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試析半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策

時(shí)間:2024-05-16 08:54:48 建筑學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿
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試析半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策

  關(guān)鍵詞:半剛性基層 瀝青路面 結(jié)構(gòu)性損壞 非結(jié)構(gòu)性損壞 維修 對(duì)策
  論文摘要:根據(jù)半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產(chǎn)生原因,提出了路面養(yǎng)護(hù)維修的主要對(duì)策。
  1概述
    半剛性基層瀝青路面是黑龍江省公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式,它具有與柔性路面完全不同的結(jié)構(gòu)特征。因此,其病害成因和維修對(duì)策也與傳統(tǒng)的柔性路面有所不同,主要體現(xiàn)在:(1)半剛性基層有較高的剛度,其受力特性類似于“板體”,具有較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力。因此在整個(gè)施工和運(yùn)營(yíng)期間必須保持半剛性基層的整體性;(2)半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)承載能力主要由半剛性基層提供,瀝青面層主要起功能層作用。半剛性基層的彎拉疲勞損壞是這種路面結(jié)構(gòu)的主要破壞形式;(3)采取防水下滲措施的重要性。規(guī)范規(guī)定,不管是二層式或三層式結(jié)構(gòu),其中至少必須有一層是型密級(jí)配瀝青混凝土混合料。當(dāng)各層均采用瀝青碎石時(shí),瀝青面層下必須做下封層。忽視這些區(qū)別,而仍舊采用傳統(tǒng)柔性路面的維修方法,是導(dǎo)致半剛性基層瀝青路面維修失敗的主要原因。近些年來(lái),類似的工程教訓(xùn)很多。根據(jù)半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產(chǎn)生原因,提出了路面養(yǎng)護(hù)維修的主要對(duì)策。內(nèi)容包括:按結(jié)構(gòu)性損壞與非結(jié)構(gòu)性損壞進(jìn)行分類和維修、半剛性基層的最小維修面積、維修施工的平面布置等。
  2半剛性基層路面的典型病害特征
    半剛性基層瀝青路面的典型病害可劃分為兩大類型:非結(jié)構(gòu)性損壞和結(jié)構(gòu)性損壞。前者指半剛性基層的板體性未受到破壞,而后者是指路面損壞位置下的半剛性基層受到損壞,板體強(qiáng)度減弱或完全喪失。
  2.1非結(jié)構(gòu)性損壞
    該類病害主要有橋頭跳車、間距規(guī)則的橫向裂縫、路表局部網(wǎng)裂和正常車轍等,病害特征如下。
  2.1.1橋頭跳車
    橋頭跳車有兩種情況:(1)臺(tái)背填土壓實(shí)不足,導(dǎo)致填土在臺(tái)背后數(shù)十米范圍內(nèi)下沉。其特征為: 沉降在行車方向是漸變的,延續(xù)距離相對(duì)較長(zhǎng),路面的整體強(qiáng)度未受破壞,路表面也少有損壞,但行車時(shí)具有明顯的“波浪”感;(2)由于橋梁與臺(tái)背填土剛度的差異而產(chǎn)生的不均勻沉降,從而出現(xiàn)的跳臺(tái)。其特征為:延續(xù)距離短,只有幾米,路面少有損壞發(fā)生,行車時(shí)具有明顯的“瞬間跳車沖擊”感。
  2.1.2間距規(guī)則的橫向裂縫
    這種裂縫一般為半剛性基層的結(jié)構(gòu)性收縮而導(dǎo)致的反射裂縫。它橫向貫穿公路全幅路面,深度方向貫通全部結(jié)構(gòu)層,并且縫隙寬隨季節(jié)變化。一般認(rèn)為這種裂縫不可避免,對(duì)路面的整體性沒(méi)有損害。
  2.1.3縱向裂縫
    這種裂縫的數(shù)量較少,大多發(fā)生在高路堤地段路基外側(cè)。成因是路堤中央與外側(cè)壓實(shí)不均勻、舊路幫寬或地基受外部水源的長(zhǎng)期侵蝕,導(dǎo)致路基或地基的不均勻沉降。一般情況下裂縫較寬。
