試析半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對策
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)臺背填土壓實(shí)不足，導(dǎo)致填土在臺背后數(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)距離相對較長，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。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┕と毕荨Ｈ?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交通荷載的二次壓密和變作用而產(chǎn)生;(2)重載對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)裂發(fā)展成為明顯的凹陷龜裂，對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)展規(guī)律類似于路面局部凹陷龜裂。
3、路面維修對策
針對以病害，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。對行車的影響以及行車對病害發(fā)展的影響;(2)病害的嚴(yán)重程度;(3)經(jīng)濟(jì)條件;(4)維修目標(biāo)。主管工程師在綜合評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。
對橋頭跳車應(yīng)以整幅路作為維修寬度，維修長度應(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度;(2)保證攤鋪機(jī)能正常施工;(3)拉坡平順。刨厚度以瀝青面層的一個(gè)結(jié)構(gòu)層為單位，一般只刨表層。
對車轍的維修，在其橫向平面位置應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。我國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。維修長度以車轍出現(xiàn)的長度作為基本長度，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)。如需刨，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，則對存在缺陷的半剛性基層進(jìn)行翻新重鋪，同時(shí)對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。它對路面結(jié)構(gòu)和交通安全的威脅較大，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)對防水下滲的認(rèn)識不足。自由水對半剛性基層的侵蝕破壞作用遠(yuǎn)大于對柔性基層，因此，規(guī)范對瀝青面層的密級配結(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)對半剛性基層板體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識不足。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。可減薄瀝青面層的厚度。然而，由于對其形成機(jī)理認(rèn)識不足，對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)維修對策要點(diǎn)。
4.1半剛性基層的維修
在對局部凹陷龜裂進(jìn)行維修時(shí)，必須對半剛性基層進(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;縱向開挖的長度建議不小于重車長的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。它不需要擴(kuò)大基層的開挖，使得維修工程量和施工對交通的影響都較小，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，其經(jīng)濟(jì)性也相對較好。
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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