沥青路面常见病害及其处治初探

PAGEPAGE17沥青路面常见病害及其处治初探1前言随着我国高速公路通车里程的增加，和使用时间的延长，人们对路面的设计要求，施工特点和改进措施的认识愈来愈深入。其中沥青与沥青混合料作为高速公路面层的主要筑路材料，不仅其需求量将日益增长，而且对其路用性能指标的要求也将不断提高。目前比较一致的认识是，路面使用性能包括5个方面，既路面损坏状况（完整性）、路面行驶质量、路面结构承载能力、行驶安全性和外观，对应的路面性能参数有：裂缝率、平整度、弯沉、车辙、沉陷、坑槽、泛油、隆起、龟裂、松散、摩擦系数、路面破损率以及各种路况综合评价指数等。在高速公路建设中，由于沥青路面具有行车平稳，舒适，噪声低，养护维修方便，可以再生利用等特点。为此，在各类公路和城市道路，尤其是在高等级道路中得以广泛使用。道路沥青作为沥青路面最主要的建筑材料，沥青及沥青混合料的质量好坏直接决定沥青路面的使用性能，及使用寿命。众所周知，我国的道路沥青主要采用石蜡基原油炼制，沥青的温度敏感性较大，以前用国产普通沥青修筑的中低级公路路面，往往夏天泛油，冬天发脆开裂，遇雨松散、坑槽，早期破坏严重。这种情况与建设高速公路的需求极不适应。高速公路的这些路面性能参数直接受路面材料、各结构层厚度和刚度、路基土类型和状态、温度和湿度、交通荷载状况等多因素的综合影响，各性能参数测定值往往具有较大的变异性和随机性，由此可以看出。要想深入了解沥青路面性能参数的特点，并能深入进行高速公路路面评价，基于路面性能的路面设计方法和行为理论的研究，就必需对路面性能参数进行长期而有计划地采集，并应用非定植的数学方法对其统计特性和演化规律进行全面、系统深入地研究，特别在考虑路面可靠度时，这些工作则更显重要、必要和基础性了。2路面破坏确定路面破坏的原因是制定路面养护维修对策的基础。沥青路面的任何一种损坏可能是由多种原因及其综合作用引起的。2.1路面破坏类型从外观表现形式上，沥青路面的损坏可分为裂缝、变形、松散和修补等四大类，其中可进一步细分为：(1)横向裂缝。与道路中线近于垂直的裂缝，有时伴有少量支缝。横向裂缝通常不是由于荷载作用引起的。低温收缩或者半刚性基层收缩裂缝是产生横向裂缝的主要原因。裂缝起初大多出现于路面两侧，逐渐发展而贯通全路幅。贯通裂缝沿路大致呈均匀分布。旧水泥混凝土路面接缝的反射作用，会使沥青面层出现横向反射裂缝。(2)纵向裂缝。与道路中线大致平行的裂缝，有时伴有少量支缝。半填半挖基或路面加宽处，常由于压实不好，路基或基层出现沉降而产生纵向裂缝。混合料摊铺时纵向施工搭接不好，或者旧混凝土面层纵向裂接缝的反射作用，也会在路中线处出现纵向裂缝。沿轮迹带因荷载重复作用而产生的纵向裂缝，属疲劳裂缝。(3)龟裂。相互交错的疲劳裂缝，形成一系列多边形小块组成的网，形如鳄鱼皮状。龟裂是行车荷载反复作用的结果，其初始形态是在沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝。而后，在平行的纵缝间出现横向和斜向连接缝，形成裂缝网。(4)块状裂缝。纵向或横向裂缝交错而使路面分裂成多边形大块，块的尺寸约为500mm以上。块状裂缝的产生同荷载作用的关系不大。它主要由于面层材料的低温收缩和沥青的老化所引起，出现在整个路面宽度范围内。(5)车辙。路表面沿轮迹的纵向凹陷。施工技术和质量控制差，使混合料压实不足；混合料组成材料和组成设计差，使混合料的稳定性不足；轮迹带处的路面材料和路基，在荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移等均是产生车辙的原因。