浅谈沥青路面常见的病害及防治措施

发表时间:2020/5/15   来源:《基层建设》2020年第3期   作者:张平
[导读] 摘要:沥青路面有行车舒适、噪音低、易于修复、施工方便、快捷等优点,在道路中被广泛选用。
        北京市政路桥管理养护集团有限公司  北京市  102300
        摘要:沥青路面有行车舒适、噪音低、易于修复、施工方便、快捷等优点,在道路中被广泛选用。在施工过程中和投入使用后也会出现一些病害,因此拉低道路的整体质量,本文就沥青路面中常见的病害以及防治方法进行简单论述。
        关键词:沥青路面;常见病害;防治措施
        引言
        沥青路面在施工过程中和投入使用后,由于施工或养护不当,经常会出现裂缝、水破坏以及车辙等病害,如果不能及时发现,及时处理,病害会在路面水及自然环境等因素的影响下迅速发展,造成更大程度的破坏,直接影响道路使用的安全性及使用寿命。因此,做好预防、早发现、早处治就显得很有必要。
        1、盘点沥青路面的多发性病害
        1.1 沥青路面开裂、产生裂缝
        沥青路面铺设完成后,有时甚至在铺设过程中,会出现开裂现象。在路面裂缝形成初期缝隙不太明显,一般宽度小于3mm,对道路质量及其运载性能,并无太大的影响,如果没有及时发现、及时处治,随着时间的推移,在道路不间断的运载过程中,受行车荷载、温度变化产生膨胀收缩及大气降水对路面及路面结构层造成的浸蚀,导致路面裂缝不断扩大,裂缝宽度会以极快的速度延展到10mm左右,如果裂缝宽度达到这种程度,一旦路面出现积水,积水会随着裂缝渗入到道路基层、底基层、甚至路床土基,导致道路的承重层承载力不足,形成沥青路面的结构性破坏。甚至恶化发展成为路面坑槽或路面沉陷,在一定程度上降低道路的运载功能,致使过往车辆失去应有的安全保障。因此,道路面层的裂缝是首先应引起我们重视的最基本的病害,需要认真对待。
        1.2沥青路面的雍包及车辙问题
        沥青路面在长期的运载过程中出现雍包、车辙问题,也是一种比较常见的病害,尤其是在高温季节、一些大型车辆尤其是车辆超载,更容易导致雍包、车辙问题的形成。雍包集中出现在红绿灯的路口起止线前后,车辆的制动及开启对路面的推挤,造成雍包;车辙则集中出现在行车道的轮剂两侧。雍包及车辙破坏道路的平整度,严重的造成路面车轮下沥青路面厚度减薄,对基层受力产生影响,直接导致路面结构层破坏,产生不能简单修复的后果。
        1.3沥青路面的局部松散问题
        沥青路面松散是混合料中的沥青失去黏性或者在混合料中沥青与骨料的粘附性降低,造成骨料松散,在车轮的带动下,逐步离开路面。沥青路面局部松散也比较常见,而局部路面松散现象会在沥青路面的任何一个位置出现,出现频率最高,程度最严重的位置就是路面的车轮碾压区域。松散问题一旦出现,如果不及时处理,骨料随着车轮离开路面以后,形成坑槽就会造成更大的损坏。
        1.4道路沥青路面的坑槽问题
        道路投入使用后,车辆的持续行驶、自然界的冷暖更替,尤其是雨雪都会对路面的性能产生很大的影响。在此过程中,沥青混合料中的沥青膜会在水动力的影响下产生部分剥离现象,在一定程度上削减沥青混合料的粘结性,久而久之,就会导致沥青路面出现坑槽,这种情况在称之为水损害。在道路施工过程中,沥青材料、配合比设计、施工工艺和基层质量等方面未进行有效的管理控制,致使其存在质量瑕疵,在道路投入运载后,车辆超载等问题,都会在一定程度上增加水损害程度。
        1.5路面沉陷问题
        在部分道路中会出现路面沉陷问题,一般情况下,只要路面沉陷问题真正形成,其面积和深度都会比较大。路面沉陷问题在道路的边缘和填挖结合部比较常见,其次是路面破损出现坑槽的地方。最终原因都是水造成的,首先就是道路的土质路肩不具备良好的排水效果,导致路床下部的路基含水量超过一定标准,造成路基的异常沉降,进而造成路面的部分沉陷;其次,填挖结合部填料不均匀,压实度控制的不均匀,造成工后沉降不均匀,基层和路面跟着路基一起不均匀沉陷;路面坑槽一旦形成,路面水随之渗入基层直至土路基,引起局部路基异常沉降,引起路面沉陷。
