī)則區(qū)塊狀態(tài)存在。第1類龜裂是由于瀝青路面上的縱裂和橫裂相互交叉而形成的；第2類龜裂也稱塊裂，是由于基層養(yǎng)護(hù)不到位，強(qiáng)度和剛度不斷下降，加之軸載大量重復(fù)作用，裂縫不斷擴(kuò)大反射到瀝青面層，初期縫寬較窄。龜裂路面雖無豎向變形，但在后續(xù)的車輛荷載、溫度和水分的耦合作用下，會(huì)很快導(dǎo)致混合料缺失。因此對(duì)于龜裂的分級(jí)應(yīng)更加細(xì)化[6-7]。

對(duì)于龜裂和塊裂，采用縫寬、裂縫間距、以及面積進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果見表1。

1.2 車轍的分類和分級(jí)

車轍是瀝青路面的常見病害，是在車輛荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的塑性變形積累，一般產(chǎn)生于溫度較高的季節(jié)。車轍產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，包括混合料、荷載、環(huán)境及施工方法等[7]。一般將車轍分成3類：磨耗型、失穩(wěn)型和結(jié)構(gòu)型車轍[8-9]。車轍的形式具體表現(xiàn)為車輪碾壓所形成的縱向凹陷帶。本文將車轍分為5級(jí)。當(dāng)車轍凹凸深度＜5 mm，長度＜3 m時(shí)，為1級(jí)病害；當(dāng)車轍凹凸深度為5 mm～10 mm，長度≥3 m時(shí)，為2級(jí)；當(dāng)車轍凹凸深度在10 mm～15 mm為3級(jí)；當(dāng)車轍凹凸深度在15 mm～20 mm時(shí)，為4級(jí)；當(dāng)車轍凹凸深度＞20 mm時(shí)，為5級(jí)。

表1 季凍區(qū)瀝青路面裂縫分類分級(jí)情況

1.3 擁包的分級(jí)

擁包是由于高溫條件下，瀝青混合料級(jí)配欠佳導(dǎo)致細(xì)集料含量過多或油石比過高，加之高溫條件下混合料抗剪強(qiáng)度降低，在水平荷載的作用下路表局部擁起。擁包采用高度、間距和數(shù)量進(jìn)行分級(jí)。當(dāng)其高度＜10 mm且擁包個(gè)數(shù)較少，擁包之間間距＞10 m，不會(huì)因擁包凍脹而導(dǎo)致產(chǎn)生波浪形路面，此時(shí)病害程度較輕，對(duì)車輛行駛的影響較小，此時(shí)為1級(jí)；當(dāng)高度在10 mm～20 mm或各擁包之間距離＞5 m，但＜10 m時(shí)，行車時(shí)已可感覺到其帶來的不適，此為2級(jí)；當(dāng)擁包間距較近＜5 m時(shí)，會(huì)帶來明顯顛簸感，此時(shí)為3級(jí)病害；在3級(jí)病害的基礎(chǔ)上，當(dāng)其病害厚高度＞20 mm時(shí)，病害帶來的路面起伏已明顯可見，對(duì)季凍區(qū)道路行車安全產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響，此時(shí)為4級(jí)。

1.4 坑槽的分級(jí)

坑槽的形成一般是由于大氣降水進(jìn)入并滯留在瀝青混合料空隙中，在行車荷載的不斷作用下產(chǎn)生的動(dòng)水壓力使瀝青從碎石表層剝離下來。瀝青路面變得松散，當(dāng)松散程度加重，掉落的路面材料被輪后吸力帶走后，原位置即形成坑槽[10]?？硬鄄捎妹娣e和深度進(jìn)行分級(jí)。當(dāng)坑槽面積＜0.1 m2，坑槽深度＜5 mm時(shí)，為1級(jí)，坑槽深度為5 mm～20 mm時(shí)，已影響車輛正常行駛，此時(shí)為2級(jí)?？硬凵疃葹?0 mm～50 mm之間時(shí)，車輛經(jīng)過坑槽會(huì)有明顯的起落感，此時(shí)為3級(jí)病害；當(dāng)坑槽面積在0.1 m2～1 m2時(shí)，坑槽深度為50 mm～80 mm，此時(shí)為4級(jí)病害。當(dāng)坑槽深度80 mm～100 mm，此時(shí)為5級(jí)病害。當(dāng)坑槽面積＞1 m2時(shí)，坑槽深度＞100 mm，此時(shí)為 6級(jí)病害[11]。

1.5 泛油的成因和分級(jí)

泛油的出現(xiàn)情況一般有2種，一種是由于瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)欠佳，導(dǎo)致瀝青混合料密度小，瀝青用量過大；另一種是由于高溫的影響，瀝青混合料抗剪強(qiáng)度降低，瀝青受熱膨脹，從孔隙中溢出造成泛油現(xiàn)象。本研究中根據(jù)泛油程度分為3級(jí)。因泛油無法用數(shù)據(jù)測(cè)量，故根據(jù)其行車舒適度及車輛輪底的粘滯程度進(jìn)行量化，總分為10分。當(dāng)泛油程度較輕，車輛行駛幾乎無粘滯感，此時(shí)分?jǐn)?shù)為7分～10分；當(dāng)泛油程度較重，車輛行駛時(shí)已明顯感覺瀝青粘性較強(qiáng)，分?jǐn)?shù)在3分～7分，此時(shí)泛油程度為中等；當(dāng)泛油程度更嚴(yán)重時(shí)，肉眼可明顯察覺，此時(shí)泛油已經(jīng)嚴(yán)重影響車輛行駛，分?jǐn)?shù)在0分～3分，此時(shí)泛油程度嚴(yán)重[12]。