  2.1.4路表局部網(wǎng)裂
    路表局部網(wǎng)裂多發(fā)生在行車道輪跡下,成因?yàn)槁访婢植渴┕と毕荨H?材料不均勻、基層成型不好、瀝青面層與基層間有軟弱夾層等。它起始于輪跡處,而遠(yuǎn)離輪跡處的路面施工缺陷由于受車輛荷載的影響較小,因此難以出現(xiàn)此類損壞。
  2.1.5正常車轍
    正常車轍是指施工質(zhì)量正常的情況下所出現(xiàn)的車轍。它特征是:(1)由于半剛性基層的剛性較大,車轍主要是瀝青面層受荷載的二次壓密和蠕變作用而產(chǎn)生;(2)重載對(duì)車轍的影響十分明顯。
  2.2結(jié)構(gòu)性損壞
    該類損壞主要有路面局部凹陷龜裂和結(jié)構(gòu)性轍槽。
  2.2.1路面局部凹陷龜裂
    這種損壞是路面局部網(wǎng)裂的延續(xù)。因局部網(wǎng)裂沒(méi)有得到及時(shí)的維修封堵,雨水滲人到基層,而高速行駛車輛輪胎的強(qiáng)大“泵吸”作用使半剛性基層的膠結(jié)材料被吸出。長(zhǎng)時(shí)間下去,導(dǎo)致基層材料散失,路面出現(xiàn)局部下陷和網(wǎng)裂,進(jìn)而由局部網(wǎng)裂成為明顯的凹陷龜裂,對(duì)行車的平順性和安全性有很大影響。其特征為:起始于輪跡處,路面結(jié)構(gòu)在該處完全破壞,在破壞過(guò)程中雨天有灰漿外瀉痕跡。

  2.2.2結(jié)構(gòu)性轍槽
    結(jié)構(gòu)性轍槽是由于路面承載能力不足,在車輛荷載和環(huán)境因素的綜合作用下而在輪跡處產(chǎn)生的路面變形。轍槽產(chǎn)生初期伴有微細(xì)裂縫,其發(fā)展類似于路面局部凹陷龜裂。
  3路面維修對(duì)策
    針對(duì)以病害,在制定路面維修方案時(shí)需考慮四方面影響因素:(1)病害的類型和平面位置。對(duì)行車的影響以及行車對(duì)病害發(fā)展的影響;(2)病害的嚴(yán)重程度;(3)條件;(4)維修目標(biāo)。主管工程師在綜合評(píng)估后必須作出明確回答。
  3.1非結(jié)構(gòu)性損壞的維修
    維修的基本目的有兩個(gè),一是恢復(fù)行車平順,二是封閉裂縫,以避免引發(fā)結(jié)構(gòu)性損壞。
  3.1.1恢復(fù)行車平順
    主要是對(duì)橋頭跳車和車轍的處理。它們的平面分布截然不同,橋頭跳車是橫向的,車轍是縱向的。 
   對(duì)橋頭跳車應(yīng)以整幅路作為維修寬度,維修長(zhǎng)度應(yīng)滿足三個(gè)要求:(1)從橋梁伸縮裝置起,伸人正常路段一定長(zhǎng)度;(2)保證攤鋪機(jī)能正常施工;(3)拉坡平順。刨厚度以瀝青面層的一個(gè)結(jié)構(gòu)層為單位,一般只刨表層。
    對(duì)車轍的維修,在其橫向平面位置應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。我國(guó)車輛基本為左位駕駛,駕駛員駕駛車輛有明顯靠車道左側(cè)行駛的習(xí)慣,從而導(dǎo)致車轍在行車道上分布偏左,部分高速公路行車道左輪跡的車轍外輪廊還延伸到超車道。因此,維修寬度應(yīng)滿足以下條件:(1)包括車轍的整個(gè)影響范圍;(2)與攤鋪機(jī)的攤鋪寬度及碾壓機(jī)的輪寬相適應(yīng);(3)縱向接縫距行車道輪跡外邊緣30 cm以上。維修長(zhǎng)度以車轍出現(xiàn)的長(zhǎng)度作為基本長(zhǎng)度,并伸人相鄰路段一定距離,或以結(jié)構(gòu)物為界。在與相鄰路段的連續(xù)上要注意輪跡平過(guò)度,選擇合適的碾壓機(jī)械和碾壓方式,必要時(shí)輔以人工修整,避免在連接處形成新的行車沖擊點(diǎn)。如需刨,刨厚度以瀝青面層的一個(gè)結(jié)構(gòu)層厚度為宜。
  3.1.2封閉裂縫
    對(duì)于單條橫縫和縱縫建議采用常規(guī)的灌縫措施。如果縫隙太寬灌縫難以實(shí)施,可沿裂縫兩側(cè)切割出10一15~寬的條形槽,深度為瀝青面層全厚。隨后清潔槽壁,人工填實(shí)至表層底部。最后,涂刷粘油層,用細(xì)粒式瀝青混合料填筑碾壓作為路面表層。這種處理方法屬柔性連接,由于膠結(jié)材料充足,可以適應(yīng)縫寬的季節(jié)性變化,宜在春融或秋冬交替季節(jié)實(shí)施。
