高速公路病害的分析及治理研究

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But the standard only applies to general highway and mixed traffic vehicles dedicated highway maintenance quality evaluation, is not suitable for expressway. Therefore, in practical work, often reflect the expressway management units due to lack of standards, it is difficult to accurately assess the quality of highway maintenance, difficult to take timely measures of maintenance. Therefore, the formulation of expressway maintenance quality inspection and evaluation standard is the objective need of scientific evaluation of highway maintenance quality. To improve the level of highway service needs highway is the important public infrastructure, the provision of services for society is the most basic function. While the quality of highway maintenance directly affects the driving comfort and safety, affect the service level. Therefore, not only provides the quantitative indicators for the evaluation of expressway maintenance quality making highway maintenance quality inspection and evaluation standards, more important is through the assessment, can promote the quality of highway maintenance and service level improvement, to meet the peoples increasing requirements of high travel.【KEYWORDS】 highway maintenance and highwayasphalt pavement disease treatment目 录第一章 绪论. 4 1.1 国内外研究现状及发展动态 .4 1.2 研究内容与研究路线 .5第二章 高速公路沥青路面常见病害类型 .52.1 裂缝类病害 . 62.2 水损坏类病害 . 7 2.3 车辙 .8 2.4 沉陷 . 8 2.5 修补不良 . 8 2.6桥面铺装层破损 . 9第三章高速沥青路面病害成因分析 .10 3.1 交通量. . 11 3.2 原材料 . 113.3 气温 . 11 3.4 降雨 . 113.5 路基路面结构 . 113.6 施工养护水平 . 12 3.7 挖坑探槽验证结果 . 123.8 高速沥青路面病害成因归纳 . 13 第四章高速沥青路面病害防治技术研究 . 134.1 裂缝类病害 . 134.2 水损坏类病害 .134.3 车辙 . 134.4 沉陷 . 144.5 其余病害 . 144.6 热再生 . 14第五章高速病害治理工程实施效果 . 15 5.1 治理方案 . 15 5.2 热再生工程 . 15 5.3 基层处治 . 15 第六章结论与展望 . 166.1 主要结论 .16 6.2 问题与展望 .16 致谢 . 17 参考文献. 18第一章 绪论1.1国内外研究现状及发展动态 上个世纪 50年代至 70年代末，我国公路部门曾组织力量在全国范围内进行了大规模的公路路基回弹模量实测及研究，并在 1978年公路柔性路面设计规范(内部试行)稿中提出了公路路基碎(砾)石土、砂土及二级公路自然区划上组路基回弹模量建议值表，此表后被 1986年公路柔性路面设计规范(JTJ014-86)及 1997年公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)沿用。一方面受到当时人力、物力及研究水平所限，加之当时施工采用的是轻型压实标准，不同于今天的重型压实标准，这些都使公路路基回弹模量的取值误差增大。为了与国际上通用的碟式仪、r(1OOg 锥)相当，对过去采用的 76g锥的液限进行了试验研究，找到了换算关系，并推算出 Eo与稠度 w。的建议值。80 年代初，实行重型压实标准。