        2、探讨引发沥青路面病害问题的因素并针对其应对方法进行研究
        2.1导致路面裂缝的因素以及应对方法
        路面裂缝具有多发性,是所有病害的基础,下面对其具体形态和形成原因以及防治方法进行阐述:
        2.1.1裂缝形成的因素及常规形态
        根据路面裂缝产生的原因,路面裂缝归纳为两种性质的裂缝,第一种是非荷载型裂缝,主要是以温度裂缝、反射裂缝为主,导致非荷载性裂缝的根本因素是环境温差,沥青混合料低温收缩,内部产生拉应力,从而导致路面开裂,至于工程材料质量无保障以及施工方式不合理等原因,只是补充因素。第二种是荷载型裂缝,以应力破坏为主,发生结构破坏产生的裂缝。
        沥青路面裂缝存在的常规形态分为四种,第一种是沿道路横断面方向开裂的横式裂缝;第二种是沿道路纵向方向开裂的纵式裂缝;第三种则是纵横交错的交叉裂缝;第四种是龟裂裂缝。在众多的道路项目中,横式裂缝的形成率是最高的。
        下面对各种因素进行详细分析:
        ①在道路的“白改黑”工程中,处理原本存在的水泥混凝土路面的横向(缩缝及胀缝)和纵向施工缝时,由于水泥混凝土是刚性材料,用来处理的材料要想和原来的路面同时收缩和膨胀,的确会有很大的处理难度,因此处理不够彻底是经常存在的现象,投入使用后,在较短时间内就可能会产生反射裂缝。
        ②温度裂缝产生的机理:这是沥青材料的温度敏感性造成的,道路石油沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化。沥青的塑性使其在外力作用下而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后的形状,沥青的塑性对冲击荷载有一定的吸收能力,并减少摩擦时的噪音,使得沥青是一种优质的路用防水材料。在高温季节里,随着沥青的粘滞性和塑形的改变,沥青混合料会在高温作用下形成比较良好的应力松弛性,在此期间,就算温度有一定程度的上下浮动,对沥青混合料,也不会形成过于明显的温度应力。在寒冬季节,沥青混合料的应力松弛与温度应力相比较,前者的增长速度要差很多,而一旦温度应力凌驾于沥青路面的能够承受的荷载能力之上,路面裂缝随即出现。另一方面,自然环境中的温度差异,造成了沥青路面拉伸力的大幅度下降,而在不断运行过程中形成的沥青老化,也会促成沥青路面的应力松弛减弱,进而促使路面裂缝形成。在环境温度急剧下降的寒冷季节,一旦出现冰冻现象,极容易会造成道路路基、道路基层等冻胀问题,从而造成沥青路面开裂。沥青的品质和性质与沥青路面开裂有很大关联,如果选用高粘度、低稠度性质的沥青,沥青路面会具备良好的稳定性,能够在最大限度上延缓路面裂缝现象的出现;反之,如果并未因地制宜的选用相应的沥青材料,或者所选用的沥青材料没有质量保障,就会导致在低温作用下加速沥青路面开裂问题的形成。
        ③路基或基层等施工质量存在瑕疵,对于柔性的沥青面层是个沉重的问题。路基或基层的弯成不能满足设计荷载的变形的要求,当设计荷载加到路面以后,路面在其下承重层的影响下产生较大的变形,尤其是不能均匀的变形,必然造成路面的变形不一,造成路面开裂。
        ④水泥稳定碎石基层因水泥含量过高,收缩开裂,或者基层施工后,养护不到位,造成基层材料过早失水,体积收缩造成基层开裂,从而反射裂纹到沥青面层。


        ⑤进行沥青路面铺设作业时,施工缝处理不当,尤其是冷接缝,接缝不严密,导致路面水渗入下层,在沥青路面间形成夹层,或者是渗入基层,造成基层含水量高,强度降低,在车辆荷载的作用下,基层受力破坏,从而引起路面开裂;
