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道路检测之浅谈路面病害频发的关键因素

2017-08-29 07:50:16 安徽房屋质量检测机构 阅读

首先,我国刚开始建设高速公路的时候没有规范,原规范对高速公路又不适应。那时候,公路建设的很多经验都是来自于过去的低中级路面,其间也引进了一些国外的经验,像京津塘高速公路是请澳大利亚专家来修的,上海沪嘉高速公路是自己修的,但只有18公里的里程。因为当时对高速公路有争议,所以在起步的时候,还是有些欠缺,规范、标准和试验检测设备等跟不上高速公路发展,给我们前期修建的路面带来了一些先天性的不足,比如路面厚度,一些较早修建的高速公路,对底基层的厚度重视不够,有的水泥路面甚至取消了底基层。这在当时没有一个明确的规定,单纯从适应当时已有的设计指标看,可以满足要求,但是路面使用后出现了许多问题。

第二、设计标准与实际情况有差距。例如荷载标准,我国的设计荷载是BZZ100kN,实际上,我们国家道路上行使的超载车辆很多,像京珠高速公路,有的车达到了270kN,在广韶高速公路,有的车辆也达到了170kN左右。

重载车的比例达到了60%、70%,甚至是70%或80%的比例。显然,这完全超过了我们的设计标准,路面肯定无法承受。所以,“超载”是我国高速公路路面面临的一个严重问题。要解决这个问题,必需根据实际荷载来进行设计或验算,使设计的荷载标准和实际使用车辆的标准要相符。另外,在设计指标方面,也存在一些问题。比如说沥青路面主要以表面弯沉进行控制。弯沉可以反映路面整体的承载能力,但它对结构层性能的反映就比较差。而且,表面弯沉容易测定,路基弯沉很难做检测,怎样使用这个指标这也是一个问题。

第三、结构层材料组成的问题,包括石料的规格、品质、级配,这个方面现在控制得不严格。当然实验是做了,采用什么级配肯定会有相应的要求,但到现场以后,控制力度就比较差。再加上许多项目的碎石供应很乱,不像国外实现了碎石商品化,要什么样规格的碎石随时就去买。我国不是这样的情况,常常是一边施工,一边在沿途设置料场,给石料控制带来很大困难。同时,沥青供应也存在比较大的问题。因为我国沥青来源很多,有进口的,有国产的,进口又有很多国外的公司,国内也有很多公司生产沥青,所以往往一条路实际使用的沥青品种很多。因为材料结构组成不合理,造成强度相差比较大,同一个路面,可能这里强度好,那里强度差。路面湿度也有变化,这里不透水,那里透水,等等。

第四、从路面结构设计来讲,防水排水系统设计得不完善。过去,我们在表面排水方面做了一些工作,但是在路面结构的排水、路基的排水这个方面还是做得不够,所以往往在路面使用过程中,出现排水结构物堵塞等,导致具体到路面施工上,往往跟设计标准相差很远。比如,路面施工的温度有时能相差30多度,在这种情况下,压实就比较困难,达不到设计要求。另外,施工过程中要是没控制好材料,也容易引起离析。规范要求路面使用过程中孔隙率是3%~6%,有的工程完工以后实际孔隙率不到3%,甚至不到1%,大的又有可能超过10%。这就对路面的使用带来了很多的问题,孔隙小的易泛油,产生车辙;孔隙大的易透水,产生脱粒、坑洞等。

第五、对路面结构层构成的要求还不是很明确,比如面层3层,现在大部分是468厘米或456厘米,面层十几厘米,而面层、中层、下层的功能究竟是什么?它们的合理厚度应为多少,对它们的要求又是什么?根据路面功能设计的概念,上面层主要是要稳定、要抗疲劳、要防水、要抗滑、要粗糙。中层主要是抗车辙,车辙是个主要的问题。到了下层,则主要是疲劳的问题。但是,我们现在所采用的基层主要是是半刚性基层,恰恰抗疲劳能力是比较差的,很容易开裂。基层一开裂就形成反射裂纹,反射到路面上就容易使面层开裂,开裂以后造成了很多的问题,比如渗水等。