(6)波浪（搓板）。路表面有规律的纵向起伏。波峰与波谷交替出现，间隔很近，一般在60cm以内。材料组成设计差；施工质量差，使面层材料不足以抵抗车轮水平力的作用，是产生波浪的主要原因。或者旧面层已有搓板，而加铺沥青面层时未予妥善处理（铲除搓板），也会产生波浪。(7)沉陷。路表面的局部凹陷。沉陷可能由于路基沉降所引起，或者由于局部开挖后回填土压实不足而造成。(8)隆起。路表面的局部突起。冻胀、盐胀、膨胀土胀起，路面材料推移拥起等，都可能造成隆起，隆起处有时伴有路面裂缝。(9)泛油。路面混合料中的沥青向上迁移到路表面，形式一层有光泽的沥青膜。沥青含量过多，混合料中空隙过少，沥青的高温稳定性差，是产生泛油的主要原因。泛油发生在天气炎热时，而在天冷时又不存在逆过程，因而沥青积聚在路表面。(10)松散。路面材料（集料和沥青）逐渐从路面脱开并散失。松散主要是由于混合料中沥青偏少，沥青与集料间粘结差，或者由于沥青老化而变硬造成的。松散可能出现在整个路面表面，但是由于行车的作用轮迹带处通常较为严重。(11)露骨。沥青从路面表面散失，使越来越多的集料外露。(12)坑槽。路面中出现的碗状坑洞。坑槽通常是松散龟裂等其它损坏进一步发展的结果。过量的水份渗入这些损坏处后，一些碎裂的上块面层或基层材料被驶过的车轮带走，而逐步形式坑槽，并不断扩大。(13)磨光。集料棱角被磨成圆滑或平滑状。由于所采用集料不耐磨和车轮反复作用所造成。2.2路面破坏成因分析对于以车辙和开裂为主的损坏的原因分析给出了较为详细的鉴别方法。为了便于鉴别道路路况恶化的原因，可根据其问题性质、位置和路面类型，将表面波浪、车辙和裂缝具体分析。2.2.1表面波浪在沥青混凝土混合料铺筑过程中如形成表面波浪，首先导致路面平整度的降低，影响公路的服务能力和行车的舒适性；其次降低了路面密实度，相应地孔隙率增大，影响路面的长期使用性能，减少了路面的使用寿命。表面波浪有短有长，形成原因也各不同。(1)短波。在导致短波形成的因素中,首先是摊铺机熨平板前方混合料数量的变化，引起熨平板上反力的变化;其次是熨平板处于不良机械状态，再次是混合料软弱或混合料温度及组成的变化会导致混合料劲度的变化。特别是混合料软弱和混合料设计不合理时，在碾压过程中，压路机会推动混合料，使其移动，形式短波。(2)长波。第一，如果两个波峰之间的距离恰好是一车混合料的摊铺距离，那么此波的形成原因可能是；由于摊铺机进料器活们安装不正确或是在每次添加混合料时，摊铺机的漏斗和刮板输送器空车运行。第二，混合料设计不当，造成混合料离析以及混合料温度的变化都是可能导致长波的形成。第三，碾压过程中压路机突然转向或倒车，压路机停在热的路面上，也可能形成表面波浪。第四，轮胎式摊铺机轮胎气压过低，机体随受料重量的变化下变动，使摊铺层出现波浪。第五，履带式摊铺机履带松紧超限将导致摊铺机速度发生脉冲，使里面形成微波。第六，摊铺机履带或轮胎底部有撒漏料引起铺筑厚度变化。第七，顶推的料车刹车太紧或料车倒车撞击摊铺机引起铺筑速度变化。第八，自动熨平装置运行中，挂线不紧，中间出现挠度也会引起摊铺层波浪。2.2.2有车辙无推移此类车辙主要起因于路面结构深层的位移，因而其宽度通常比较大，车辙边缘的推移很小。此种类型车辙可能是由于荷载扩散能力不足或二次压实造成。造成荷载扩散不够的原因是道路面层和基层太薄，不足以防护基路。