高速公路瀝青路面病害處治
2010-01-29 00:00
摘要：根據(jù)濕熱地區(qū)高速公路建設和養(yǎng)護的實踐分析了高速公路瀝青路面各種病害的成因，提出了各種病害的處治方法，并對我國今后高速公路建設、設計、施工及管養(yǎng)等方面提出了一些建議。
瀝青路面因具有地質(zhì)條件適應性強、行車舒適、維護方便等優(yōu)點而被廣泛用于高速公路。在高速公路通車后，因行車荷載作用、外界環(huán)境影響以及設計、施工中存在的不足，瀝青路面會逐步出現(xiàn)多種路面病害，主要有裂縫（縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂）、變形（車轍、波浪或搓板、沉陷、隆起）、松散（磨光、松散、剝落、坑槽）及其它（泛油）四大類。高速公路一出現(xiàn)路面病害，就應及時分析病害成因，及時采取有效措施進行處治，否則不僅會降低道路的使用性能、影響行車的安全、舒適、快捷、暢通，而且會因處理不及時或措施不當導致道路結構性破壞。筆者根據(jù)近幾年的濕熱地區(qū)高速公路建設和養(yǎng)護的實踐，分析了高速公路瀝青路面各種病害的形成原因，提出了路面病害的處治方法，并對今后高速公路建設、設計、施工、管養(yǎng)等方面提出一些建議。
1路面病害成因分析
1.1縱向裂縫
縱向裂縫一般發(fā)生在距路堤邊緣3m～5m（行車道與緊急停車帶分界）處，且路堤下一般均存在暗埋式箱型通道或蓋板涵洞。也有一些發(fā)生在互通或服務區(qū)加減速車道與行車道的拼接處。裂縫形式有兩種，一種為對縱向直線形，裂縫兩端未延伸到路堤邊緣；另一種為縱向弧形，裂縫兩端延伸到路堤邊緣。后一種裂縫可能會引起路堤滑動，危險性更大?？v向裂縫形成的主要原因有以下幾方面。
1.1.1地基原因
有些縱向裂縫路段所處地基不屬軟土地基，但處于丘陵低洼、河谷處，長期受水沖蝕，天然含水量較高，在設計時未發(fā)現(xiàn)或未作特別處理，在施工時也未作等載或超載預壓，在高填土后，地基出現(xiàn)不均勻沉降，造成路面縱向開裂；有些河谷、水塘雖作了清淤處理，但處理不徹底或回填材料控制得不好，也會因不均勻沉降造成路面縱向開裂。
1.1.2路基施工原因
路基施工時天氣干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足，致使路基壓實不均勻；暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠；有些加減速車道與行車道拼接段不同步施工，且拼接處理不好導致路基沉降不均勻。
1.1.3滲水原因
中央分隔帶、路表、邊坡等滲水，使得局部路基受水浸泡后土體的С、Ф值降低，在動靜荷載的作用下，使得裂縫路段進一步產(chǎn)生小圓弧滑動趨勢；部分填料為弱膨脹土，施工中未予處理，在滲水后因含水量的變化，導致縱向裂縫進一步開展。
1.2橫向裂縫
目前，我國高速公路廣泛采用以二灰或二灰土等為底基層、二灰碎石為基層的半剛性瀝青路面。據(jù)調(diào)查，在半剛性基層路面的瀝青面層上產(chǎn)生橫向裂縫是極為普遍的，國內(nèi)外許多學者甚至認為半剛性瀝青路面產(chǎn)生橫向裂縫是不可避免的。橫向裂縫的形成主要有以下幾方面原因。
1.2. 1基層反射裂縫
一方面在基層成型過程中，因基層材料失水收縮而形成規(guī)則的橫向裂縫；另一方面基層材料因溫度驟降而發(fā)生低溫收縮開裂。這兩種收縮變形使瀝青面層底面承受拉力，當拉力超過瀝青面層的抗拉強度時就使瀝青面層底部拉裂，并隨著溫濕的循環(huán)變化及行車荷載的反復作用而導致瀝青面層底面裂縫沿豎向向上擴展到路表，從而形成瀝青路面橫向裂縫。從現(xiàn)場取樣看，面層裂縫與基層裂縫上下貫通，且下寬上窄。
1.2.2瀝青混凝土的溫縮裂縫
因瀝青是一種對溫度變化比較敏感的粘彈性材料，溫度下降時，瀝青混合料逐漸變硬變脆，并發(fā)生收縮變形。當收縮拉應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時，瀝青路面表面就會被拉裂，并逐步向下發(fā)展，形成上寬下窄的橫向裂縫。由于大多數(shù)的高速公路上面層采用進口優(yōu)質(zhì)瀝青或改性瀝青，瀝青混合料的自身低溫抗裂性能較好，故此種橫向裂縫相對較少。
1.2.3差異沉降引起橫向裂縫
在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理方法變化處或構造物臺背與路段交接處，因地基或路基與構造物質(zhì)差異沉降導致基層的開裂，并反射到瀝青面層，形成橫向裂縫。這種橫向裂縫類似于基層反射裂縫，但往往為路面橫向全幅貫通，這種橫向裂縫在軟基分布比較廣泛及構造物眾多的水網(wǎng)地區(qū)的高速公路上有一定比例。
1.3網(wǎng)裂 沉陷 坑槽
在高速公路行車道上（特別是在車輪輪跡處）常能發(fā)生路面網(wǎng)裂、沉陷及坑槽病害，且在網(wǎng)裂、沉陷處常伴有唧漿現(xiàn)象。如網(wǎng)裂、沉陷不及時處理，在雨后極易形成坑槽。瀝青路面網(wǎng)裂、沉陷、坑槽的形成主要有以下幾方面原因。
1.3.1基本施工質(zhì)量差