    局部網(wǎng)裂發(fā)生于行車輪跡位置,對(duì)路面整體結(jié)構(gòu)的危害最大。其維修原則是:(1)及時(shí)處置,以免損壞范圍和程度擴(kuò)大;(2)維修范圍不宜定得太小,在橫向至少以一個(gè)單向車道為單位,在縱向以一輛重車長(zhǎng)度的1.5倍為單位。同時(shí),保證路面維修的橫、縱向平整,減小顛簸;(3)在平面上全部清除局部網(wǎng)裂的影響范圍;(4)與攤鋪機(jī)和碾壓設(shè)備相適應(yīng);(5)維修深度以瀝青面層的結(jié)構(gòu)厚度為單位;(6)縱向接縫位置與車轍處理方案相同。    3.2結(jié)構(gòu)性損壞的維修
  3.2.1局部凹陷龜裂
    雖然局部龜裂表現(xiàn)的是路面存在局部缺陷,但也可能是整個(gè)路段施工所存在的問(wèn)題,只是該處路面裂縫出現(xiàn)得早、局部滲水嚴(yán)重而提前破壞。因此,局部凹陷龜裂分以下兩種情況進(jìn)行維修。
    (1)基層局部存在缺陷
    有兩種備選方案:一是將損壞的基層挖出,用半剛性材料回填修補(bǔ);二是將損壞的基層局部挖出,用瀝青混合料回填修補(bǔ)。

    (2)整個(gè)路段基層均勻存在缺陷
    有三種備選方案:①如果整個(gè)路段達(dá)到大修期限,則對(duì)存在缺陷的半剛性基層進(jìn)行翻新重鋪,同時(shí)對(duì)局部凹陷龜裂一并處置;②雖然存在缺陷,但累計(jì)軸次遠(yuǎn)未達(dá)到使用期限,則按3.2.1(1)方法進(jìn)行處置;③如對(duì)有缺陷的路段實(shí)施整體補(bǔ)強(qiáng)措施,施工前將局部凹陷龜裂仍按3.2.1(1)的方案先行處置。
  3.2.2結(jié)構(gòu)性轍槽
    這種轍槽的特點(diǎn)是路面承載力不足,基層損壞或板結(jié)完全喪失。它對(duì)路面結(jié)構(gòu)和安全的威脅較大,需專門(mén)設(shè)計(jì)維修方案。
    確定維修方案時(shí)要考慮以下因素:(1)轍槽雖然只在輪跡處發(fā)生,但它反映了整幅路面均有缺陷;(2)轍槽的產(chǎn)生表明了半剛性基層已受侵害或已破壞;(3)兩側(cè)車道未出現(xiàn)轍槽,表明兩側(cè)車道與行車道實(shí)際上成為擁有不同承載能力的“兩種路面”,此時(shí)行車道的結(jié)構(gòu)承載力已達(dá)到極限,而兩側(cè)車道的結(jié)構(gòu)承載力有較多富余,尚有較長(zhǎng)的使用壽命。
    因此,擬定兩種維修方案:(1)一次性整幅重鋪基層,徹底消除缺陷,使整個(gè)路段的路面完全恢復(fù)其正常的使用性能;(2)兩側(cè)車道與行車道分期維修,先維修行車道。根據(jù)兩側(cè)車道的承載能力,結(jié)合已有的交通資料分析確定其剩余使用壽命,以此作為行車道轍槽損壞維修方案的設(shè)計(jì)使用壽命。待兩側(cè)車道與行車道同時(shí)達(dá)到使用壽命末期時(shí)再一并整幅處置。
  4結(jié)論與建議
    將傳統(tǒng)的柔性基層瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修上,導(dǎo)致路面維修失敗的原因主要是:
    (1)忽視半剛性基層瀝青路面病害的成因。只考慮損壞的平面位置和尺寸,不考慮病害的成因、輪載分布和對(duì)路面病害的影響,從而造成維修范圍在短時(shí)期內(nèi)再次破壞。
    (2)對(duì)防水下滲的認(rèn)識(shí)不足。自由水對(duì)半剛性基層的侵蝕破壞作用遠(yuǎn)大于對(duì)柔性基層,因此,規(guī)范對(duì)瀝青面層的密級(jí)配結(jié)構(gòu)組合非常重視。但在養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中往往忽略了這一點(diǎn),過(guò)分強(qiáng)調(diào)維修路段的摩擦性能,如采用空隙率較大的n型級(jí)配,從而導(dǎo)致維修路段滲水量加大,基層很快受水侵蝕破壞。
    (3)對(duì)半剛性基層板體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)不足。由于加人了無(wú)機(jī)結(jié)合料,使半剛性基層形成板體結(jié)構(gòu),從而具有較大的剛度?蓽p薄瀝青面層的厚度。然而,由于對(duì)其形成機(jī)理認(rèn)識(shí)不足,對(duì)半剛性基層小面積局部損壞采用半剛性材料作小面積局部開(kāi)挖修補(bǔ),并且在完工后立即開(kāi)放交通。其結(jié)果導(dǎo)致維修路段在短時(shí)間內(nèi)再次發(fā)生破壞,車輛荷載的作用使破壞范圍擴(kuò)大。
