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沥青路面早期病害及防治技术研究1沥青路面早期病害及防治技术研究1．引言1.1沥青路面的特点沥青混凝土路面具有下列良好的性能：1）足够的力学强度，因而沥青路面能很好地承受车辆荷载加到路面上的各种作用力；2）一定的弹性和塑性变形能力，因而能承受应变而不破坏；3）与汽车轮胎的附着力较好，可保证行车安全；4）有高度的减震性，可使汽车快速行驶，平稳而低噪声；5）不扬尘，且容易清扫和冲洗；6）维修工作比较简单，且沥青路面可再生利用。沥青路面的使用经验表明，由于选料或施工、养护不当，常常过早地发生各种变形和损坏，导致路面的使用期限缩短或维修费用增加。1.2研究的目的及意义我国修建沥青路面的历史短，成熟的养护技术较少，加之我国近几年国民经济高速发展，由此带来的交通联迅速增长，车辆大型化、超载严重、车辆渠化行驶等问题，使许多沥青路面出现了早期破坏现象。因此，如何应用科学有效的沥青路面养护技术来改善道路使用功能,延长路面使用寿命，降低养护成本，提高社会效益，成为当务之急。1.3本研究的主要内容沥青路面早期破坏的形式有很多，常见的有车辙、开裂、拥包、松散、沉陷、坑槽、麻面和唧浆等。这些病害会严重影响道路行车质量、行车安全和使用寿命。引起这些病害的原因又是多方面的，既有设计方面的原因，也有施工及材料方面东北林业大学本科毕业论文2的原因，同时也有外来的因素。因此，本文从路面结构设计、现场施工质量控制、管理及养护等方面，分析了沥青路面早期破坏的原因及预防措施的问题。沥青路面早期病害及防治技术研究32．早期病害的现象沥青路面破损按其形状可以分为裂缝类、松散类、变形类、其他损坏类四大类，每类包含的内容如下表：表2-1沥青路面破损分类分类沥青路面破损裂缝类龟裂、不规则裂缝、纵向裂缝、横向裂缝变形类沉陷、车辙、波浪（搓板）、拥包、桥头涵顶跳车松散类坑槽（含啃边）、松散（含脱皮、麻面）其他类泛油、磨光、老化、冻胀、翻浆、露骨、修补损坏2.1裂缝类病害路面裂缝是路面早期破损最常见的病害之一，它的危害在于从裂缝中不断进入水分使基层甚至路基软化，但只路面承载能力下降，加速路面破坏。2.1.1.龟裂相互交错的裂缝将路面分割成形似龟文锐角多边形小块；裂缝宽3mm以上，且多数缝距10cm以内，块的尺寸小于50cm50cm。龟裂通常是由于路面整体强度不足在行车荷载的重复作用下而引起的疲劳裂缝。其最初的形态是一条或几条平行的裂缝。随着荷载重复作用次数的增加，平行纵缝间出现了横向、斜向连接缝，形成了形似龟裂的裂缝形式。龟裂也可能是由于基层软化、稳定性不良等原因引起的。沥青路面老化变脆，也会发展成网状裂缝。龟裂是一种主要的结构损坏形式。2.1.2.纵向裂缝与道路中线大致平行的长直裂缝，有时伴有少量支缝。这类裂缝通常是由于路基压实度不均匀、路面不均匀沉陷或施工接缝质量或结构承载力不足引起的，不均匀沉降引起的纵缝，通常断断续续绵延很长。施工搭接引起的纵缝，其形态特征是长且直。而结构承载力不足引起的纵缝多出现在路面边缘。2.1.3.横向裂缝横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类。荷载性裂缝是由于路面东北林业大学本科毕业论文4设计不当和施工质量低劣，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或伴刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生的裂缝。非荷载性裂缝是横向裂缝的主要形式，它有两种情况：沥青面层收缩性裂缝和基层反射性裂缝。2.2路面变形类病害从我国沥青路面的破坏现象分析，变形类病害中车辙问题尤为突出。它除了影响行车舒适外，还对交通安全有直接影响。车辙是路面上沿行车轨迹产生的纵向带状凹槽，数量按实有长度乘以变形部分的平均值计算。车辙在行车荷载重复作用下，有扩展和积累的趋势。2.2.1.车辙车辙类型：1）结构性车辙由于荷载作用超过路面各层的强度，发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形。这种车辙宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成凹字形。