由于二灰碎石半剛性基層的整體強度與材料、拌和、攤鋪、養(yǎng)生等多種因素密切相關，任何一個環(huán)節(jié)出問題均可導致其不能形成均勻堅固的板體結構，從而因半剛性基層局部強度不足而引起瀝青面層開裂，雨水從裂縫浸入，并滲入到基層表面，使基層表面被泡軟，在汽車荷載反復作用下，粉漿通過面層裂縫及空隙被壓到表面產(chǎn)生唧漿，基層表面被逐步淘空，使瀝青路面面層產(chǎn)生網(wǎng)裂、沉陷，并進而形成坑槽；也有是因在基層施工中，為保證基層的壓實度，對于基層設計厚度較厚（＞20cm）時，必須分層施工，在目前的所用基層材料條件下，就不可避免地出現(xiàn)層間結合薄弱環(huán)節(jié)，上下基層之間因不連續(xù)而出現(xiàn)層狀結構，這就改變了基層結構受力狀況。力學計算表明，在上下基層分層的情況下，雖然下基層的彎拉應力（變）均有不同程度下降，但上基層彎拉應力（變）有較大增幅，上下基層的彎拉應力（變）在數(shù)值上相差的一個數(shù)量級，從而導致上基層因應力、應變過大而破壞。特別是當上下基層施工厚度分配不合理時，這種上基層破壞更是明顯。計算還表明，面層頂面的彎沉和底面的彎拉應力（變）隨著層間結合條件的變化及基層的分層而迅速增大，彎沉增幅達70%，應力增幅超過100%，應變增幅達70%～100%，最終導致路面面層破壞。如滬寧高速公路k61～k65路段，基層厚度為33cm，分兩層鋪筑成型，上基層僅12cm左右，在動荷載的反復作用下，該段出現(xiàn)多處破碎，造成路面多處坑塘，且唧漿嚴重。
1.3. 2瀝青路面空隙率過大
由于瀝青混合料生產(chǎn)的變異性大、攤鋪過程中瀝青混合料局部離析和路面壓實不夠等多種原因造成瀝青路面空隙率過大，使雨水極易浸入，滯留在路面面層中。尤其是連續(xù)雨天時路面面層將長時間處于飽水狀態(tài)，給路面造成嚴重水損壞。在低溫時水易結冰，經(jīng)多次凍融循環(huán)作用后，瀝青混合料酥松，使路面出現(xiàn)坑槽等破壞；在高溫時，在高速行駛的車輛荷載反復作用下，滲水成為瞬間有壓水，在有壓水的長期浸泡和沖刷下，瀝青與石料的粘附力逐漸下降，包裹在石料表面的瀝青膜被剝落，使混合料松散，并逐步形成坑槽。如滬寧高速公路部分病害路段，上面層在施工時按規(guī)范以馬歇爾試驗密度作為標準密度得出的壓實度是合格的，但在通車后檢測時以理論密度作為標準密度得出的壓實度僅為90%～92%，路面空隙率偏大，極易滲水。計算和實測表明，對4cm厚瀝青混凝土面層，在孔隙水飽和的情況下，瀝青面層的滲水約需7d才可滲透排出路面，或在常溫天氣下需6d才可蒸發(fā)完。因此，滲水將較長時間滯留在路面面層中，造成路面破壞。
1.3.3瀝青與石料粘結性差
規(guī)范要求高速公路瀝青路面瀝青與石料的粘結力不小于4級，有的路段在試驗時粘結力是符合要求的，但在瀝青混合料生產(chǎn)時，因石料的差異性或瀝青用量偏小，使得瀝青與石料的粘結力不足，使混合料逐步松散，進而形成坑槽。[Page]
1.3.4車輛油漬污染
因車輛維修或翻車等原因，汽車用油滲透入路面空隙，使瀝青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。這種原因形成的杭槽往往較深，有的甚至達到整個瀝青面層厚度。據(jù)調(diào)查，在超載現(xiàn)象比較嚴重的高速公路上，往往油污是造成路面坑槽破壞的重要原因。
1.3.5汽車超載的影響
目前汽車超載現(xiàn)象非常突出，由于汽車超載，軸載換算系數(shù)明顯增加。有關資料表明：超載30%時，換算系數(shù)為滿載的3.131倍，超載60%時為滿載的7.725倍，超載100% 時為滿載的20.393倍，使得累計標準軸次大大增加，使路面結構使用壽命明顯縮短；同時，在重載作用下，路表彎沉及結構層應力顯著增加。資料表明：重載（130KN）作用下的路面結構理論彎沉值與基層及底基層層底拉應力均比標準軸載（100KN）作用下增大約30%。因此，汽車超載是造成路面破壞尤其是路面結構早期破壞的重要原因之一。
有些高速公路的橋梁瀝青混凝土鋪裝層也會出現(xiàn)坑槽病害，主要是因為橋面泄水孔開口朝上，雖表面水能流入泄水孔而排出橋面，但橋面滲水無法進入泄水孔，也沒有排水出路，橋面滲水長期滯留在橋梁水泥混凝土整平層與瀝青混凝土鋪裝層間。如水泥混凝土整平層施工質(zhì)量不好，長期浸水后極易成為軟弱夾層，從而導致瀝青混凝土鋪裝層破壞。這種破壞易發(fā)生在連續(xù)箱梁的頂面負彎矩區(qū)所對應的橋面鋪裝層處。
1.4車轍 推移
隨著行車荷載作用次數(shù)的增加，高速公路路面會出現(xiàn)不同程度的車轍、推移病害，這種路面病害會導致平整度下降，并影響高速行車的舒適性，嚴重的病害甚至會影響行車安全。車轍、推移形成的主要原因如下。
1.4.1行車荷載的影響
車輛按規(guī)定正常在行車道行駛，使得高速公路的交通渠化現(xiàn)象非常突出，隨著車輛載荷作用次數(shù)增加，行車道車輛輪跡處進一步壓實并逐漸形成不同程度的轍槽；重車普遍超載，使得軸載對路面的作用力增大，并導致當量標準軸載作用次數(shù)大大增加，加速了車轍、推移形成；在服務區(qū)等匝道進口處，因車速變化頻繁，車輛慢行，經(jīng)常剎車與啟動，導致對路面作用時間過長，且對路面的水平剪切作用增大，也易形成車轍槽和推移。
