浅析沥青路面裂缝病害原因及措施
2016-01-25
引 言
近年来，为适应社会经济发展的需要，高等级公路在我国发展迅速。沥青路面也叫沥青面层。它是用沥青材料作结合料，粘结矿料及其他外掺剂按要求比例混合、铺筑而成的单层或多层结构层，适用于各种交通量的道路，是当前高等级道路大多采用的路面类型。
沥青路面的优点是：有较高的强度和稳定性，能够很好地承受车辆荷载施加的各种作用力；有一定的弹性和塑性变形能力，能够承受较大的变形而不被破坏：表面平整、坚实、无接缝，有良好的减振性，使行车平稳、舒适而低噪声；晴天无尘土，雨天不泥泞，与汽车轮胎有较好的附着力，可保证行车快速安全；施工时间短，开放交通快，维修养护简单方便，且沥青路面可再生利用，有利于节约资源和工程成本，沥青路面因为具有养护时间短、行车舒适、适应性强、养护维修方便等优点而被广泛采用。但是公路沥青路面因为种种原因轻易产生各种裂缝病害，如不及时处理将会影响道路的使用性能。
一、工程概况
工程项目位于广西壮族自治区宜州市和忻城县境内，宜州至忻城二级公路工程建设总长度为56.3657公里，其中宜州境内43.2817公里，忻城境内13.0840公里，项目预算总投资11452.4766万元，该工程起于宜州市城南宜柳高速公路宜州互通立交处，途经太平、石别、福龙、加仁、高阳、潘水，终于忻城县南面与已建成的忻城至合山二级公路相接，全长按二级公路标准设计，路基宽度为12米，路面宽为9米，路面为沥青路面，设计行车速度为60公里/小时，路线全长56.3657公。2005年开工建设2007年竣工通车。
二、 路面早期破坏的原因
1路基方面设计方面
（1）设计与路段实际情况相差大，设计结构不合理。沥青面层结构选用不当，混合料类型不合理，沥青混合料配比设计不准确。
（2）路面厚度设计不足导致路面强度明显不能满足行车要求，交通运输发展迅猛，路面回弹弯沉值逐渐增大，满足不了交通量迅速增长和汽车载重明显增大的需求，沥青路面过早产生疲劳破坏，路面网裂伴随着纵向裂缝和形变产生。
（3）路线设计未对路面排水系统详细考虑，路线纵坡宜小于等于2%，凹曲线底部宜设计在涵洞处，并在边坡上设急流槽，超高段尽量避免设在路堑地段，原则上要求考虑加深边沟。
2路基施工方面
（1）路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝。
（2）路基碾压不均匀，出现填土局部未压实或两侧密实度不够，使路基产生不同程度的沉陷，形成裂缝。
（3）旧路拓宽时，新旧路基衔接处理不符合技术规范要求，新路基压实度不够，造成路基不均匀沉陷或滑坡，形成裂缝。
（4）傍山公路半填半挖地段、桥台与填方接头处、路基施工未按规范要求，易造成自然沉降，经长时间行车作用易形成裂缝。
3养护管理方面
（1）养护不及时。沥青路面在行车作用下出现小面积松散，个别坑槽后，未及时进行养护。初期及时养护更为重要。
（2）养护方法不当，有些养护人员在沥青混凝土路面上采取人工喷油，人工洒料方法进行养护。
4基层施工方面
（1）目前公路路面结构基本上是半刚性基础层的结构，采用这样的结构有很多毛病，半刚性基层容易开裂，反射到表面，路面进水后，又很难排出，容易造成路面界面条件和受力状态的变化。
（2）基层、底基层、路面表面清除不干净。在铺筑上一结构层前，若路面结构层及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干净，在雨水作用下，浮层油料变软被行车挤压造成的高压水流冲刷成浆，进而波及到沥青面层表面。
（3）由于施工质量不好，无机结合料稳定基层没有拌和到底，底部留有素土夹层，在行车反复作用下导致路面产生块状裂缝。
（4）基层松散及系数控制不严而导致的二次补加层。
（5）在基层施工过程中，灰土的上、下横接缝因重叠或搭接过少而出现裂缝。
（6）部分基层压实度不足，在最大干密度确定的情况下，基层的压实度与混合料中粗、细集料的比例特别是粗粒料的含量密切相关。