        ⑥在施工过程中,超压也会在施工过程中形成路面裂缝;或者在铺筑路面纵坡比较大的道路路面时,碾压过程稍有不慎,速度过快,碾压的方向错误,压路机的震动等都会造成摊铺的油面被推移开裂。
        ⑦在道路使用过程中,超负荷荷载和疲劳破坏也会产生裂缝,形成的裂缝称荷载型裂缝。这种裂缝形成原因有两个,第一:路面交通运输量的逐渐增加,致使沥青路面的超负荷运载,加快了路面的疲劳破坏速度,裂缝问题随之形成。第二,由于道路设计存在弊端、工程材料质量有缺陷、施工过程中的质量管理控制力度不足等各种原因,都会促使沥青路面不具备应有的强度,沥青路面在不断承受过大负载压力的情况下出现路面裂缝。
        ⑧沥青路面老化产生裂缝。由于长时间暴露在空气中,在受热、氧气、阳光和水的作用下,发生一系列的挥发、氧化、聚合等,使沥青变硬变脆,降低粘结性。从而抵御外来作用力的性能降低,在荷载的作用下,发生开裂。
        2.1.2路面裂缝的预防与修复
        沥青路面出现裂缝,不论运用何种修复方式,都会造成道路使用寿命、安全性、舒适度、美观性的降低。因此,采用有效方式防止路面裂缝的形成才是至关重要的,预防与修复路面裂缝的方法如下:
        ①在沥青路面施工过程中,确保下承层的弯沉满足设计要求,满足沥青路面在受到荷载后的变形在可控范围内,不因产生附加的应力而变形,产生裂缝。设计时选择适合的沥青混凝土规格型号,满足各层之间的应力应变的传递及防水要求;施工过程中,选择适应环境温度范围的沥青,科学进行沥青混凝土的配比,优化配比,既节省沥青用量,又能满足沥青混凝土结构的黏聚性要求。摊铺过程中尽量采用热解缝,减少薄弱地方,即使采用冷接缝,也要在接缝处涂刷粘结沥青。摊铺过程尽量匀速进行,减少停止线出现,减少停止线处的骨料离析,从而造成薄弱地方。碾压从低处向高处按照试验段总结的经验进行,杜绝从高处向低处赶着沥青混凝土移动,从而形成裂缝。
        ②在“白改黑”改造工程启动前,需要全面检测了解水泥混凝土路面的具体情况,如果路面存在砼板烂边掉角、荷载能力不足等弊端,必须在得到合理处理后再开展沥青混凝土摊铺。在板块施工缝和工作缝得到妥善处理,填塞验收之后,才能进行沥青面层施工。合理设计沥青混凝土面层的厚度,有效防止因为厚度不足而导致的面层脱落和反射裂缝等缺陷,根据施工经验,在“白改黑”改造工程中,最好对沥青面层进行双重摊铺,厚度保持在4+6cm 或是5+7cm效果比较好。
        ③为减少反射裂缝,可以在下承层上铺设土工格栅或者玻璃纤维网等使路面贾筋的材料,减少裂缝的反射。
        ⑷一般采取三种方式进行路面裂缝修复,在路面裂缝形成初期,裂缝比较窄,用乳化沥青直接灌入裂缝,能起到阻止路面水渗入下层的作用。针对发展恶化中的路面裂缝,用开槽灌缝机结合相应的修复材料进行处理,这种方法的缺陷是会形成噪音与扬尘,而且修复效果只能维持短短的两三年,超过这段时间,修复材料就会脱离沥青路面,同时还会造成路面裂缝增多现象。第三种修复方式效果相对比较显著,就是使用贴缝带进行沥青路面裂缝处理,裂缝带是一种具有一定抗拉强度和耐高温性能的裂缝处理材料,同时,也具有易使用、自粘性强等多种使用优势,用贴缝带粘贴路面裂缝,可以起到阻止温缩应力、防治裂缝延展恶化的作用。将贴缝带铺粘于沥青路面,无异于对路面进行了隔离和加筋处理,可以有效防止路面积水的渗入,加强各个管理结构层的稳固性。其具体使用方式是,针对裂缝进行充分清理,将黄砂注入裂缝,利用乳化沥青进行灌注后,在开裂部位粘贴宽度为6~8cm的贴缝带,采用这种裂缝处理方式,便于操作、不影响交通,而且只是在裂缝处理完成后的初期阶段有轻微跳车现象。如果选用性能良好的贴缝带,其效用可以保持3~5年。
        2.2导致雍包、车辙问题的因素及应对方法