1.4.2基層施工質(zhì)量差
因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養(yǎng)生不當導致基層整體強度不足，使得路表變形過大而形成轍槽和推移。
1.4.3 瀝青面層高溫穩(wěn)定性差
由于瀝青混合料是一種彈塑性材料，如瀝青、礦料的選材不當或混合料組成不當均會導致瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性差、抗塑性變形能力低，在車輛的反復碾壓下路表變形過大，并使得面層混合料產(chǎn)生橫向流動而形成轍槽和推移。
1.5泛油
有些高速公路瀝青路面存在泛油病害，使得路面抗滑性能降低，影響高速行車安全。形成泛油的主要原因如下。
1.5.1混合料組成設計不當
因混合料中瀝青用量過多或空隙率過小，在車輛荷載反復碾壓下，多余瀝青由下部泛到路表形成泛油病害。
1.5.2混合料拌和控制不嚴
在瀝青混合料拌和時礦粉等細料含量較難準確控制，如細料含量過少，混合料比表面積較小，則瀝青用量相對較多，也易泛油。
1.5.3粘層油用量不當
在施工瀝青面層前往往需在基層頂面噴灑粘層油或做瀝青封層（特別是在基層完工與瀝青面層施工間隔較長的情況下），由于施工工藝掌握不好，粘層油用量不當或噴灑不均勻而導致面層局部泛油。
1.5.4施工質(zhì)量較差
因攤鋪時混合料產(chǎn)生離析，局部細料過分集中，也易泛油。
1.5.5水損壞
雨水滲入使下層瀝青與石料剝離，在動水作用下，瀝青膜剝落、上浮引起表層泛油。[Page]
?。?nbsp;路面病害處治方法
2.1 路面坑槽
高速公路的路面坑槽應在不中斷交通的情況下快速修補好，這需要先進的路面綜合修補設備作保證。目前路面坑槽的修補方法根據(jù)使用的(中國瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com)路面綜合修補設備分為兩種，一種為冷補法（如美國Ｈ.D.公司生產(chǎn)的PRO-PATCH TCM 415-160型瀝青路面綜合修補設備）。一種為熱補法（如美國熱能公司生產(chǎn)的“修路王”瀝青路面綜合修補設備）。這兩種修補方法現(xiàn)已廣泛應用于高速公路瀝青路面坑槽修補中，但各有優(yōu)缺點。冷補法可適用于不同深度的坑槽修補，但坑槽修補后存在明顯的接縫，如處理不好易滲水，使接縫處出現(xiàn)唧漿，造成新的破壞，修補所需時間較長，雨天及寒冷季節(jié)施工質(zhì)量不能保證；熱補法可基本適于全天候修補坑槽，坑槽修補后無接縫，修補所需時間短，廢料可以重新利用，但對于較深的坑槽修補效果不易保證；
2.1.1冷補法
?。?） 測定坑槽的深度，劃出切槽修補的范圍，力求使槽口縱橫邊線與路面標線平行或垂直。
（2） 采用液壓風鎬切槽，槽壁要垂直，并開鑿到穩(wěn)定部分，用高壓風槍將槽底、槽壁的廢料及粉塵清除干凈。
?。?） 用烘燈（烘槍）烘干槽底、槽壁，并在其表面均勻噴灑一薄層粘層油。
?。?）將路面綜合修補車保溫槽中的熱料填補至坑槽中（視坑槽深度決定是否分層填補，一般深度大于6cm宜按雙層填補），合理控制虛鋪厚度（新填補部分應不低于原路面，可按松鋪系數(shù)1.2控制），并用隨車配備的振動壓路機將填補部分壓實平整（先壓四邊，并逐步向中間碾壓）。
2.1.2熱補法
?。?）根據(jù)路面坑槽修補范圍，確定熱輻射加熱板加熱區(qū)域。
?。?）將加熱板調(diào)整到合適的位置（離路表面15cm～20cm），加熱待修補的區(qū)域3min~5min,使被修補區(qū)域路面軟化。
（3）用熱鐵耙將加熱區(qū)域的路面耙松（由四周向中間方向耙松，并盡可能將被加熱區(qū)域四邊耙成與路面標線平行或垂直）。
?。?）向耙松的混合料噴灑乳化瀝青，使舊瀝青混合料現(xiàn)場熱再生。
?。?）從路面綜合修補車的熱料倉中輸出新的熱料至修補處。
?。?）攪拌、攤平混合料，并用隨車振動壓路機由四周向中間碾壓密實平整。
對于已發(fā)生唧漿的地方，修補的方法同路面坑槽修補方法，但應將松軟的基層挖掉，將坑槽烘干，并采用與基層材料相同的材料或直接采用瀝青混合料先將坑槽填補至基層頂面標高，然后再按路面坑槽修補方法修補。
2.2路面沉陷及變形
路面沉陷及變形的發(fā)展是一個漸變的過程，路面沉陷及變形積累到一定量時對行車的平整舒適有明顯的影響，此時，無論沉陷及變形是否穩(wěn)定都必須進行處治。因此，應加強觀測，以確定沉陷及變形處治的合理時間。據(jù)現(xiàn)場觀測，當車輛以100km/h速度行駛通過縱向10m范圍內(nèi)沉降量大于3cm的段落時，將有明顯的跳車感覺。因此，以此指標為原則確定是否處治，處治的方法主要為銑刨沉降段路面，進行重新攤鋪。
2.2.1測定標高 確定銑刨范圍
沉降使得路面縱、橫坡都發(fā)生了變化，可通過測量中央分隔帶與超車道、超車道與行車道、行車道與緊急停車帶的分界標線及緊急停車帶外側邊緣線4條縱線的標高變化圖，以4條縱線的標高變化圖穩(wěn)定處作為維修的起、終點。為便于攤鋪機作業(yè)，最小維修長度不小于30m。