5路面施工方面
（1）沥青混合料的组成。矿料级配，沥青含量，集料品种不符合设计规范要求，对原材料检验不严，对沥青混合料的配合比控制不够，特别是矿粉和沥青用量不准，使沥青路面早期出现推拥，油包，松散，露骨，坑槽，裂缝等。
（2）当沥青面层的空隙率较大时，沥青面层的通透性增大，外界水易侵入结构内部。
（3）施工当中未按照施工工艺和程序进行施工，部分路面混合料离析和不均匀容易造成局部渗水，使路面出现病害。
（4）施工中压实不足，片面追求平整度，不能在温度较高的时候及时压实，不敢采用轮胎压路机，这样就造成了路面表层看起来很平整，通车不久就很快衰减。
（5）施工机械设备陈旧，不配套，使混合料的配合比计量、拌和均匀性、压实度、平整度等受到很大影响。
（6）沥青混合料加热温度过高，沥青和矿料拌和时，沥青便被矿料的高温灼焦、使沥青老化、路面强度不足，产生松散、坑槽等病害。
三、 裂缝的成因分析
1纵向裂缝
(1)通过分析由于宜州至忻城二级公路K24+240处地基处理不当，或路基压实度不够，造成路基沉降不均匀，这是产生纵向裂缝的重要原因。如旧路改造拓宽时，新旧路基、路面的搭接部位没有严格按照台阶式分层压实处理，以及下部基层比较软弱，或地基处理不彻底等。
(2)纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉陷。
(3)在路基填筑施工中，由于实际填筑的宽度不足，而后进行贴坡；或实际边坡坡度陡于设计坡度，使建成的路基边坡过陡，再加上路基边缘压实度不符合施工规范要求等，当边坡失稳时，路面也容易引起纵向裂缝。
(4)铺筑沥青面层采用分幅摊铺时，前后摊铺工作面相接处的冷接缝未按规范要求认真处理，或对接缝处碾压不密实。
2横向裂缝
(1) 通过分析宜州至忻城二级公路K24+255段出现的横向施工缝未处理好，接缝不密实，结合不良等。
(2)沥青质量低，沥青面层温度收缩或温度疲劳应力大于沥青混合料的抗拉强度，面层被拉裂，而路面纵向尺度远大于横向，即纵向约束大于横向，而使路面产生横向裂缝。
(3)半刚性基层收缩裂缝或在旧路面上加铺沥青面层时原有的裂缝产生的反射裂缝。
(4)土基和路面基层由于受温度变化，冬季冰冻产生的膨胀，导致路基和基层产生裂缝并反射到、沥青面层。
(5)桥梁、涵洞、通道等构造物两侧或横穿道路埋设管线的沟槽回填土下沉。
3 网状(或龟裂)裂缝
通过分析宜州至忻城二级公路K12+840段出现的网状(或龟裂)裂缝，网状(或龟裂)裂主要是由于路面的整体强度不足而引起的，其原因很多：(1)路面结构设计不合理，沥青层厚度或其基层强度不足，层问粘结差。(2)沥青与沥青结合料质量差，延度低，抗裂性能差；路面材料配合比不当或拌和不匀。(3)土层和基层局部压实度未达到规范要求，或基层材料局部松散不成板体，路面整体或基层失稳，使路面承载力下降，在车辆荷载作用下产生网裂。(4)路面结构中夹有软弱层和泥灰层，粒料层松动，水稳定性差。(5)沥青在施工期间以及在长期使用过程中的老化变脆。(6)路面出现纵向、横向裂缝后未及时封填，致使雨水渗入下层，加剧裂缝扩展。
4块状裂缝
(1)块状裂缝主要由面层材料的收缩和温度的周期性变化所致，与荷载的大小关系并不密切。
(2)配制的沥青混合料质量较差，如拌和时间过长、拌和温度过高或在储料仓内储存时间过长，使混合料中的沥青变硬，当温度下降产生拉应变时，则容易产生块状裂缝。
(3)当沥青路面上纵向裂缝出现后，在某些因素的影响下继续扩展，逐渐纵横裂缝交叉在一起，从而形成块状裂缝。
(4)同样的沥青混凝土面层，铺筑在不同的基层上，由于层问联结与摩擦系数不同，温缩裂缝的数量也不一样。如果基层材料中细粉含量过多，则会产生较大的温度收缩，也会使沥青面层跟随着出现块状裂缝。
(5)沥青混合料的矿料组成级配与裂缝也有一定关系，一般用油量偏低、矿粉含量高易产生裂缝。
四、对于以上病害路段裂缝的施工、预防和处理措施
1、 材料方面