当然,面层要抗滑,要不透水,要稳定,要抗疲劳,对采用的材料要求要更高更加严格。但是对中、下层的要求也应该明确。总之,要弄清各结构层的功能和作用,才能够对材料的要求进行控制。

第六、要及时对新出现的问题进行研究。沥青路面现在有一种叫topdown裂缝,即表面向下的开裂问题。过去学界主要研究裂纹由上向下发展、反射裂纹是怎样发展等问题。实际上,调查表明很多裂纹是从上面往下面扩展的。这种裂纹对路面损害比较大,因为一开裂就在表面,表面开裂水就往下走,再加上温度应力,裂纹慢慢扩展,水就流下去,很快会污染到基层了。

建设与研发投入的失衡,是导致路面病害层出不穷的最根本原因,长期以来,我国都是一套规范管全国,一套思路“包打天下”,路面结构设计型式单一,结构设计流于形式,材料设计基本不做,造成了全国高速公路千篇一律的半刚性基层沥青路面的格局。实践表明,大量的沥青路面损坏如早期开裂、水损坏、坑槽、车辙等结构性病害,都与半刚性基层有关。

那么,半刚性基层沥青路面结构到底存在哪些问题呢?半刚性基层路面在我国无论是一般公路、还是高速公路,都曾经发挥了重要作用。我国高速公路的沥青路面包括水泥路面,基层90%以上都是半刚性基层。

这种结构的优点在于:强度比较高,相对柔性基层来讲强度高、刚度高,作为承重结构,在路面没开裂之前在承载、扩散荷载、传递到路基方面的性能比较好。但是,半刚性基层也其无法克服的缺点,即:

半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝轻重不同地存在。在国外,普遍采取对裂缝进行封缝,而在交通量繁重或者高速公路上,这种封缝工作十分困难,严重影响交通,也不安全。而在我国,目前根本就没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯,因而开裂得不到有效的处理。裂缝的存在导致两种后果,首先是裂缝中进水,导致沥青层和基层界面条件的变化,使基层、底基层、路基的水分状况恶化,承载能力迅速降低,表面产生水力冲刷,出现灰浆,并形成裂缝处唧浆、坑槽;第二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时,荷载变化不再连续,使路面裂缝两侧发生大的应力突变,还形成很大的上下剪切和表面受拉。

半刚性基层非常致密,它基本上是不透水或者渗水性很差的材料。水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。水进入路面的途径,除了降雨、降雪、化雪的表面水外,还有多种来源,如冬季由于冰冻引起的水分积聚和春融期间产生的积水;超限超载车辆为了降温需要向轮毂不断喷水,以保持汽车的刹车性能,使路面常年处于潮湿状态;中央分隔带的绿化浇水、挖方路段的裂隙水、路面铺筑过程冲洗的水等等。可以说,水进入沥青路面是不可避免的,如果不能及时排走就将造成危害。界面上水的存在改变了界面连续的边界条件,使路面的受力状态变得十分不利,成为导致路面破坏的直接原因。

半刚性基层有很好的整体性,但是受水的影响敏感,在长期浸水条件下,板体结构会逐渐破坏,反映为路面弯沉,沥青路面开始出现破损,弯沉迅速增大,并导致结构性破损。现在许多高速公路竣工验收阶段的弯沉很小,以后逐步变大。许多路面在损坏初期开挖可见基层往往是完好的,弯沉并不大。这说明,除了少数确实是因为基层施工不好的原因外,大部分基层发生结构性损坏,是发生在沥青面层损坏之后。

半刚性基层损坏后没有愈合的能力,且无法进行修补。基层一旦破坏,便无可救药,除了挖掉重建,别无他法,这将对沥青路面的维修养护造成很大的困难。

半刚性基层很难跨年度施工,无论是直接暴露还是铺上一层让下面层过冬,都避免不了发生横向收缩裂缝,从而为沥青路面的横向裂缝埋下隐患。甚至在冬天就从缝中进水(融雪)、半刚性基层暴露的还可能冻疏,影响强度的形成。

开裂和进水且难以排走是半刚性基层沥青路面结构的致命缺点。


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