2）流动性车辙在高温条件下，车轮碾压反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限，使流动变形不断积累形成车辙。这种车辙一方面车轮作用部位下凹，另一方面车轮作用甚少的车道两侧向上隆起，在弯道外明显向外推挤，车道线或停车线因此可能成为变形的曲线。3）磨损性车辙由于车辆不断地磨损路面，特别是大量重型超载车辆渠道化地行驶在主车道上，磨损路面也会形成车辙。4）压实不足引起的车辙这属于非正常情况车辙，是由于施工控制不严引起的。由于沥青面层本身压实不足，致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密，在交通车辆的反复碾压作用下，空隙率不断减小，达到极限残余空隙率才趋于稳定。它不仅产生压实变形，而且平整度迅速下降，形成明显的车辙。这种由于施工不良造成的非正常性车辙在我国是非常突出的。2.2.2.纵向变形路面的纵向变形是由路基的纵向变形造成的。软土地基和非软土地基都可能产生纵向变形，纵向变形造成路面大波浪型的不平整。沥青路面早期病害及防治技术研究52.2.3.沉陷、桥头涵顶跳车桥头涵顶跳车是路面纵向变形的一种形式，也是纵向变形中的一种最严重的形式。沉陷是由于路基路面产生竖向变形而导致路面下沉的现象，通常有均匀沉陷、不均匀沉陷、局部较大面积沉陷。均匀沉陷是由于路基路面在自然因素和行车作用下，达到进一步迷失稳定的表现，这种沉陷不会引起路面破损。不均匀沉陷一般是由基层局部成型不足，强度不够，在行车荷载和自然因素等作用下形成的。对于局部大面积沉陷往往是由于路基（高填方地段）不均匀沉降或局部滑移而引起的。桥头涵顶跳车往往是由桥台背填土压实不够而引起路基不均匀沉降，从而使路面产生沉陷，形成跳车。导致桥头涵顶跳车的另一种重要因素是构造物，特别是大中型桥通常都采用桩基，桥台的沉降量很小，甚至没有，而桥头填土往往较高，路基路面容易产生较大沉降，造成桥台与其邻接路面的沉降差异显著大于任意局部小段路基路面与其邻接路基路面的沉降差异。2.2.4.波浪（搓板）波浪是指路面有规律的纵向起伏。波峰与波谷交替出现，间隔很近，一般在60cm之内。2.3松散类病害2.3.1.坑槽坑槽是路面破坏而形成的深洼，坑槽的深度一般大于2cm，面积在0.04m2以上。如小面积坑槽较多，又相距很近（20cm以内），应合在一块计算。沥青路面的坑槽往往都有一个形成过程，起初局部龟裂松散，在行车荷载和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。坑槽究其破坏原因也可分为设计、材料、施工及气候等方面。2.3.2.坑槽类型1）压实不足性坑槽一种情况是施工时混合料温度太高，是沥青老化，粘结力降低，脆性增加，导致压实不够，粘结不牢，再行车荷载作用下，形成坑槽；另一种情况是混合料温度太低，摊铺不均匀，压实不充分，导致压实度不够形成坑槽。2）厚度不足性坑槽东北林业大学本科毕业论文6路面下面层局部标高控制不严，导致沥青上面层个别地方厚度不够，在行车作用下，部分混合料易被“带走”，形成坑槽。3）水损害性坑槽这种坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中最常见的坑槽，其形成过程可归纳如下：a）在开始阶段，水分浸入沥青集料的界面，以水膜或水气的形式存在，影响沥青与集料的粘附性。b）在反复荷载的作用下，沥青膜与集料开始剥离，渐渐地，路面开始麻面、松散、掉粒，最后形成坑槽。水损害破坏往往是从沥青面层的下面层开始的，水分进入沥青路面，滞留在基层上面，沥青下面层又往往是空隙率大的混合料，空隙中充满水，给水损害提供了条件。当集料与沥青膜剥离后，沥青混合料不再是一个整体，集料在荷载作用下，对基层产生了力的作用，使基层的局部松落形成会浆，从路面的缝隙向上挤出来，在沥青路面上形成白色的唧浆。如此循环不断，水损坏性坑槽必然形成。2.4其他类病害路面的其他类病害主要包括：泛油、磨光、老化、冻胀、翻浆、露骨、修补损坏，这些病害的出现意味着路面的表面功能衰减。2.4.1.泛油泛油是指沥青从沥青混凝土层的内部从上向下移动，使表面有过多沥青。泛油主要是由于沥青用量过大、稠度太低或热稳性差等原因所引起的。