通过轻型压实标准与重型压实标准的对比试验，认为可将轻型压实标准路基回弹模量 Eo的建议值在查表的基础上再提高 15%30%或更大幅度，但并没有进行具体细致的量的规定。国外公路路面设计方法有采用经验法的，有采用理论法的，也有采用半理论半经验法的，不同的路面设计方法表征路基强度的指标也不尽相同。美国有效回弹模量的选用考虑了一年内路基土的回弹模量变化，能够真实的反映路基土的工作状态，通过加权平均计算考虑不同月份的回弹模量值对路面的影响程度。但是对于不同路段与试验路不同的路基都需要进行修正。美国地沥青学会(TAI)设计法的回弹模量为标准的回弹模量，它不代表路基冻融时的模量值，可以由回弹模量试验如 CBR或 R值试验法得到。一般至少应有 6-8个试验值用来确定路基的设计回弹模量。路基的设计回弹模量定义为小于所有试验值 60%,75%或 87.5%的模量值。这些百分数通称为百分值，并与交通水平有关。总体上，关于路基回弹模量的研究一直处在不断的深化过程中。桥台设计在我国有上千年的历史，随着社会技术的发展，早期的木桩桥台、污工桥台逐渐被钢筋混凝土桥台取代，桥台形式上大跨度桥梁发展较快，中小桥一直沿用薄壁桥台、U 型桥台、桩柱式桥台等几种常见的桥台形式。扶壁式桥台、Y 型桥台、拱形桥台等在中小桥设计上很少使用。但高速公路建设以后，桥台一般都比较高，特别是交叉工程，由于要满足被交道净空的要求，桥台高度都在 5米以上，最高的达到 15米多。从济青路调查结果看，桥台高度 4米以上的普遍出现了横向裂缝。此后在薄壁台设计中加大了配筋量，但后续工程中仍然出现裂缝，裂缝程度减轻了但是台帽和背墙损害却明显增多了，对小结构物的高桥台研究很少，为了降低桥台高度，不得己加大孔径，小桥变成了中桥，中桥变为大桥，在没有功能需求的情况下，无为的加大了投资。总之，小结构物高桥台的研究还比较少，目前处于探索阶段。1.2研究内容与研究路线 为此国家开始着手探索高等级公路的建设，修建了一批一级公路，如南京至六合公路、沈阳至抚顺公路、天津至塘沽疏港公路等。但是由于这些公路无法解决混合交通及平面交叉口的问题，虽然断面宽度已达 2329m，但其通行能力仅为四车道高速公路的五分之一。当时的现实证明，高速公路修建势在必行。在这种形势下，我国开始了高速公路建设的规划设想，并派团考察了国外高速公路，先后于 1983年北京召开了“交通运输技术政策论证会” 、 “公路运输发展座谈会”等一系列会议，就中国高速公路建设进行了热烈的讨论，逐步统一了认识。在广泛听取意见，并进行可行性研究的基础上，我国确定了首批建设的高速公路项目，如京津塘、广深珠、沪嘉、沈大高速公路等。1989 年 7月17日至 21日，交通部。在辽宁省沈阳市召开了第一次全国高等级公路建设经验交流现场会。沈阳会议明确了我国必须发展高速公路，澄清了我国长时间以来要不要修建高速公路的模糊认识，为高速公路大规模发展打下了坚实的思想认识基础，使我国公路建设走进发展高速公路的新时期。截至 1989年，我国高速公路通车里程为 271km。虽然这个时期高速公路的通车里程较短，但它是我国高速公路从无到有的辉煌标志 为全面了解山东青济高速公路沥青路面的病害，认识病害机理，并采取对策解决，本课题完成的研究内容。本文主要以山东青济高速的路面检测维修实体工程为依托，对山东青济高速公路沥青路面养护的部分前沿技术进行了论证。第二章 高速公路沥青路面常见病害类型路基是路面结构的最下层，承受着由面层传下来的车辆荷载和上部荷载的自重。在实际工程中，无论是水泥混凝土路面还是沥青混凝土路面出现的损坏现象，大部分都是由于路基强度不足，稳定性变差，在外荷载作用下产生的过量变形所致。路基变形包括塑性变形和弹性变形两部分，过大的塑性变形将导致各种沥青路面结构产生车辙和路面不平整;对于水泥混凝土路面，路基的塑性变形将使板块特别是板边和板角产生局部脱空而引起断裂，弹性变形过大将使得沥青面层或水泥混凝土板产生疲劳开裂，并且在路面结构的总变形中，路基的变形占绝大部分。因此，在路面结构设计中，路基回弹模量的合理取值至关重要，若路基回弹模量值取的过低，计算出的路面厚度将会过厚，而实际路基回弹模量在要求的压实度条件下往往超过设计值，自然会造成资金的浪费;若路基参数取值过大，施工中路基回弹模量往往达不到要求，又会引起路面的过早损坏。所以，在路面结构设计中应该合理的确定路基回弹模量值，由于路基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度以及测定方法的复杂函数，在工程实践中，应该综合考虑各方面的因素，正确处理其内在的联系，推荐能正确反映路基强度的模量值。 2.1裂缝类病害 根据裂缝的形式及严重程度又可将裂缝分为纵向裂缝、横向裂缝、反射裂缝、龟裂。它通常是由于沥青硬化老化，粘聚力下降，失去柔性而导致脆裂;或者由于温度的循环变化，沥青混凝土产生缩裂，而当面层宽度较大时，脆裂和缩裂就会同时在路面横向和纵向出现，从而形成块裂。 随着交通量不断增大以及车辆行驶的渠化，沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的累积而导致路面出现车辙，从而影响了路面的平整度；轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发其他病害；雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙内积水而致车辆漂滑及车辆在超车或更换车道时方向失控，从而影响了高速行车的安全以及车辆操纵的稳定性。