(1)采用低温劲度小、延度大、温度敏感性差、含蜡最低的优质沥青，配制低温延伸性能好、应力松驰性能优良的沥青混合料，降低沥青混合料的低温劲度，提高沥青路面的低温抗裂性能。
(2)认真选择沥青面层的矿料级配和合理的沥青混合料配合比，在保证沥青混合料高温稳定性的前提下，尽量采用稠度较低的沥青和较多的沥青含量，保证沥青混合料性能优良。
2 、设计方面
(1)设计应从实际出发，对地形复杂地段做好地质调查工作，精心设计。要特别注意加固地基，防止因地基软弱而出现不均匀沉降，使用合格填料填筑路基，或对填料进行处理后再填筑路基，确保路基有足够的强度和稳定性，以保证路面具有稳定的基础。
(2)路面结构设计应做好交通调查和预测工作，使路面结构组合与总体强度满足设计使用年限内交通荷载的要求；选用合适的基层和底基层结构，并保证一定的厚度，有条件可将柔性基层与刚性、半刚性基层综合运用，充分发挥刚性、半刚性基层强度高、刚度大的优势，防止因裂缝反射，结构排水不良对路面产生危害；沥青面层一般应采用表面层、底面层和中间层三层结构，结构各层应满足最小施工厚度的要求，并保证上下层之间有良好的粘结。
(3)对拓宽路段的设计，使其基层厚度和材料与老路面保持一致或稍厚：土路基应密实、稳定，必要时，在路面搭界处各结构层间增加一定数量的土工格栅。在旧路面上加铺沥青面层时，也可在铣刨原路面后加设土工织物、玻纤网后再加铺，以延缓反射裂缝的形成。
(4)加强沥青路面的防水设计，在做好路表排水的同时，特别要做好路面结构排水。在沥青面层结构组合设计中，应将其中一层按密级配考虑，最后均采用密实型沥青混凝土，防止面层渗水；在干净基层表面设置一层沥青下封层，防止面层渗水滞留在基层表面，使基层表面软化。
(5)增大沥青面层的厚度或将沥青混凝土面层的最下层作成高抗疲劳层等对防止基层裂缝向上传递是非常有效的，对防止网状(或龟裂)裂缝病害的出现也很明显，是防止网状(或龟裂)裂缝的有效措施。
3、 裂缝的处理措施
沥青路面产生裂缝以后，应根据产生裂缝的原因，及时采取相应的方法进行治理。如果不能及时处理，在气象、荷载、水文等不利因素的影响下，这些裂缝会逐渐扩展，对道路产生更严重的损坏。根据长期的养护维修经验，可采用的方法有：灌油、填缝和塞缝、乳化沥青稀浆封层、沥青混合料罩面和现场沥青再生等。根据具体情况可按以下方法进行治理：
(1)在高温季节全部或大部分可以自行愈合的轻微裂缝，可以不处治。
(2)在高温季节不能愈合的轻微裂缝，可将有裂缝的路面清扫干净，并均匀喷洒0.3～0.6kg／m2的稀沥青或乳化沥青，再均匀撒上一层2～5mm的洁净石屑或粗砂，再用轻型压路机碾压后开放交通；或者直接沿裂缝涂刷少量稠度较低的沥青，最好涂刷乳化沥青。
(3)对缝宽在5mm以内的裂缝，可以用高压空气将缝内灰尘和杂物清除干净后，把预热好的稠度较低的沥青或乳化沥青灌入缝内约2／3缝的深度，随即撒一薄层石屑或粗砂扫匀并捣实，将溢出缝外的沥青、石屑或粗砂清除即可。
(4)对于缝宽在5mm以上的裂缝，可以将裂缝内的杂物和灰尘等清除干净(如缝边缘有松动部分也应一并清除干净)后，用预拌好的沥青砂或细粒式沥青混合料填入缝中并捣实。
(5)对于大面积的网状或块状裂缝，如果路基、基层强度尚好，可以选用的治理方法有：乳化沥青稀浆封层，其厚度宜为3～6mm；改性沥青薄层罩面：单层沥青表面处治；加铺沥青混合料上封层，或先铺一层土工合成材料后，再在其上加铺一层沥青混合料上封层。
(6)对于路基或基层水稳定性差、强度低而出现的严重裂缝，应采取补强设计，先治理好路基或基层，然后再按上述情况分别对沥青面层进行治理。
此外，还可以通过沥青再生技术对裂缝处的沥青进行再生处理，以修复沥青路面裂缝。
结 束 语
本人通过结合河池宜州至柳州忻城二级公路改建工程实践中总结了沥青路面裂缝病害原因及养护处治措施的施工工艺和质量控制，实践证明只要严格要求精心设计，控制好原材料的质量，以及混和料的组成设计、拌和、运输、摊铺、碾压、养生等环节，组织管理到位，就能够确保工程质量。