2.2.2銑刨原路面
沉降段按單幅全斷面進行銑刨，可以超車道與行車道分界標線右邊緣為界分兩次施工，先施工行車道及緊急停車帶，后施工超車道，以保證不中斷交通。銑刨后應切縫清理路床，以保證接口平順。
2.2.3噴灑粘層油
2.2.4掛線調(diào)標高 攤鋪機攤鋪瀝青混合料
對于重鋪路面標高與原路面標高差在3cm 以內(nèi)的，可以全部銑刨原瀝青路面上面層，一次攤鋪成型于標高差超過3cm的，在銑刨原瀝青上面層后，分兩次攤鋪、兩次調(diào)平，在保證上面層厚度的前提下，先用上面層材料找平中間層，然后再攤鋪上面層。
2.2.5碾壓成型
對于基層和土基結構破壞而引起的沉陷，必須先將基層和土基處治好，然后才可修復面層。[Page]
2.3路面裂縫
2.3.1對于由基層開裂引起的反射裂縫及由瀝青混凝土溫縮等引起的橫向裂縫，如縫寬較小可不予處理；如寬度達3mm以上，可將縫隙刷掃干凈，并用壓縮空氣吹凈塵土后，采用熱瀝青或乳化瀝青灌縫撒料法封堵；如縫寬在5mm以上，可將縫口雜物清除，或沿裂縫開槽后用壓縮空氣吹凈，采用砂粒式或細粒式熱拌瀝青混合料填充搗實，并用烙鐵封口。
2.3.2對于由地基沉降引起的橫向裂縫，如出現(xiàn)錯臺、啃邊、裂縫寬度大于5mm以上的，則需沿橫縫兩側各50cm~100cm范圍開槽，挖除上面層，按第2.3.1方法先將裂縫填實，然后沿橫縫加鋪玻璃格柵，重新攤鋪上面層。
2.3.3對于縫寬小于5mm的縱向裂縫，可按2.3.1方法處治。對于縱縫進一步發(fā)展，出現(xiàn)啃邊、錯臺且裂縫寬大于5mm，則需銑刨上面層（如縱縫為直線型可僅銑刨行車道或緊急停車帶，如縱縫為圓弧型需銑刨行車道及緊急停車帶）和中面層（銑刨寬度為裂縫兩側各1m），并對裂縫按2.3.1先行填實，沿縱縫鋪設玻璃格柵，攤鋪中面層，然后在中面層上沿縱向每隔5m設寬為1.2m的玻璃格柵，最后再攤鋪上面層。
2.3.4對于尚未穩(wěn)定的縱向裂縫，除按2.3.3處治外，應根據(jù)裂縫成因，采取排水、邊坡加固等配套措施，以加快裂縫的穩(wěn)定。
2.4路面車轍 推移
2.4.1對于連續(xù)長度不超過30m、轍槽深度小于8mm、行車有小擺動感覺的，可通過對路面烘烤、耙松、添加適當新料后壓實即可。
2.4.2對于連續(xù)長度超過30m、轍槽深度大于8mm、行車擺動運且跳動感明顯的，應采取銑刨路面上面層或中上面層、重新攤鋪面層的方法，可參見路面變形和沉陷處治方法。
2.4.3對于車轍深度大于2cm、行車嚴重顛簸的，應采取銑刨中上面層或全部面層、重新攤鋪面層的方法，可參見路面變形和沉陷處治方法。
2.4.4對于因基層施工質(zhì)量差引起的車轍、推移，在重新攤鋪面層前應先行處理好軟弱基層。
2.5泛油
2.5.1對于路表輕微泛油，表面石子仍外露的路段，可不作處理。
2.5.2對于因局部施工質(zhì)量差引起水損壞且出現(xiàn)坑槽等破壞的，宜按坑槽修補方法處治。
2.5.3對于大段泛油嚴重，摩擦系數(shù)降低較多，影響行車安全的，可采用碎石壓入法處治或銑刨原路面重新攤鋪面層。
3幾點建議
3.1應根據(jù)工程實際情況進行科學決策，確定合理工期，防止盲目趕工。同時，應加強設計、施工、監(jiān)理的協(xié)調(diào)和管理，保證各環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量。
3.2應注重路面結構性能研究，特別是對于多雨濕熱地區(qū)水損壞應高度重視。在結構組合上應增強結構排水，可在基層頂面增設防水層（下封層不易做好），有條件的可在下面層及半剛性基層間增設瀝青處治碎石排水基層。同時，在土路肩做好配套的縱、橫向排水設施。這樣，既可將由路表滲入的雨水及時排出路面，又可防止雨水進一步下滲而沖刷半剛性路面基層。對表面層可摻加適量的瀝青抗剝落劑，以加大瀝青與骨料的粘結力，提高上面層的水穩(wěn)性。
3.3應加強施工的各個環(huán)節(jié)控制，以保證高速公路整體質(zhì)量。對于路面面層施工，應控制好儲料、拌和、運輸、碾壓、檢驗等各環(huán)節(jié)，盡可能降低混合料組成的變異性和不均勻性，加強碾壓，杜絕因片面追求平整度指標而降低路面壓實度的做法。
3.4現(xiàn)行規(guī)范采用馬歇爾試驗方法控制瀝青混合料的生產(chǎn)存在一些問題，特別是不能有效地控制路面的水損壞。用馬歇爾試驗密度作為標準密度來控制路面壓實度亦不可靠，容易作假，造成實際空隙率偏大。應逐步推廣以理論密度作為標準密度來控制路面壓實度。應加強研究，尋求符合路面生產(chǎn)和使用實際情況、簡單易行、可靠的新的試驗檢驗方法，以保證瀝青路面的質(zhì)量。
3.5應注重高速公路管理及養(yǎng)護，采取積極有效措施，嚴格控制超載車輛上路，以減少超載車輛對路面的破壞。認真貫徹“預防為主、防治結合”的方針，加強科學研究，建立路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)，對路況進行跟蹤觀測，及時采取預防措施，消除隱患，發(fā)現(xiàn)問題，應及時處治，以免進一步釀成大的病害。同時，應加強對路面病害處治方法的研究，以不斷提高路面養(yǎng)護質(zhì)量。