2 季凍區(qū)瀝青路面病害的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

2.1 裂縫的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

當(dāng)瀝青裂縫情況較輕，處于1，2級(jí)的病害，可視具體情況不做處理或?qū)α芽p路段進(jìn)行清掃并勻?yàn)⑸倭繛r青，之后撒布2 cm～5 cm干燥石屑或粗砂并用輕型壓路機(jī)對(duì)礦料進(jìn)行碾壓。2，3級(jí)時(shí)，可首先用吹風(fēng)機(jī)對(duì)瀝青裂縫進(jìn)行清理，去除其內(nèi)部的雜物，將改性瀝青噴射到裂縫內(nèi)加以封堵。并直接灌縫添加篩選好的石屑或細(xì)砂。對(duì)于2，3級(jí)病害，施工完畢后可采用稀漿封層。當(dāng)瀝青裂縫較大病害程度處于4級(jí)時(shí)，對(duì)瀝青進(jìn)行灌封處理，首先清理裂縫，保證裂縫及兩側(cè)路表面干凈，干燥后方可進(jìn)行灌縫施工，裝填灌縫料，一般采用改性瀝青混合料，將壓力槍頭對(duì)準(zhǔn)裂縫中央，對(duì)灌縫槍進(jìn)行人工加壓[13]。當(dāng)瀝青病害處于5級(jí)時(shí)，剔除封內(nèi)雜物，并保證縫隙邊緣無松動(dòng)或開槽后清理縫壁，采用砂礫或細(xì)礫或熱拌瀝青混合料填充搗實(shí)。另一種方法是直接對(duì)裂縫所在的區(qū)域進(jìn)行銑刨，劃定范圍時(shí)沿破壞區(qū)域向外擴(kuò)大10 cm，重新攤鋪熱拌瀝青混凝土，之后用振動(dòng)器夯壓路面，與之前路面保持水平。對(duì)于因?yàn)榛鶎訌?qiáng)度不足而造成的裂縫，應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行銑刨，重新夯實(shí)基層，之后攤鋪瀝青混合料并進(jìn)行壓實(shí)。

2.2 坑槽類病害的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

當(dāng)為1級(jí)坑槽時(shí)，若路面僅有輕微松散脫落，可在路面攤鋪1 cm瀝青混合料，形成瀝青罩面，保護(hù)瀝青面層，抑制病害的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)松散脫落較嚴(yán)重，可對(duì)路面進(jìn)行稀漿封層或開普封層。當(dāng)病害為2級(jí)～3級(jí)時(shí)，可對(duì)路面進(jìn)行銑刨，將銑刨之后的路面清理完畢之后加鋪瀝青面層，并用稀漿封層；當(dāng)病害為4級(jí)～5級(jí)時(shí)，坑槽修補(bǔ)可采用方形修補(bǔ)，在破壞路面區(qū)域向外擴(kuò)大10 cm進(jìn)行切割、清除雜物（其劃定范圍邊緣應(yīng)與路面中心線垂直或平行）、攤鋪瀝青混合料并用振動(dòng)器夯實(shí)路面，施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況具體選擇冷拌或熱拌混合料。當(dāng)病害程度為6級(jí)時(shí)，可在判斷路面結(jié)構(gòu)完整性及性能良好程度后進(jìn)行銑刨重新攤鋪。

2.3 擁包的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

當(dāng)擁包程度較輕，處于1級(jí)或2級(jí)病害時(shí)，可不做處理，或直接用銑刨機(jī)低溫削平；當(dāng)擁包程度處于3級(jí)或4級(jí)病害時(shí)，需進(jìn)行高溫清除之后進(jìn)行鋪設(shè)壓實(shí)。當(dāng)擁包程度嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)連同基層一起挖除，重新進(jìn)行攤鋪[13]。攤鋪時(shí)基層和面層之間應(yīng)噴撒粘層瀝青，并盡可能做到粗集料和細(xì)集料分布均勻，避免出現(xiàn)二次病害。

2.4 泛油的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中，當(dāng)泛油程度較輕時(shí)，可撒布石屑或粗砂，其撒布標(biāo)準(zhǔn)以車輛不粘瀝青為準(zhǔn)，或?qū)β访娌捎脼r青微表處進(jìn)行處理。當(dāng)泛油程度較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)用石屑進(jìn)行嵌縫，并在上層鋪撒集料并碾壓穩(wěn)定。當(dāng)泛油程度嚴(yán)重影響車輛行駛時(shí)應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行銑刨[14]。

3 結(jié)語

季凍區(qū)瀝青路面病害是影響路面運(yùn)營水平和效益的關(guān)鍵。處理方法很多但并不系統(tǒng)，大部分都是依據(jù)施工人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。本文通過對(duì)道路病害進(jìn)行分類分級(jí)，在處理道路病害時(shí)，可以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)癥下藥，避免對(duì)有問題路面過分或不足的修補(bǔ)，以及因?yàn)槭┕と藛T錯(cuò)誤判斷而造成的材料和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。本文提供了更加精準(zhǔn)的前瞻性判斷方法和及時(shí)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，這對(duì)提高道路運(yùn)營服務(wù)水平、更好的發(fā)揮道路職能起到了重要作用。