城市道路沥青路面病害原因分析与防治
2012-02-24
一、沥青路面病害原因分析
1、沥青质量问题
由于近几年国家城市基础设施建设，城市道路开工项目很多而建设资金又有限，因此，在道路结构层的厚度设计、材料的使用上本着经济适用的原则，而对交通量的变化，使用年限并没有重点研究。像高等级沥青路面，省市采用的是上面层使用进口沥青，而中面层、地面层则采用国产沥青，就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多，而且数量十分有限，不可能满足国内建设规模的需要。
2、设计规范存在的问题
目前，柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制，路面设计以轴载100kN的双轮组单轴为标准轴载；对沥青混凝土面层应采用容许回弹弯沉、弯拉应力和剪应力三项指标设计；在交通量小的支路上铺筑沥青时，可仅用容许弯沉值设计；对沥青碎石面层采用容许回弹弯沉和剪应力两项指标设计。设计年限内标准轴载累计数和折合成标准轴载累计数作为控制指标。
在路面设计中，一方面交通车辆调查资料，是为通行能力服务的，没有考虑到超载的问题，使得设计中得不到准确轴载，造成设计年限内累计标准轴载出现与事实不相符的情况。这样，对于一些道路而言，从一开始就降低了累计标准轴的数量，使得设计弯沉值偏大，基层、低基层的拉应力偏小，造成路面整体刚度不足，导致路面提前破坏。
另外，由于受经济利益的驱动，载货车辆中，80%有超载现象，正是这部分超载车辆加速了路面的破损，促使路面开裂、推拥，甚至局部下陷。
3、气候的影响
（1）低温裂缝。沥青材料在较高温度条件下具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不至于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂，产生裂缝。由于沥青路面宽度有限，收缩路面结构的相互约束小，所以低温裂缝主要是横向的。
（2）温度疲惫裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲惫，使沥青混合料的极限拉伸应变变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。沥青路面具有高温软化特性，尽管设计及施工中尽可能降低油石比，最大限度地利用骨料级配增大高温稳定性，但在车辆长期作用下仍要产生车辙。泛油一般出现在高温天气，由于气温升高而导致沥青软化点的不适应。
4、沥青混凝土配合比设计存在的问题
沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段，即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段及验证阶段和试拌试铺阶段，各阶段对要达到的目的都有明确的要求，在施工时，有的单位压缩两至三个阶段，有的干脆凭经验进行施工。因此，从理论和实践来讲存在较大的偏差，从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。另一方面，由于现状所致，政绩工程工期较短，加上低价中标，碎石料场不规范，大多地材都由个体企业承担，料场分散，设备落后，材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都作了筛分分析符合要求，在施工过程中也检测并予以调整配合比，但由于差异性大，不可能做到十分准确，导致路面出现一些常见病害。
5、沥青混凝土拌合温度的控制
石油沥青拌合出场温度要求在120～165℃，而实际上有些施工单位由于设备和人员素质等原因，在拌合温度控制方面时高时低很不稳定。温度过高可能导致沥青变质，没有黏性使沥青混凝土松散；温度过低，沥青混和料拌合不匀，影响级配，这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的原因。在沥青混合料拌制完成后，从拌合厂向摊铺现场运输的过程中，空气与混合料之间的温差一般大于120℃。加上因速度形成的相对风速较高，会导致混合料温度在到达现场前有较大的下降。降温幅度由表及里逐渐减少，最严重的降温区发生在料堆表面和马槽的接触面。降温严重程度取决于运输时间、速度、气温、保温措施等因素。
6、沥青混凝土的摊铺
现在摊铺设备断面加宽，沥青混合料从中间通过胶轮输送到两侧，由于距离大，必然产生离析，这种离析改变了沥青混凝土生产配合比；其次，由于烫平板从机心向两侧悬臂较长，随着摊铺次数的增加，产生变形，对路面横坡的控制也有较大影响。
另外，在混合料从运输车向摊铺机喂料斗卸料到刮料板输料的过程中，接触面表层料，非凡是两侧车厢接触面的表层料，在每车料中最后被刮料板送到螺旋布料器，即每一车料降温幅度最大的表层“冷”料是集中被铺出的，表面料降温幅度较大、在正常的碾压过程中压实度难以达到要求，是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的原因。
7、平行交叉作业对路面质量的影响
城市道路施工过程中涉及的单位较多，如：自来水、雨污水、供热、煤气、电信、电力、有线电缆、道路照明等地下管线。由于平行交叉作业，加上工期较紧，对路面质量产生影响，如在土基碾压成型以后，管线单位又挖沟下管，管线单位对回填土的压实质量普遍不重视，因此，造成局部不均匀沉降；又如沥青砼摊铺底面层、中面层时，道路照明施工单位要进行灯杆和电缆的铺设，而且不能封闭交通，导致路面污染严重，从而使路面层与层之间的黏结受到影响，非凡是当沥青面层较薄时，在车辆高速行驶荷载作用下，沥青路面产生脱落、推拥、扭曲裂缝等现象。
二、路面病害的防治措施
1、设计方面