可见由于车辙的产生，严重影响了路面的使用寿命和服务质量。推移、拥包、搓板等类损坏，主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的。它大量发生在表处、贯人、路拌等次高级沥青路面的交叉口和变坡路段。对于渠化交通的沥青混凝土路面来说，高温稳定性问题主要表现为车辙。而泛油是由于交通荷载作用使混合料内集料不断挤紧、空隙率减小，最终将沥青挤压到道路表面的现象。如果沥青含量太高或者空隙率太小，那么这种情况将会加剧。沥青移向道路表面令路面光滑，溜光的路面在潮湿气候时抗滑能力很差。沥青路面在高温时最容易发生泛油，因此限制沥青的软化点和它在 60时的黏度可减少泛油情况发生。沥青混合料的劲度模量随温度升高而降低，因此为了保证沥青路面于高温季节在行车荷载的作用下不致产生诸如波浪、推移、车辙、泛油、黏轮等病害，沥青混合料应具有足够的高温稳定性，即在高温时应具有足够的劲度模量。为了提高沥青路面的高温性能，应设法提高沥青混合料的高温稳定性，可采用如下措施：(1)在混合料中增加粗集料含量或控制剩余空隙率，使粗集料形成空间骨架结构，以提高沥青混合料的内摩擦阻力；(2)适当地提高沥青材料的稠度，控制沥青与矿粉的比例，严格控制沥青用量，采用较多的矿粉，以改善沥青与矿料之间的相互作用力，从而提高沥青混合料的黏聚力；(3)在沥青中掺入高分子聚合物改善沥青性能，亦可取得较为满意的结果；裂缝的形成影响因素大体上包括材料因素、设计因素、施工因素、自然气候因素等四个方面。1)材料因素作为路面上的具体材料，沥青混合料性质是影响沥青路面温度收缩裂缝的主要原因。2)设计因素在设计过程中，如果半刚性基层厚度达不到标准，而位于下面的底基层又不是半刚性材料的路面结构，特别是在路基压实度不够，或者路面结构承载能力降低的情况下，就有可能导致路面开裂。路面结构设计厚度不够，将利于裂缝的形成和扩展。3)施工因素一流的施工设备、优良的施工质量是保证面层接缝处理完善、各结构层压实度达到足够高值、稳定性良好、排水性能良好的关键，也是保证裂缝特别是纵向裂缝和龟裂不出现的前提条件。4)自然气候因素最低温度、降温速率、低温持续时间、温度循环次数是影响温度对路面温缩裂缝的四大要素。因此，沥青被长期老化后将变硬变脆、劲度模量增大、松弛性能降低，从而影响到混合料模量的升高，松弛能力的衰退，在温度的反复变化及低温收缩下，沥青混凝土层承受的拉应力超过自身容许的拉应力即发生开裂。2.2水损坏类病害 水损坏的定义范畴较宽，一般认为由于水透入到路面结构层而导致路面产生的早期破坏，均可归为水损坏类型。水损坏类病害类型 1)坑槽是路面破坏而形成的深洼，深度一般大于 2cm。2)麻面的产生过程可以分为三种，一是由于路面面层预防性养护不到位，使路面表面形成麻面;二是由于旧路面上沥青老化形成麻面;三是由于路面表面空隙率大，水分进入沥青路面形成麻面。3)脱皮在交通量较大且纵坡大的路段由于沥青路面与半刚性基层的粘结不牢，加之汽车频繁制动产生的剪切力使路面面层与路面基层的层状分离。 水损坏类病害的影响因素水损坏病害的影响因素包括水分子的分离与取代作用、沥青膜的破裂、沥青自然乳化及路面孔隙水压。1)分离:沥青膜完好无损，但整体从集料表面剥离。2)取代:石料表面的沥青被粘附性更强的水分子取代，一般发生在水一沥青一集料的交接处。3)沥青膜的破裂:在交通荷载、而集料表面尖锐地方的沥青膜较薄路面结构或温度变化使沥青混合料产生拉压应力，容易在应力作用下破裂，这种现象不一定需要水的存在，但很明显有水存在时这种现象会加速。4)自然乳化:沥青与水接触时水分子存留在沥青中而产生乳化现象象。5)孔隙水压。如若路面存在裂缝，这种动水压力冲刷沥青膜更加明显，破坏更大。2.3车辙 车辙按照成因可分为三类，失稳型车辙、结构型车辙和磨耗型车辙。其中失稳型车辙最普遍也最严重，是由于沥青结构层内部材料产生塑性流动引起横向位移产生，通常发生在轮迹处。车辙病害的影响因素车辙病害的影响因素可分为内部因素和外部因素两大类。1)内部因素(1)原材料沥青路面原材料包括沥青、石料、添加剂等。(2)混合料类型沥青混合料由沥青结合料粘结矿料组成，其高温稳定性的形成机理源于沥青结合料的高温粘结性和矿料的嵌挤作用。此外，如果施工中沥青混合料由于级配不良、碾压温度低等引起难以压实或者由于压实功不足导致路面压实度不足亦将及早催生车辙。2)外部因素(1)交通荷载荷载直接作用在沥青路面上，对车辙的产生有很大的影响。(2)环境因素环境一般包括温度和湿度，其中温度影响更为显著。此外，研究表明，夏季强烈的紫外光对沥青造成严重的紫外光氧化，导致沥青老化，高温性能锐减。因此，为改善路面的抗车辙性能，应加强中上面层沥青混凝土的抗剪能力。2.4沉陷 沉陷是由于路基路面产生竖向变形而导致路面下沉的现象。材料与结构一体化思想及实现途径(1)根据沥青路面层位分 T以及不同的设计方法设计的材料性质各有优劣的特点，提出不同配合比设计方法设计的材料根据其功能充分发挥其优点的想法，提出不同层位根据其分工采用不同配合比设计方法的思想。(2)以往的路面结构设计对材料性能考虑较少，材料许多性能(如强度、抗疲劳、抗水破坏、抗冲刷、抗车辙、抗裂等)都无法体现在设计成果中。而现行设计方法需要的材料参数(其中最核心的参数是模量)