车辙随交通荷载作用次数的增大而增大，如果有车辙和交通历史资料，或者在两个车道交通荷载明显不同的道路，可以建立车辙交通量关系.对产生该类车辙的路段，可沿线测定路面弯沉，评价整体强度无关，则发生车辙的原因很可能是由于在道路的早期交通作用下路面基层或面层受到二次压实所致。在此种情况下，车辙的扩展速度将在初期压实后下降。可按图1的步骤鉴别分析。图1有车辙而无推移图1有车辙而无推移沥青混合料或沥青封面有车辙无推移交通荷载作用，或特定路基强度下路面层厚度一足压实不足，行车压实交通荷载是否在方向上有很大差别？车辙深度是否与最大弯沉值和修正结构数无关？已承受的交通荷载是否使两个方向的车辙差别很大？否否否是是是2.2.3有车辙又有推移在车辙的边缘产生明显的推移表明路面中某一层有剪切破坏，这是由于路面面层的剪切强度难以抵御荷载应力所致。其严重程度通常并不与以弯沉或修正结构数表示的路面总体强度有关。该类型车辙破坏通常限于路面上层,该层承受的交通荷载应力最大.可取芯样确定何层发生破坏.如果破坏不在沥青混合料面层内,则可对破坏处的强度进行比较.对于只铺层沥青表面的道路，则应评价基层及其材料状况。可按图2的步骤鉴别。沥青混合料或沥青封面既有车辙又有推移道路基层或底基层强度是否明显低于规定？沥青混合料或沥青封面既有车辙又有推移道路基层或底基层强度是否明显低于规定？沥青面层类型材料是否符合规范？车辙是否由面层提供？道路基层或底基层是否明显低于规定？路面材料不符合温度或荷载要求对沥青面层采样做试验室实验不合格的路面材料过多的轮荷载作用道路基面或基层不足沥青混合面料层薄层沥青封否否否否是是是是图2既有车辙又有推移如果裂缝首先是交通荷载引起的，应发生在轮迹带内或其近处。在破损严重的情况下，有时难以确定破坏究竟是始于轮迹带内，还是由其它形式裂缝发展而成。但从初始裂缝形式仍可判定是否由汽车荷载引起。车带上不规则的纵向短裂缝通常为交通荷载引发的面层初期疲劳，在行车的进一步作用下，裂缝会互相连接成龟裂。这种裂缝虽然是由于面层的弯曲引起的，但不一定是始于沥青混合料面层底部向上扩展的“常规的”疲劳裂缝。在热带气候下，沥青混合料磨耗层的沥青很快氧化，面层顶部材料比底部材料易于变脆而形成裂缝，尽管顶部的应变低于底部。如果通过钻取芯样发现龟裂始发于沥青材料层的底面，则为常说的疲劳裂缝。路基软弱，弯沉值大，基层刚度不够弯沉盆曲率半径小这两种情况都可能导致沥青材料层底产生较大的拉应变。在上述两种情况下，裂缝处经常会有车辙伴随出现。面层材料不良也可能导致龟裂。在生产和铺筑密实型沥青混凝土面层时，质量检查不够就可能导致颗粒分布不匀、沥青含量不足、离析和压实不够等弊病，它们都会使材料易于开裂。如果面层和基层界面粘结不良，在行车作用下，面层会明显地回弹。这将很快在轮迹带上形成龟裂，并具有小于200×200mm²板块状特征。粘结不良的原因可能是铺筑面层时基层上的透层油不足，或者粘层油不够或严重污染。裂缝通常发展成为叠层，形成浅坑，显然最后会导致面层剥落。面层抛物线形裂缝出现在诸如交叉口和急弯近处等；经常刹车的路段，层间滑动也能产生此类损坏。反射裂缝也是开裂的主要损坏形式之一。反射裂缝经常发生在面层使用初期，并且经常伴随唧泥现象。为了判断是否由于下层出现的裂缝引起上层裂缝，可在新面层的裂缝处钻取芯样进行鉴赏。3沥青路面的处治措施3.1裂缝修补由于路面基层温缩、干缩等引起的纵向和横向裂缝，裂缝在5mm以内的，宜将缝隙刷扫干净，并用压缩空气吹去尘土后，采用热沥青或乳化沥青（潮湿时）灌缝撒料法封堵，灌入深度为2/3的缝深，填入干净石屑或粗砂并捣实，将溢出缝外的沥青及石屑、砂清除。