旧水泥混凝土路面加铺沥青面层常见病害分析及对策

摘　要　通过对某一旧水泥混凝土路面上加铺沥青混合料面层的路况调查,对产生各种病害的原因进行分析,并提出相应的对策。

 

关键词　公路罩面病害分析对策

 

     在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土是改善其使用性能和提高其承载能力的一项常用措施。但由于旧水泥混凝土路面存在着纵横缝及裂缝,在交通荷载与温度荷载的重复作用下,这些裂缝不可避免地会引起加铺层底面对应位置的应力集中,从而使应力集中部位因过大的竖向剪应力与拉应力而首先开裂,然后缓慢地向上扩展而导致加铺层的破坏。因此,经过沥青混凝土罩面处治以后的路面经常会出现裂缝、滑移、坑洞和网裂等常见病害^{[1 ]} 。

 

     本文通过对省内某一经过沥青混合料罩面处治以后的路面进行路况调查,对全线的裂缝、滑移、坑洞和网裂及其他病害情况进行了统计,并对产生各种病害的原因进行了分析,提出了一些合理的对策。

 

1. 1 　裂缝

     经钻心取样看出裂缝的产生主要有两种。

 

　　(1) 温度裂缝　这种裂缝主要是从上往下发展,而且大部分没有贯通(如图1 、2) 。这种裂缝在南方非冰冻地区,主要是日气温变化引起沥青面层的温度应力。由于温度应力的反复作用使沥青面层产生温度疲劳裂缝。这段路平均年最低气温为- 2 ℃,年最高气温40 ℃,特别是在夏季。沥青面层最高温度可达到50～60 ℃,通常一场暴雨过后,路面温度骤降至10～20 ℃。一次大幅度降温可能产生300 ×10 - 6 ～500 ×10 - 6 的拉应变。受如此大的温差影响,沥青面层表面的薄弱处就可能首先产生裂缝。沥青面层表面的薄弱处愈多,产生的温度裂缝就愈多^{[ 2 ]} 。

 

图1 　温度裂缝芯样

图2 　取样后的坑洞

　　(2) 反射裂缝　以往习惯所称的反射裂缝是由下卧层的不连续引起的。由于下卧层不连续处(接缝或裂缝) 的运动,作用在热拌沥青混凝土面层底面的拉应力超过了沥青混凝土的抗弯拉强度并使其底面开裂,裂缝逐渐向上延伸,直到穿透面层,反映为表面裂缝(如图3 、4) 。

 

图3 　反射裂缝芯样

图4 　取样后的坑洞

     目前,这两种裂缝已逐渐引起了有关部门的注意。用优质改性沥青(一般用SBS 改性沥青)代替普通沥青作面层沥青,并在面层沥青混合料中添加纤维来抵御气温变化引起的温度应力,减少温度裂缝。具体做法是,在旧水泥混凝土板缝处粘贴土工布,在沥青混凝土中加铺一层玻璃纤维土工格栅来防止反射裂缝的形成与扩展(加铺玻璃纤维土工格栅还可以提高沥青混凝土路面的整体刚度及抗弯拉应力) 。这种结构的应用在实践中取得了很好的效果。

 

1. 2 　滑移

     在几处弯道处,出现了沥青混凝土向前滑移的现象,经现场检测发现,此滑移只发生在表面层。通过现场取样的实验分析得出:该样品油石比偏大,细集料特别是粒径在9. 5 mm 以下的偏多。可看出在汽车高速行驶转弯时,因车辆刹车导致该处所受剪应力增加,由于该处沥青混合料的粒径偏小,油石比偏大,以至粒料间的嵌锁力较小,在水平荷载的作用下发生剪切破坏从而发生滑移现象。

 

     这种滑移现象最好的修补方法是:将发生滑移的面层铲除后,重新铺筑上面层。最好是用铣铇机铣铇,这样会产生较粗糙的表面结构,它有助于铺上面层时产生良好的粘贴效果。

 

1. 3 　网裂和坑洞

     在调查中还发现有些地方出现了网裂和坑洞。其成因主要是在降雨过程中,雨水进入并滞留在沥青混凝土的孔隙中。在大量快速行车的作用下,反复多次产生的动水压力(孔隙水压力) 使沥青从碎石表面剥落下来,局部沥青混凝土变得松散,碎石被车轮甩出,路面产生坑洞。这种破坏现象很普遍,但通常采用半开式沥青混凝土面层时,产生的这种水破坏较严重。如水透过沥青面层滞留在基层顶面,在大量快速行车作用下,自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料,形成灰白色浆,灰浆被行车压唧到路表面。在灰浆数量大的情况下,不久就会产生坑洞;在数量小的情况下,可使路面产生网裂或变形。某处产生网裂和变形后,雨水就更容易渗入,并产生恶性循环,最终导致路面破坏。这种破坏也是常见的水破坏。沥青混凝土本身的空隙率大、压实度不够和混合料的不均匀性是导致沥青面层产生水破坏的主要原因。

 

     为减少路面因水破坏而形成网裂和坑洞,沥青砼面层结构一般应采用密实式I 型沥青混凝土,抗滑表层也应该是空气率不大于4 %的密实式沥青砼,由此来减少表面水渗入面层结构。在压实过程中,要保证碾压遍数,并有必要提高沥青面层的压实度。建议表面层压实度不小于98 % ,中面层和(或) 底面层不小于97 %。在摊铺的过程中要防止沥青混合料的离析(特别是表面层) ,如发现粗集料集中时应及时添加细集料,防止因粗集料集中而导致空隙率增大。

 

     许多早期修筑的高等级路面一般采用的是水泥混凝土路面,随着交通量和车辆荷载的不断增长,以及自然因素的影响,路面破坏已经非常严重。高等级路面中的罩面工程是公路养护的一项主要内容,目前国内应用较多的是在早期修筑的旧水泥混凝土路面上加铺沥青混合料面层。但是由于其加铺以后的路面自身结构的特性,在使用一段时间以后,也会出现各种路面破坏。因此,有必要进行这方面的试验和研究,分析病害原因,做到早发现早处理,这样才能最大限度的延长路面的使用寿命,确保路面使用性能。

 

1 　李宇峙. 旧水泥混凝土路面上沥青砼加铺设计及应用技术研究. 中南公路工程,2002 (4) :13～16