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瀝青路面因具有地質(zhì)條件適應性強、行車舒適、維護方便等優(yōu)點而被廣泛用于高速公路。在高速公路通車后，因行車荷載作用、外界環(huán)境影響以及設計、施工中存在的不足，瀝青路面會逐步出現(xiàn)多種路面病害，主要有裂縫（縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂）、變形（車轍、波浪或搓板、沉陷、隆起）、松散（磨光、松散、剝落、坑槽）及其它（泛油）四大類。高速公路一出現(xiàn)路面病害，就應及時分析病害成因，及時采取有效措施進行處治，否則不僅會降低道路的使用性能、影響行車的安全、舒適、快捷、暢通，而且會因處理不及時或措施不當導致道路結構性破壞。筆者根據(jù)近幾年的濕熱地區(qū)高速公路建設和養(yǎng)護的實踐，分析了高速公路瀝青路面各種病害的形成原因，提出了路面病害的處治方法，并對今后高速公路建設、設計、施工、管養(yǎng)等方面提出一些建議。
1路面病害成因分析
1.1縱向裂縫
縱向裂縫一般發(fā)生在距路堤邊緣3m～5m（行車道與緊急停車帶分界）處，且路堤下一般均存在暗埋式箱型通道或蓋板涵洞。也有一些發(fā)生在互通或服務區(qū)加減速車道與行車道的拼接處。裂縫形式有兩種，一種為對縱向直線形，裂縫兩端未延伸到路堤邊緣；另一種為縱向弧形，裂縫兩端延伸到路堤邊緣。后一種裂縫可能會引起路堤滑動，危險性更大?？v向裂縫形成的主要原因有以下幾方面。
1.1.1地基原因
有些縱向裂縫路段所處地基不屬軟土地基，但處于丘陵低洼、河谷處，長期受水沖蝕，天然含水量較高，在設計時未發(fā)現(xiàn)或未作特別處理，在施工時也未作等載或超載預壓，在高填土后，地基出現(xiàn)不均勻沉降，造成路面縱向開裂；有些河谷、水塘雖作了清淤處理，但處理不徹底或回填材料控制得不好，也會因不均勻沉降造成路面縱向開裂。
1.1.2路基施工原因
路基施工時天氣干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足，致使路基壓實不均勻；暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠；有些加減速車道與行車道拼接段不同步施工，且拼接處理不好導致路基沉降不均勻。
1.1.3滲水原因
中央分隔帶、路表、邊坡等滲水，使得局部路基受水浸泡后土體的С、Ф值降低，在動靜荷載的作用下，使得裂縫路段進一步產(chǎn)生小圓弧滑動趨勢；部分填料為弱膨脹土，施工中未予處理，在滲水后因含水量的變化，導致縱向裂縫進一步開展。
1.2橫向裂縫
目前，我國高速公路廣泛采用以二灰或二灰土等為底基層、二灰碎石為基層的半剛性瀝青路面。據(jù)調(diào)查，在半剛性基層路面的瀝青面層上產(chǎn)生橫向裂縫是極為普遍的，國內(nèi)外許多學者甚至認為半剛性瀝青路面產(chǎn)生橫向裂縫是不可避免的。橫向裂縫的形成主要有以下幾方面原因。
1.2. 1基層反射裂縫
一方面在基層成型過程中，因基層材料失水收縮而形成規(guī)則的橫向裂縫；另一方面基層材料因溫度驟降而發(fā)生低溫收縮開裂。這兩種收縮變形使瀝青面層底面承受拉力，當拉力超過瀝青面層的抗拉強度時就使瀝青面層底部拉裂，并隨著溫濕的循環(huán)變化及行車荷載的反復作用而導致瀝青面層底面裂縫沿豎向向上擴展到路表，從而形成瀝青路面橫向裂縫。從現(xiàn)場取樣看，面層裂縫與基層裂縫上下貫通，且下寬上窄。
1.2.2瀝青混凝土的溫縮裂縫
因瀝青是一種對溫度變化比較敏感的粘彈性材料，溫度下降時，瀝青混合料逐漸變硬變脆，并發(fā)生收縮變形。當收縮拉應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時，瀝青路面表面就會被拉裂，并逐步向下發(fā)展，形成上寬下窄的橫向裂縫。由于大多數(shù)的高速公路上面層采用進口優(yōu)質(zhì)瀝青或改性瀝青，瀝青混合料的自身低溫抗裂性能較好，故此種橫向裂縫相對較少。
1.2.3差異沉降引起橫向裂縫
在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理方法變化處或構造物臺背與路段交接處，因地基或路基與構造物質(zhì)差異沉降導致基層的開裂，并反射到瀝青面層，形成橫向裂縫。這種橫向裂縫類似于基層反射裂縫，但往往為路面橫向全幅貫通，這種橫向裂縫在軟基分布比較廣泛及構造物眾多的水網(wǎng)地區(qū)的高速公路上有一定比例。
1.3網(wǎng)裂 沉陷 坑槽
在高速公路行車道上（特別是在車輪輪跡處）常能發(fā)生路面網(wǎng)裂、沉陷及坑槽病害，且在網(wǎng)裂、沉陷處常伴有唧漿現(xiàn)象。如網(wǎng)裂、沉陷不及時處理，在雨后極易形成坑槽。瀝青路面網(wǎng)裂、沉陷、坑槽的形成主要有以下幾方面原因。
1.3.1基本施工質(zhì)量差