缝宽在5mm以上的应剔除缝内杂物和松动的缝隙边缘，或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净，采用砂粒式或细粒式热拌沥青混合料填充、捣实，并用烙铁封口，随即撒砂、扫均；潮湿时也可采用乳化沥青混合料填缝。在高温季节全部或大部分可愈合的轻微裂缝，可不加处理。对高温季节不能愈合的轻微裂缝，在高温季节可将有裂缝的路段清扫干净并匀洒少量沥青（在低温，潮湿季节宜采用阳离子乳化沥青），在匀撒一层2～5mm的干燥接净石屑或粗砂，最后用轻型压路机将矿料碾压。因路面沥青性能不好或路龄较长，油层老化产生较大面积的裂缝（包括网裂），但基层强度尚好时，通过技术经济比较，可选作用一些修理方法：第一，乳化沥青稀浆封层，封层厚度宜为3～6mm。第二，加铺沥青混合料上封层，或先铺设土工布后，再在其上加铺沥青混合料上封层。第三，改性沥青薄层罩面。第四，单层沥青表处。3.1.1灌缝和填缝美国在SHRP项目H-105内（路面面层养护材料与设备），对沥青路面裂缝修补的技术措施进行了研究，提出了一些养护决策依据与养护处治措施。在SHRPH-106（材料及其试验方法的开发）中对养护材料及其相关试验方法进行了试验研究。开裂后的路面的养护措施取决于裂缝的密度与程度。如果裂缝已经钝化或裂缝边缘损坏，达到了高度损坏，这类路面则最好采用诸如石屑封层稀浆封层措施。如果裂缝处于低度—中度损坏状态，开始向边缘损坏发展，裂缝宜采用修补。如果裂缝处伴有其它形式的损坏，如沉陷、边缘损坏、错台等更易引发路面的损坏，或在荷载作用下弯沉显著增大。维修措施可以采用修补或铣刨。但如果弯沉很大或损坏非常严重，为了临时服务交通，可仅对裂缝进行临时处治。尽管裂缝宽度是选择灌缝或填缝的关键因素，但特定类型裂缝的年横向移动量是最主要决策依据。通常，工作裂缝边缘损坏之前应采取填缝措施，而非工作裂缝中等边缘损坏到无边缘损坏范围内应采用灌缝材料。裂缝属于工作或非工作裂缝，可根据其类型判定。工作裂缝在方向上常为横向，但是某些纵向和斜向裂缝也可能满足3mm位移量的指标。填充工作裂缝的材料必须能粘结裂缝的两侧壁并能随裂缝的开与合而伸缩。在低温、低应力下具有一定延伸能力的橡胶改性材料一般适用于处治工作裂缝。非工作裂缝包含倾斜向裂缝、大多数纵向列和某些网状裂缝。由于裂缝间距小，裂缝宽度变化较小。较小的变化允许使用价廉和特殊要求较少的灌缝材料。有经验的技术人员一般可经验确定工作裂缝和非工作裂缝。填缝是一种预防性养护。理想地讲，当工作裂缝已发展到一定程度后就应进行填缝处理，填缝的时间最好安排在天气偏凉的季节（温度在7～18ºC），选择在有点凉的季节填缝出于两方面的考虑，第一，此时裂缝已开始张开（或尚未闭合），可以填充足够的材料；第二，裂缝张开正好在年均宽度左右，便于选择填缝材料，因为填缝材料能承受的胀缩总是有限的。3.1.2裂缝的处治措施裂缝的封闭处治方法通常由5个步骤组成：首先，裂缝的整修。采用裂缝刻槽机或金刚锯对裂缝刻槽，刻槽断面应具有垂直边缘且均匀。刻槽机上一般装有调节刻槽深度的装置。有些裂缝形状不规则，很难准确地在裂缝上进行刻槽，未刻到的部分与刻槽形成相邻的两道缝（槽），此时还应对余缝进行刻槽。第二，缝槽的清洁和干燥。需要采用吹风器，空气压缩机，刚毛刷等对已刻缝槽进行清洁，并采用热气枪进行干燥。第三，封面材料的材料准备和填充。主要仪具有：沥青锅、沥青分配器，垫条安放工具，输料器等。