        导致雍包、车辙的因素较多,交通条件、气候条件、沥青混凝土配合比及沥青的质量,甚至是道路基层的质量都可能导致车辙出现。重载交通、公交车道、路口停止线后等地方,交通流量较大,启停次数多,易形成雍包、车辙,针对这种地方,通常使用抗车辙改性剂或SMA沥青马蹄脂做路面,能减少雍包、车辙的出现。原材料影响,尤其是沥青中蜡的存在,致使沥青路面高温稳定性降低,出现雍包、车辙,针对这种情况,从原材料把关,含蜡量必须满足规范要求才能用于路面。沥青路面下基层强度不足,产生破坏,对面层不能起到支撑作用,也能形成路面的雍包、车辙,针对这种情况,就是要认真对待道路的各层结构层的施工质量。
        沥青路面一旦出现雍包、车辙,较轻的情况下,基层没有破坏时,铣刨掉车辙部分高出的沥青混凝土,直接投入使用。车辙较深的情况下,基层没有破坏的情况下,铣刨掉路面上的车辙,加铺一层沥青混凝土路面。对于基层破坏的道路,只能是挖除破损的基层,甚至沉陷的路基部分,重新施工各结构层,才能从根本上解决车辙。
        2.3导致松散、坑槽、沉陷问题的因素以及应对方法
        沥青路面出现局部松散后,松散处在路面水、车辆荷载作用下,逐渐剥离,形成坑槽,路面水进入基层,渗入路基,路基遇水承载力降低,形成沉陷。因此,要避免这些问题的出现,首先应该重视路面的局部松散问题。
        引发局部松散问题的主要原因是:第一:混合料在运输、摊铺过程中离析,形成骨料堆积,粘附性不够造成的。第二:沥青路面有柴油等污染腐蚀,也能出现局部路面松散。第三:道路的地基或者基层结构出现局部性的异常沉降,随之影响沥青路面的稳定性,进而引发路面松散问题;第四:沥青混合料中的碎石质量把控不严,呈现酸性或者含泥量超标或者掺杂有风化颗粒,在路面与雨、雪水接触时,水的渗透导致沥青与碎石分离。第五,道路在长期的不间断运载中,自然老化使沥青材料的粘结性逐渐降低。因此,避免路面局部松散主要是在施工过程中,严把原材料的质量关,优化混合料的配合比,精细化施工,减少混合料离析等措施。
        松散、坑槽、沉陷的处理都是在维修的过程中,有针对性的局部处理,挖除破坏的部分,以合格的材料充填密实。处理过程中注意以下问题:第一,在开展坑槽修复之前,首先需要根据坑槽的大小,在其四周以矩形形状绘制图形,最主要的是要注意边线和路的中心线保持垂直亦或是平行,而开槽开挖需要依照绘制的轮廓线进行,槽壁保持垂直。通常采用铣刨或者人工切割的方式,保证侧壁的顺直。第二,充分清理坑槽,确保空巢内不存在废旧物料等杂物,而后全面检查道路基层,处理基层问题,如基层无缺陷,只需清除沥青面层,随之用粘层沥青或者乳化沥青涂刷喷射基层与槽壁部位。第三,各项前期工作妥善完成后即可铺设沥青混合料,这需要依照坑槽的实际深度合理选择铺设方法,坑槽深度在5cm以上,必须选用分层摊铺方式,并进行有效压实。若是应用就地热再生方式修复坑槽,就要在加热线10cm以内,对加热面层进行松动处理,而后合理喷射乳化沥青,最后就是沥青混合料的铺设与摊平以及压实作业。第四,如若遇到特殊状况,可以利用沥青冷补材料修复坑槽。
        结束语
        道路工程建设成本高,路面的质量关系到行车安全及舒适性,因此,对路面的病害提前预防,早发现早处置,即能节约资源,又能充分发挥道路的运载作用。
        参考文献
        [1] 孔祥晶 . 沥青路面车辙病害防治策略 [J]. 山西建筑,2019,45(02).
        附录:
        沥青路面:沥青路面就是在路面铺筑矿质材料中掺入路用沥青材料而进行建设的路面。
        路面坑槽:指的是在路面长期运行中,因行车导致的路面骨料局部脱落而出现的坑洼。
        路面裂缝:是指因为施工操作不当或者在重复交通荷载作用下,沥青面层或稳定基层产生的一系列的缝隙病害。
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