由于二灰碎石半剛性基層的整體強度與材料、拌和、攤鋪、養(yǎng)生等多種因素密切相關，任何一個環(huán)節(jié)出問題均可導致其不能形成均勻堅固的板體結構，從而因半剛性基層局部強度不足而引起瀝青面層開裂，雨水從裂縫浸入，并滲入到基層表面，使基層表面被泡軟，在汽車荷載反復作用下，粉漿通過面層裂縫及空隙被壓到表面產(chǎn)生唧漿，基層表面被逐步淘空，使瀝青路面面層產(chǎn)生網(wǎng)裂、沉陷，并進而形成坑槽；也有是因在基層施工中，為保證基層的壓實度，對于基層設計厚度較厚（＞20cm）時，必須分層施工，在目前的所用基層材料條件下，就不可避免地出現(xiàn)層間結合薄弱環(huán)節(jié)，上下基層之間因不連續(xù)而出現(xiàn)層狀結構，這就改變了基層結構受力狀況。力學計算表明，在上下基層分層的情況下，雖然下基層的彎拉應力（變）均有不同程度下降，但上基層彎拉應力（變）有較大增幅，上下基層的彎拉應力（變）在數(shù)值上相差的一個數(shù)量級，從而導致上基層因應力、應變過大而破壞。特別是當上下基層施工厚度分配不合理時，這種上基層破壞更是明顯。計算還表明，面層頂面的彎沉和底面的彎拉應力（變）隨著層間結合條件的變化及基層的分層而迅速增大，彎沉增幅達70%，應力增幅超過100%，應變增幅達70%～100%，最終導致路面面層破壞。如滬寧高速公路k61～k65路段，基層厚度為33cm，分兩層鋪筑成型，上基層僅12cm左右，在動荷載的反復作用下，該段出現(xiàn)多處破碎，造成路面多處坑塘，且唧漿嚴重。
1.3. 2瀝青路面空隙率過大
由于瀝青混合料生產(chǎn)的變異性大、攤鋪過程中瀝青混合料局部離析和路面壓實不夠等多種原因造成瀝青路面空隙率過大，使雨水極易浸入，滯留在路面面層中。尤其是連續(xù)雨天時路面面層將長時間處于飽水狀態(tài)，給路面造成嚴重水損壞。在低溫時水易結冰，經(jīng)多次凍融循環(huán)作用后，瀝青混合料酥松，使路面出現(xiàn)坑槽等破壞；在高溫時，在高速行駛的車輛荷載反復作用下，滲水成為瞬間有壓水，在有壓水的長期浸泡和沖刷下，瀝青與石料的粘附力逐漸下降，包裹在石料表面的瀝青膜被剝落，使混合料松散，并逐步形成坑槽。如滬寧高速公路部分病害路段，上面層在施工時按規(guī)范以馬歇爾試驗密度作為標準密度得出的壓實度是合格的，但在通車后檢測時以理論密度作為標準密度得出的壓實度僅為90%～92%，路面空隙率偏大，極易滲水。計算和實測表明，對4cm厚瀝青混凝土面層，在孔隙水飽和的情況下，瀝青面層的滲水約需7d才可滲透排出路面，或在常溫天氣下需6d才可蒸發(fā)完。因此，滲水將較長時間滯留在路面面層中，造成路面破壞。
1.3.3瀝青與石料粘結性差
規(guī)范要求高速公路瀝青路面瀝青與石料的粘結力不小于4級，有的路段在試驗時粘結力是符合要求的，但在瀝青混合料生產(chǎn)時，因石料的差異性或瀝青用量偏小，使得瀝青與石料的粘結力不足，使混合料逐步松散，進而形成坑槽。[Page]
1.3.4車輛油漬污染
因車輛維修或翻車等原因，汽車用油滲透入路面空隙，使瀝青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。這種原因形成的杭槽往往較深，有的甚至達到整個瀝青面層厚度。據(jù)調(diào)查，在超載現(xiàn)象比較嚴重的高速公路上，往往油污是造成路面坑槽破壞的重要原因。
1.3.5汽車超載的影響
目前汽車超載現(xiàn)象非常突出，由于汽車超載，軸載換算系數(shù)明顯增加。有關資料表明：超載30%時，換算系數(shù)為滿載的3.131倍，超載60%時為滿載的7.725倍，超載100% 時為滿載的20.393倍，使得累計標準軸次大大增加，使路面結構使用壽命明顯縮短；同時，在重載作用下，路表彎沉及結構層應力顯著增加。資料表明：重載（130KN）作用下的路面結構理論彎沉值與基層及底基層層底拉應力均比標準軸載（100KN）作用下增大約30%。因此，汽車超載是造成路面破壞尤其是路面結構早期破壞的重要原因之一。
有些高速公路的橋梁瀝青混凝土鋪裝層也會出現(xiàn)坑槽病害，主要是因為橋面泄水孔開口朝上，雖表面水能流入泄水孔而排出橋面，但橋面滲水無法進入泄水孔，也沒有排水出路，橋面滲水長期滯留在橋梁水泥混凝土整平層與瀝青混凝土鋪裝層間。如水泥混凝土整平層施工質(zhì)量不好，長期浸水后極易成為軟弱夾層，從而導致瀝青混凝土鋪裝層破壞。這種破壞易發(fā)生在連續(xù)箱梁的頂面負彎矩區(qū)所對應的橋面鋪裝層處。
1.4車轍 推移
隨著行車荷載作用次數(shù)的增加，高速公路路面會出現(xiàn)不同程度的車轍、推移病害，這種路面病害會導致平整度下降，并影響高速行車的舒適性，嚴重的病害甚至會影響行車安全。車轍、推移形成的主要原因如下。
1.4.1行車荷載的影響
車輛按規(guī)定正常在行車道行駛，使得高速公路的交通渠化現(xiàn)象非常突出，隨著車輛載荷作用次數(shù)增加，行車道車輛輪跡處進一步壓實并逐漸形成不同程度的轍槽；重車普遍超載，使得軸載對路面的作用力增大，并導致當量標準軸載作用次數(shù)大大增加，加速了車轍、推移形成；在服務區(qū)等匝道進口處，因車速變化頻繁，車輛慢行，經(jīng)常剎車與啟動，導致對路面作用時間過長，且對路面的水平剪切作用增大，也易形成車轍槽和推移。