    根據(jù)以上分析,提出如下半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策要點(diǎn)。
  4.1半剛性基層的維修
    在對(duì)局部凹陷龜裂進(jìn)行維修時(shí),必須對(duì)半剛性基層進(jìn)行處置。傳統(tǒng)的做法是采用同類的半剛性材料來(lái)維修半剛性基層,但在具體操作時(shí)應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

    (1)保證基層開(kāi)挖的面積或維修的面積足夠大,以使維修后的半剛性基層能夠真正形成板體。一般情況下,在橫向不應(yīng)允許局部或一個(gè)單向車道的開(kāi)挖,而建議橫向整幅開(kāi)挖;縱向開(kāi)挖的長(zhǎng)度建議不小于重車長(zhǎng)的1.5倍,至少大于6 m;深度方向應(yīng)將原基層整層挖除。只有這樣才能使維修后的半剛性基層整體受力。如果開(kāi)挖面積太小,新的半剛性基層難以形成足夠大的板體,而是獨(dú)立受力的“塊”體,易破壞。
  (2)基層修補(bǔ)完成后可立即鋪筑瀝青面層,但維修完成后不能立即開(kāi)放交通,必須等半剛性基層強(qiáng)度達(dá)到了一定的程度后方可開(kāi)放。其原因是:①維修是在短時(shí)間內(nèi)完成的,半剛性材料的初期強(qiáng)度仍未形成,如果此時(shí)承受連續(xù)的車輛荷載將會(huì)破壞已經(jīng)初步形成的半剛性材料凝膠結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致板體結(jié)構(gòu)難以形成;②車輛荷載對(duì)維修位置所施加的沖擊力要大。
    (3)另一方面,由于瀝青混合料模量與半剛性材料相近,而養(yǎng)護(hù)單位常備的路面維修材料和設(shè)備主要是針對(duì)瀝青面層的,因此,用瀝青混合料修補(bǔ)局部損壞的半剛性基層在受力和成本方面更具優(yōu)勢(shì)。它不需要擴(kuò)大基層的開(kāi)挖,使得維修工程量和施工對(duì)交通的影響都較小,也是半剛性基層瀝青路面快速修補(bǔ)的好方法。
  4.2采用密實(shí)防水的瀝青面層維修材料
    對(duì)于局部損壞的維修,養(yǎng)護(hù)單位不可能按原有路面的結(jié)構(gòu)和材料逐層恢復(fù)。中粒式型瀝青混合料可作為瀝青面層維修的典型材料,因?yàn)樗让軐?shí)防水,又可保證維修路段瀝青表層的抗滑要求,其性也相對(duì)較好。
  4.3轍槽分期維修實(shí)施時(shí)舊路面結(jié)構(gòu)層的處置
    采用分期維修措施時(shí),先維修行車道。此時(shí),盡管整個(gè)行車道的結(jié)構(gòu)承載能力不足,但半剛性基層結(jié)構(gòu)仍然很密實(shí),因此可以作為柔性基層或弱粘結(jié)穩(wěn)定基層使用。在正常情況下,將舊路面瀝青表面的1--2個(gè)層次刨掉,然后噴灑粘層油,重新鋪筑新的瀝青面層與兩側(cè)車道路表面銜接,就足以實(shí)現(xiàn)分期維修的目的。如有必要,可在新面層下面設(shè)置一層玻璃格柵,以增強(qiáng)抗疲勞性能,延緩反射裂縫的出現(xiàn)。
  4.4新鋪瀝青面層的平面布置
    路面損壞與車輛荷載相伴而生,維修效果應(yīng)考慮荷載影響。因此,新鋪瀝青面層的平面分布須注意以下要點(diǎn):
    (1)使縱向接縫與渠化交通的輪跡保持足夠距離,避免縱縫經(jīng)常性承受輪載作用,從而減小路面受力變形對(duì)縱縫產(chǎn)生的影響。接縫是路面維修的關(guān)鍵點(diǎn)。
    (2)一次維修的面積不能太小,以形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層。否則,維修所造成的結(jié)構(gòu)缺陷較為集中,在輪載作用下容易使整體發(fā)生變形破壞。
    (3)應(yīng)以一個(gè)車道作為最小維修寬度,并確保橫向平整。否則,車輛一個(gè)輪軸的兩側(cè)輪胎作用在不同的水平面上,會(huì)加劇高速行車顛簸,加大路面的沖擊,從而加速路面破壞。

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