从目前的设计规范来看，结构层的设计偏薄，路面基层、底基层满足不了行车荷载的作用，通过路面结构设计可以满足沥青路面强度和承载能力要求，特别是应考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响。
（1）在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和湿缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。
（2）选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。
（3）在稳定度满足要求的前提下，优先选用针人度较大的沥青做沥青面层。
（4）沥青面层采用密实型沥青混凝土。
（5）采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期问一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。
2、施工方面
优秀的设计、合理的工期是修筑高质量的基础，而科学施工则是高质量的保证。首先是对材料的选配，特别是集料场应固定，选择1～2家能保证施工进度的厂家供料，使材料级配始终处于受控状态，不能偏离级配中线太远。在施工过程中从以下几方面进行控制：
（1）严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。
（2）半刚性基层碾压完成后，要及时养生。
（3）半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。
（4）透层或封层完成后，应尽快铺筑沥青面层。沥青的选用十分关键，要挑选符合各项规范要求的沥青，特别是沥青针人度、延度指标必须严格把关。在北方施工由于近些年的气候偏暖，因此，沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青。此外，透层油、粘层油沥青应采用与沥青砼同一种沥青，特别是油石比的选择应考虑粘层油、透层油返油时的影响。沥青砼施工期间，交通管制必须有专人负责，禁止非施工车辆上路，防止上路机械漏油，保持路面干净整洁。
3、养护方面
（1）对于沥青路面可能出现的病害，应预先采取措施进行防护。可以根据路面的使用状况和自然条件，预先选用一些适合的材料对路面进行防治，通过及早、有效的防治，能避免或者延缓发生路面的某些病害。
（2）沥青路面出现病害时要及时做修补处理。养护管理的经验告诉我们：“小洞不补，大洞吃苦”，如果路面出现一些病害能及时有效地处理，不但对路面不会造成大的损害，同时也会节约养护管理的经费，确保交通安全。
三、路面病害的处理方法
1、路面裂缝
（1）由于路面基层温缩、干缩引起的纵横向裂缝，缝宽在6mm以内的，宜将裂缝的缝隙用铁刷子刷扫干净，并用压缩空气吹去沙尘后，采用热沥青或乳化沥青灌缝封堵。
（2）缝宽在6mm以上的，填沥青砂石或细料式沥青混合料，捣实后用烙铁封口，随即撒砂扫匀，有条件的也可采用改性乳化沥青混合料填封。
（3）对土基或路面基层强度不足引起的裂缝类破损，要首先处理土基或基层，然后再修复路面。
（4）对轻微面积比较集中，且路基强度较好的裂缝，通过技术经济比较，可选用乳化沥青稀浆封层，或热沥青封层罩面，或先铺设土工布，再在其上进行热沥青封层罩面。
2、麻面松散
（1）因低温施工造成的麻面松散，可以将松散料收集好，待气温上升到20℃以上，将松散部位清扫干净，重做喷油封层。喷洒热沥青0.8kg/m2～1.0kg/m2后，撒3mm～5mm厚的石屑或粗砂（5m3/l00m2～8m3/l00m2），并用轻型压路机压实。若在低温潮湿季节，也可以采用乳化沥青封层处理。
（2）由于温度过高，粘结料气化而造成的松散病害，应清除重铺。
（3）由于基层或土基强度不足、松软变形而引起的松散，要首先处理基层或土基病害，补强满足要求后再重做路面面层。
3、沥青路面坑槽
（1）路面基层完好，仅面层有坑槽时修补方法：
①测定破坏部分的范围和深度，按“圆洞方补”原则，划出大致与路中心线平行或垂直的挖槽修补轮廓线（正方形或长方形）。
②按所划的轮廓线开槽应开凿到坑底稳定的部分，其深度不得小于原坑槽的最大深度，槽壁要垂直。
③清除槽底、槽壁的松动部分及粉尘、杂物，在干净的槽底槽壁涂刷粘层油。
④填入沥青混合料（在潮湿或低温季节，宜采用乳化沥青拌制的混合料），视坑槽的深度采用单层式或双层式填补整平。
⑤用小型压实机具压实，新填补的部分应略高于原路面，双层填补要分层压实。
⑥采用热修补养护车，用加热板加热坑槽处路面，翻新被加热软化铺装层，喷洒乳化沥青，加入新的沥青混合料，然后搅拌摊铺，压路机压实成型。
（2）路面基层损坏，应针对损坏原因，先处理基层病害，再修复面层。
（3）在雨雪连绵的寒冷季节，为控制坑槽扩展，可采用现有路面材料临时填补坑槽，待天气好转后再按规范要求修复。
4、路面沉陷
（1）仅由于面层不均匀沉陷引起的裂缝和轻微下沉，若土基和基层都已密实稳定，可对沉陷部分拉毛、扫净，洒粘层沥青后把沉陷部分填补到与原路面平齐。
（2）因土基或基层结构遭破坏而引起的沉陷，应先将土基和基层修理好后，再修复面层。
（3）因路基沉陷导致路面严重破损，矿料已经松动、脱落形成坑槽的，应按照坑槽的修补方法予以处治。
（4）桥涵台背因填土不密实出现不均匀沉降的，可以采取以下处治方法：
①挖除沥青面层，在沉陷部分加铺基层后重做面层；
②对于台背填土密实度不够的，用夯实机械重新做压实处理；
③对软土基宜换土处理，换土深度应视软土基层厚度而定。填换材料要选用强度高、透水性好的级配材料，如砂砾、碎石土、工业废渣等；
⑤采用注浆加固处理。
四、结语
总之，造成城市道路沥青路面病害的原因是多方面的，无论是在设计方面、还是施工方面都存在一些不足。在实际工作中，应根据其成因从路面设计、原材料进场到具体施工，有针对性地采取一系列预防和改善措施，从根本上减少沥青路面的病害的发生，使城市道路建设质量全面提高，更上新台阶。