1.4.2基層施工質(zhì)量差
因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養(yǎng)生不當導致基層整體強度不足，使得路表變形過大而形成轍槽和推移。
1.4.3 瀝青面層高溫穩(wěn)定性差
由于瀝青混合料是一種彈塑性材料，如瀝青、礦料的選材不當或混合料組成不當均會導致瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性差、抗塑性變形能力低，在車輛的反復碾壓下路表變形過大，并使得面層混合料產(chǎn)生橫向流動而形成轍槽和推移。
1.5泛油
有些高速公路瀝青路面存在泛油病害，使得路面抗滑性能降低，影響高速行車安全。形成泛油的主要原因如下。
1.5.1混合料組成設計不當
因混合料中瀝青用量過多或空隙率過小，在車輛荷載反復碾壓下，多余瀝青由下部泛到路表形成泛油病害。
1.5.2混合料拌和控制不嚴
在瀝青混合料拌和時礦粉等細料含量較難準確控制，如細料含量過少，混合料比表面積較小，則瀝青用量相對較多，也易泛油。
1.5.3粘層油用量不當
在施工瀝青面層前往往需在基層頂面噴灑粘層油或做瀝青封層（特別是在基層完工與瀝青面層施工間隔較長的情況下），由于施工工藝掌握不好，粘層油用量不當或噴灑不均勻而導致面層局部泛油。
1.5.4施工質(zhì)量較差
因攤鋪時混合料產(chǎn)生離析，局部細料過分集中，也易泛油。
1.5.5水損壞
雨水滲入使下層瀝青與石料剝離，在動水作用下，瀝青膜剝落、上浮引起表層泛油。[Page]
?。?nbsp;路面病害處治方法
2.1 路面坑槽
高速公路的路面坑槽應在不中斷交通的情況下快速修補好，這需要先進的路面綜合修補設備作保證。目前路面坑槽的修補方法根據(jù)使用的(中國瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com)路面綜合修補設備分為兩種，一種為冷補法（如美國Ｈ.D.公司生產(chǎn)的PRO-PATCH TCM 415-160型瀝青路面綜合修補設備）。一種為熱補法（如美國熱能公司生產(chǎn)的“修路王”瀝青路面綜合修補設備）。這兩種修補方法現(xiàn)已廣泛應用于高速公路瀝青路面坑槽修補中，但各有優(yōu)缺點。冷補法可適用于不同深度的坑槽修補，但坑槽修補后存在明顯的接縫，如處理不好易滲水，使接縫處出現(xiàn)唧漿，造成新的破壞，修補所需時間較長，雨天及寒冷季節(jié)施工質(zhì)量不能保證；熱補法可基本適于全天候修補坑槽，坑槽修補后無接縫，修補所需時間短，廢料可以重新利用，但對于較深的坑槽修補效果不易保證；
2.1.1冷補法
?。?） 測定坑槽的深度，劃出切槽修補的范圍，力求使槽口縱橫邊線與路面標線平行或垂直。
（2） 采用液壓風鎬切槽，槽壁要垂直，并開鑿到穩(wěn)定部分，用高壓風槍將槽底、槽壁的廢料及粉塵清除干凈。
?。?） 用烘燈（烘槍）烘干槽底、槽壁，并在其表面均勻噴灑一薄層粘層油。
?。?）將路面綜合修補車保溫槽中的熱料填補至坑槽中（視坑槽深度決定是否分層填補，一般深度大于6cm宜按雙層填補），合理控制虛鋪厚度（新填補部分應不低于原路面，可按松鋪系數(shù)1.2控制），并用隨車配備的振動壓路機將填補部分壓實平整（先壓四邊，并逐步向中間碾壓）。
2.1.2熱補法
?。?）根據(jù)路面坑槽修補范圍，確定熱輻射加熱板加熱區(qū)域。
?。?）將加熱板調(diào)整到合適的位置（離路表面15cm～20cm），加熱待修補的區(qū)域3min~5min,使被修補區(qū)域路面軟化。
（3）用熱鐵耙將加熱區(qū)域的路面耙松（由四周向中間方向耙松，并盡可能將被加熱區(qū)域四邊耙成與路面標線平行或垂直）。
?。?）向耙松的混合料噴灑乳化瀝青，使舊瀝青混合料現(xiàn)場熱再生。
?。?）從路面綜合修補車的熱料倉中輸出新的熱料至修補處。
?。?）攪拌、攤平混合料，并用隨車振動壓路機由四周向中間碾壓密實平整。
對于已發(fā)生唧漿的地方，修補的方法同路面坑槽修補方法，但應將松軟的基層挖掉，將坑槽烘干，并采用與基層材料相同的材料或直接采用瀝青混合料先將坑槽填補至基層頂面標高，然后再按路面坑槽修補方法修補。
2.2路面沉陷及變形
路面沉陷及變形的發(fā)展是一個漸變的過程，路面沉陷及變形積累到一定量時對行車的平整舒適有明顯的影響，此時，無論沉陷及變形是否穩(wěn)定都必須進行處治。因此，應加強觀測，以確定沉陷及變形處治的合理時間。據(jù)現(xiàn)場觀測，當車輛以100km/h速度行駛通過縱向10m范圍內(nèi)沉降量大于3cm的段落時，將有明顯的跳車感覺。因此，以此指標為原則確定是否處治，處治的方法主要為銑刨沉降段路面，進行重新攤鋪。
2.2.1測定標高 確定銑刨范圍
沉降使得路面縱、橫坡都發(fā)生了變化，可通過測量中央分隔帶與超車道、超車道與行車道、行車道與緊急停車帶的分界標線及緊急停車帶外側邊緣線4條縱線的標高變化圖，以4條縱線的標高變化圖穩(wěn)定處作為維修的起、終點。為便于攤鋪機作業(yè)，最小維修長度不小于30m。
2.2.2銑刨原路面