当路面潮湿或气温低于5ºC时，不得进行封面。封面料不应在输料管中停留，灌入时材料的温度应由供货商提供。一般裂缝修补时，是直接将修补材料填入缝槽中，但有时也将隔离粘附作用的材料，如聚乙烯泡沫垫条放在刻槽底部，再填入封面料放垫条的红应刻得深一点，垫条的宽度比缝（槽）宽25％，使垫条能固定在刻槽中。第四，整料。根据需要，采用橡皮棍将填缝材料修整为为凹形、齐平、帽形和梯形封顶等形式。梯形封顶尺寸一般为宽度76～127mm，厚度3.2～4.8mm。简易梯形封顶可以省去刻槽工序，快捷方便。刻槽梯形封顶的作用相当于磨耗层。帽形封顶方式时可较梯形封顶施工少一名工人，但处治效果降低，帽形封材料容易发生扩散性流动而变平，材料温度降低较快，与刻槽的粘附不够充分。第五，吸油。用砂或卫生纸罩在刚修整的材料上，防止刚施工完毕的封面材料在车轮作用下受磨损而脱落。3.1.3防治措施为了铺筑一条平整的横缝，摊铺时应调整好预留高度，控制不好的可采取相应高度的垫块，摊铺机从横缝处离开向前实施摊铺之前，熨平板必须适当拉紧并放置在垫块上，使熨平板处于正确的标高位置，即可避免在接缝处产生跳车现象或形成沉降、倾斜。在摊铺过程中，摊铺机螺旋送料器应连续传动，两侧应保持有不少于送料器高度2/3的混合料，摊铺速度均匀、缓慢、连续。熨平板运行平稳，不上下浮动，铺筑的路面就不会使车辆颠簸、倾斜。摊铺机驶离横缝之后，用楼耙清除接缝范围内过量的混合料，碾压时按要求先横向碾压再纵向碾压。3.2坑槽的修补方法坑槽修补可分为永久性修补、半永久性修补和临时性修补。永久性修补用于条件尚好，设计寿命较长的道路，包括挖除破损处材料、置换新的沥青混合料；半永久性修补用于防止较小的坑槽向更大损坏变化，修补方法与永久性修补相同，但不必将坑槽切割成矩形；临时性修补用于修补已经影响车辆行驶的坑槽，需要立即修补，也可用于严重影响行画的道路或已计划进行罩面或重建的道路。3.2.1坑槽的修整(1)局部挖补：局部挖补适用于坑槽范围，结构稳定的损坏，可采用人工挖凿、人工摊铺。首先沿坑槽损坏部分扩大10cm画线，线框呈矩形且与路中心平行或垂直。切割机延画线位置进行切割，深度约为3cm。人工凿除画线内的面层损坏部分、深度至坚实稳定的底面，但不应小于3cm。槽壁要垂直，槽底要平整。清除坑槽内碎粒和尘土。(2)机械铣刨：当路面出现大面积坑槽病害时，应采用铣刨机铣刨路面，重新铺筑面层。铣刨机铣刨操作程序为：根据路面铣刨的范围，呈矩形画线，且尽可能与路面中心平行。铣刨的宽度一般采用铣刨机铣刨宽度的倍数，长度不宜小于3m。铣刨深度以3cm为宜，铣刨面应平整。铣刨后，底面凡已松动的原沥青粒块应予以挖除，底面如为光滑的表面（如旧路面）则应予以凿毛，局部低处，用沥青混合料填平，夯实。铣刨时，应边铣刨边清扫路渣，便于铣刨机行走、找平。铣刨后，横向边口往往不整齐，可用切割机沿边线切割后，人工凿齐。扫除尘土和积水，晾干。由于基层原因而出现的坑槽或沉陷，坑槽的修整还包括对强度或稳定性不足时的下卧层或基层进行修整。3.2.2摊铺与压实在修整好的槽壁四周切割面上仔细涂上粘层油，然后摊入热拌沥青混凝土或冷铺沥青混合料铺平。混合料应首先摊入槽壁四周，由边向中摊铺，并避免混合料离析。面积小的修补面可用夯先四周后中间均匀夯实，面积大的宜用压路机碾压。挖补部分与原路一样平后，用烙铁熨平修补面的四周，使新旧路面结合良好。3.3其它损坏的处治措施3.3.1表面波浪防止表面波浪形成的关键因素是：尽可能保持摊铺机熨平板前方的混合料数量和劲度的一致。