有时也可能由于低温季节施工，层铺法沥青路面的嵌缝料失散过多，在气温转暖后，在行车荷载作用下多余沥青溢出表面形成的。2.4.2.磨光磨光是指路面原有粗构造衰退或损失，路面光滑。2.4.3.冻胀冻胀是由于路基下部的水分向上聚集并结成冰引起路面结构膨胀，造成路面拱起和开裂。沥青路面早期病害及防治技术研究73．早期病害的原因分析3.1裂缝类病害成因分析3.1.1材料方面1）沥青混合料沥青混合料性质是影响沥青路面温度收缩性裂缝的主要原因。a）沥青一方面沥青混合料低温劲度是决定是否开裂的根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。沥青老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。另一方面，沥青的温度敏感性也影响裂缝的产生。感温性大沥青易开裂。一般情况下，含蜡量高，会使沥青的拉伸应变减小，脆性增加，温度敏感型变大，裂缝就容易产生。b）级配矿料组成级配也与开裂有一定关系，一般来说用油量偏低，矿粉含量高易产生裂缝。2）基层半刚性基层较之级配碎石、沥青稳定碎石等柔性基层，热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，使面层的横向裂缝要多些。特别是在我国高速公路分期修建，施工较快时，有相当部分的半刚性基层养生不足，修筑后不久便开裂了，这些裂缝在荷载和温度的作用下，由下层逐渐反射到表面。3.1.2设计方面路面结构设计不合理，如基层厚度不够、面层及材料配合比设计不当。沥青面层厚度加大，裂缝就减少。这是指用同一种沥青混合料、厚度大的比薄的裂缝率要小。但采用质量好的沥青即时铺筑较薄的路面其横向裂缝也可能少于质量差的沥青但厚度大的路面。3.1.3施工因素优良的施工质量，特别是各结构层的压实度达到规范要求、稳定性优良、排水性能好、面层接缝处理完善等是保证裂缝特别是纵向裂缝和龟裂网裂不出现的前提条件。东北林业大学本科毕业论文83.1.4气候交通条件在气候因素方面，极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升温降温循环次数是温度收缩性裂缝出现的四大要素。雨水是加速网裂形成、扩大甚至路面破坏的催化剂。当然不论什么样的裂缝，在行车荷载的作用下，都会加速路面破坏。3.2路面变形类破坏成因分析3.2.1车辙产生的原因车辙的产生受内因和外因的综合影响，内因包括沥青混合料和路面结构设计，外因包括施工、交通、气候条件。1）沥青混合料提高沥青混合料的抗车辙能力是防治车辙最有效的途径，下面从沥青、集料、矿粉、级配四方面阐述。a）沥青车辙与沥青的粘度直接相关，提高沥青高温粘度是防治车辙的有效措施，所以施工时应选用第针入度、高软化点、低含蜡量的高粘度沥青。b）集料在集料中掺加破碎砾石对抵抗车辙是最不利的，因其缺乏棱角而易变形，酸性集料容易降低混合料的水稳定性和高温稳定性。所以施工时应选用表面粗糙、嵌挤作用好、与沥青粘结性能强的集料。c）矿粉为提高混合料的高温稳定性，必须使矿粉有足够的数量，以减少有利沥青。d）级配空隙率对车辙的影响非常大，增大集料粒径对提高车辙能力有一定效果，当然空隙率也不能太小，4%的空隙率为最小空隙率的临界。2）路面结构层次沥青混合料的厚度是影响车辙的重要因素。一般说来路面厚度的确定，既要保证有足够的承载能力，又要有较好的抗车辙能力。在低于临界厚度时，沥青面层越厚，车辙越严重，而当超过临界厚度时，车辙随厚度变化较小。3）交通条件大量重型超载车辆在主车道上行驶，速度慢且渠道化现象严重，由于其单轴荷载加大，甚至翻倍，从而使车辙更容易产生。4）气候条件沥青路面早期病害及防治技术研究9由于沥青混合料是弹塑性材料，沥青路面是黑色路面，吸收热量能力强，所以在气温较高时，路面在汽车荷载反复作用下极易产生车辙。5）施工因素在施工过程中要加强碾压，切忌片面追求平整度而放松压实。保证压实度，把空隙率控制在规范要求范围内，是避免压实度不足引起车辙的有效途径。3.2.2产生纵向变形的原因产生纵向变形的原因有：1）地基产生固结变形在为填筑路堤之前，地基上没有任何荷载，地基处于平衡状态。一旦填筑路堤后，地基受到外加恒载的作用（未计行车荷载），填土路堤越高，地基受到的外加恒载就越大。1m高的路堤让地基承受的恒载常达17-18kN/m2以上。外