沉降段按單幅全斷面進行銑刨，可以超車道與行車道分界標線右邊緣為界分兩次施工，先施工行車道及緊急停車帶，后施工超車道，以保證不中斷交通。銑刨后應切縫清理路床，以保證接口平順。
2.2.3噴灑粘層油
2.2.4掛線調(diào)標高 攤鋪機攤鋪瀝青混合料
對于重鋪路面標高與原路面標高差在3cm 以內(nèi)的，可以全部銑刨原瀝青路面上面層，一次攤鋪成型于標高差超過3cm的，在銑刨原瀝青上面層后，分兩次攤鋪、兩次調(diào)平，在保證上面層厚度的前提下，先用上面層材料找平中間層，然后再攤鋪上面層。
2.2.5碾壓成型
對于基層和土基結構破壞而引起的沉陷，必須先將基層和土基處治好，然后才可修復面層。[Page]
2.3路面裂縫
2.3.1對于由基層開裂引起的反射裂縫及由瀝青混凝土溫縮等引起的橫向裂縫，如縫寬較小可不予處理；如寬度達3mm以上，可將縫隙刷掃干凈，并用壓縮空氣吹凈塵土后，采用熱瀝青或乳化瀝青灌縫撒料法封堵；如縫寬在5mm以上，可將縫口雜物清除，或沿裂縫開槽后用壓縮空氣吹凈，采用砂粒式或細粒式熱拌瀝青混合料填充搗實，并用烙鐵封口。
2.3.2對于由地基沉降引起的橫向裂縫，如出現(xiàn)錯臺、啃邊、裂縫寬度大于5mm以上的，則需沿橫縫兩側各50cm~100cm范圍開槽，挖除上面層，按第2.3.1方法先將裂縫填實，然后沿橫縫加鋪玻璃格柵，重新攤鋪上面層。
2.3.3對于縫寬小于5mm的縱向裂縫，可按2.3.1方法處治。對于縱縫進一步發(fā)展，出現(xiàn)啃邊、錯臺且裂縫寬大于5mm，則需銑刨上面層（如縱縫為直線型可僅銑刨行車道或緊急停車帶，如縱縫為圓弧型需銑刨行車道及緊急停車帶）和中面層（銑刨寬度為裂縫兩側各1m），并對裂縫按2.3.1先行填實，沿縱縫鋪設玻璃格柵，攤鋪中面層，然后在中面層上沿縱向每隔5m設寬為1.2m的玻璃格柵，最后再攤鋪上面層。
2.3.4對于尚未穩(wěn)定的縱向裂縫，除按2.3.3處治外，應根據(jù)裂縫成因，采取排水、邊坡加固等配套措施，以加快裂縫的穩(wěn)定。
2.4路面車轍 推移
2.4.1對于連續(xù)長度不超過30m、轍槽深度小于8mm、行車有小擺動感覺的，可通過對路面烘烤、耙松、添加適當新料后壓實即可。
2.4.2對于連續(xù)長度超過30m、轍槽深度大于8mm、行車擺動運且跳動感明顯的，應采取銑刨路面上面層或中上面層、重新攤鋪面層的方法，可參見路面變形和沉陷處治方法。
2.4.3對于車轍深度大于2cm、行車嚴重顛簸的，應采取銑刨中上面層或全部面層、重新攤鋪面層的方法，可參見路面變形和沉陷處治方法。
2.4.4對于因基層施工質(zhì)量差引起的車轍、推移，在重新攤鋪面層前應先行處理好軟弱基層。
2.5泛油
2.5.1對于路表輕微泛油，表面石子仍外露的路段，可不作處理。
2.5.2對于因局部施工質(zhì)量差引起水損壞且出現(xiàn)坑槽等破壞的，宜按坑槽修補方法處治。
2.5.3對于大段泛油嚴重，摩擦系數(shù)降低較多，影響行車安全的，可采用碎石壓入法處治或銑刨原路面重新攤鋪面層。
3幾點建議
3.1應根據(jù)工程實際情況進行科學決策，確定合理工期，防止盲目趕工。同時，應加強設計、施工、監(jiān)理的協(xié)調(diào)和管理，保證各環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量。
3.2應注重路面結構性能研究，特別是對于多雨濕熱地區(qū)水損壞應高度重視。在結構組合上應增強結構排水，可在基層頂面增設防水層（下封層不易做好），有條件的可在下面層及半剛性基層間增設瀝青處治碎石排水基層。同時，在土路肩做好配套的縱、橫向排水設施。這樣，既可將由路表滲入的雨水及時排出路面，又可防止雨水進一步下滲而沖刷半剛性路面基層。對表面層可摻加適量的瀝青抗剝落劑，以加大瀝青與骨料的粘結力，提高上面層的水穩(wěn)性。
3.3應加強施工的各個環(huán)節(jié)控制，以保證高速公路整體質(zhì)量。對于路面面層施工，應控制好儲料、拌和、運輸、碾壓、檢驗等各環(huán)節(jié)，盡可能降低混合料組成的變異性和不均勻性，加強碾壓，杜絕因片面追求平整度指標而降低路面壓實度的做法。
3.4現(xiàn)行規(guī)范采用馬歇爾試驗方法控制瀝青混合料的生產(chǎn)存在一些問題，特別是不能有效地控制路面的水損壞。用馬歇爾試驗密度作為標準密度來控制路面壓實度亦不可靠，容易作假，造成實際空隙率偏大。應逐步推廣以理論密度作為標準密度來控制路面壓實度。應加強研究，尋求符合路面生產(chǎn)和使用實際情況、簡單易行、可靠的新的試驗檢驗方法，以保證瀝青路面的質(zhì)量。
3.5應注重高速公路管理及養(yǎng)護，采取積極有效措施，嚴格控制超載車輛上路，以減少超載車輛對路面的破壞。認真貫徹“預防為主、防治結合”的方針，加強科學研究，建立路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)，對路況進行跟蹤觀測，及時采取預防措施，消除隱患，發(fā)現(xiàn)問題，應及時處治，以免進一步釀成大的病害。同時，應加強對路面病害處治方法的研究，以不斷提高路面養(yǎng)護質(zhì)量。
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