混合料数量的控制：首先正确安装进料器活门；其次在摊铺机向前移动过程中，保证刮板输送器和螺旋推运器连续输送混合料的时间不少于90％最好是连续运转。严格将混合料的温度、级配、液体含量控制在允许范围以内，藉以控制混合料的劲度。在施工过程中，操作人员严格按规程操作，并随时注意观察和检测，消除人为因素和机械因素造成的表面波浪。3.3.2麻面与骨料外露对于轻微的麻面和骨料外露，且数量较小的路段，可薄刷一层沥青，撒石屑或粗砂扫平压实。当沥青面不平油时，可在高温季节撒适当的细料，并用扫帚扫匀，使集料填充到路面的空隙中。大面积麻面应喷洒稠度较高的沥青，并撒适当粒径的石屑或粗砂，应使麻面部分中部的集料稍厚，周围与原路面接口要俏薄，定型要整齐，并碾压成型。麻面和骨料外露严重，或有松散且数量较大的路段，可在气温在10ºC以上时，清扫干净，重做沥青封面，其沥青洒布量为0.8～0.9kg/m²,然后撒布3～8mm石屑或粗砂5～8m³/1000m²扫匀后碾压成型。也可铺成10～15mm的沥青砂罩面。如在低温季节，也可以用稀浆封层。3.3.3松散和磨光因沥青用量偏少或因施工气温较低造成的沥青面层松散，处治方法为：先将路面上已松动了的矿料收集起来。待气温升至15ºC以上时按0.8～1.0kg/m²的用量喷洒沥青，再均匀撒上3～6mm的石屑或粗砂（5～8m³/1000m²）。用轻型压路机压实。对于因油温过高，沥青老化失去粘结性而造成的松散，应将松散部分全部挖除后，重作面层。因沥青与酸性石料间的粘附性不良而造成路面松散。应将松散部分全部挖除后，重作面层。重作面层的矿料不应使用酸性石料。在缺乏碱性石料的地区，应在沥青中掺入抗剥落剂、增粘剂或使用干燥的生石灰、消石灰、水泥等表面活性物质作为填料的一部分，或采用石灰浆处理粗骨料等抗剥落措施，以提高沥青与矿料的粘附力，并增加混合料的水稳性。由于基层或土基软化变形而造成的路面松散，应先处理好基层后，再重作面层。磨光的维修在高速公路、一级公路路表抗滑能力降低且已磨光的沥青面层，可用路面铣刨机直接恢复其表面的粗糙度。路面石料棱角被磨掉，路面光滑，抗滑性能低于要求值时，应加铺抗滑层。加铺时，应先处治好原路面上的各种病害，若原路表面沥青含量过多的薄层，应将其刮除后洒粘层油。罩面形式可以采用拌和法或层铺法施工的单层表面处治，也可以采用乳化沥青稀浆封层。3.3.4泛油和拥包在轻微泛油路段，可撒上3～5mm粒径的石屑或粗砂，并用压路机或控制车碾压。在泛油较重的路段，可先撒上5～10mm粒径的碎石，用压路机碾压。待稳定后，再撒3～5mm粒径的石屑或粗砂，并用压路机或控制机碾压。面层混合料中沥青含量过高，且已形成软层的严重泛油路段，可视情况采用下述方法之一进行处治：第一，先撒一层10～15mm粒径（或更大的）碎石，用压路机浆其压入路面，待基本稳定后，再分次撒上5～10mm粒径的碎石，并碾压成型。第二，将沥青含量过高的软层铣刨清除后，重做面层。处治时的施工要点，泛油处治时间应选择泛油路段已出现全面泛油的高温季节，并在当日气温较高的季节时进行。撒料应顺行车方向撒，先粗后细；做到少撒、薄撒、匀撒、无堆积、无空白。禁止使用含有粉粒的细料。采用压路机或引导行车碾压，使所撒石料均匀压入路面。如采用行车碾压，应及时将飞散的粒料扫回，待泛油稳定后，将多余石料清扫并回收。对于较小的油包、油垄或轻微的搓板，在气温较高时（或用加热器烘烤）铲除，也可用机械铣刨。铲除后找补平顺，再用热烙铁烙平。因基层强度不足或稳定性差而引起的严重