某高速公路沥青混合料病害调查与分析

某高速公路沥青混合料病害调查与分析

高速公路的沥青路面结构为4cm自适应沥青sup-13、5cm普通沥青sup-20、75cm普通沥青sup-25，基地为半刚性基地。该沥青路面通车3年后便出现不同程度的早期损坏现象,主要损坏形式有坑槽、露骨、唧浆、弯沉超标和沉陷等(路面典型病害见图1),严重影响道路的使用功能。1病害统计结果为全面了解目前该道路的病害情况,根据调查和检测结果,对全路段的病害资料进行综合统计,分析结果见表1(弯沉主要以行车道统计,其他病害是全断面统计)。1.1对洪水造成和弯曲沉降超标准段的统计分析根据调查和检测资料,对行车道进行水损害与弯沉超标路段的相关统计分析,结果见表2。1.2沉陷和碳质材料上出现弯沉超标的路段长度为了解弯沉超标对沉陷和搓板路段的影响,根据相关资料,沉陷和搓板路段上出现弯沉超标的路段总长度如表3所示。从表3可以看出,弯沉超标路段多出现沉陷和搓板病害,说明沉陷和搓板是引起路面弯沉超标的原因之一。1.3基于不同类型的纵向沉降，弯曲沉降值为为了解各种病害类型对弯沉值的影响,根据相关资料分析,弯沉超标路段按各种病害类型长度加权的弯沉值统计结果见表4。2水损害发生在中、左幅根据该高速公路养护工程有限公司提供的资料,综合统计行车道修补层位长度所占百分比,上面层为2.7%,上中面层为24.7%,上中下面层为6.7%。说明上表面层发生的水损害相对较小;上中面层所需修补所占的百分比相对来说最大,这说明水损害主要是从中面层开始的。所以,对整个沥青路面结构层来说,水损害主要发生在中面层。现场检测过程中,在钻芯、切块取样时,中面层看得到明显的较多空隙、集料与沥青剥落现象,也证实了水损害主要发生在中面层。由表1可以看出,右幅的水损害比左幅严重。主要是因为右幅为南下广州方向,重载、超载车多于左幅,这也说明重载、超载车对沥青路面水损害的影响明显。2.1沥青面施工该高速公路部分路段沥青混合料施工最低气温仅为5℃左右,同时,为赶进度,施工单位不分昼夜进行沥青面层施工,而且是改性沥青上面层的施工,低温运输、摊铺更容易造成混合料温度和集料离析,混合料压实不均匀,雨水容易进入路面结构层而导致沥青面层产生水损害。2.2抗剥削剂和沥青本高速公路表面层采用中性或酸性石料,设计采用在沥青中加入0.3%抗剥落剂的方法来改善沥青与石料的粘附性。研究证明,一般抗剥落剂的热稳定性能不好,在与沥青共同加热老化的过程中,抗剥落剂的活性基团与母体断裂形成化学活性更强的自由基。这种自由基极易与沥青中的某些活性组分发生反应,形成对沥青性能十分不利的新化合物,并且使沥青的组分产生变化。同时,抗剥落剂的挥发性较强,一般135℃就开始强烈挥发。而其挥发残留物有可能损害沥青的流变行为性质,使沥青的延度急剧下降。虽然掺加胺类表面活性剂确实会使粘附性的室内试验结果很好,但这种材料的耐热性差和水溶性的缺点将随使用时间的延长而使长期效果受到影响,甚至会使沥青乳化后随水流走。抗剥落剂在某种程度上还与岩石的种类有一定的配伍性,所以抗剥落剂也要通过试验来确定。该高速公路沥青混合料配合比设计时,不同石料采用同一剂量、同一种抗剥落剂的做法是不妥的。将回收沥青与抽提干净的粗集料的粘附性和原样沥青与抽提干净的粗集料的粘附性比较,前者的粘附性比后者的低,特别是非碱性集料,前者虽然使用了胺类抗剥落剂,但后期实际使用效果并不好。2.3路面内部排水系统内的研究与一般路段相比,车辆在长、大纵坡上行驶时的速度较慢(对路面的荷载作用较长),车辆加速与减速较频繁(对路面特别是沥青面层产生的水平荷载较大)。因此,一般来说,长、大纵坡路段更加容量产生车辙。目前,该高速公路长、大纵坡路段不仅车辙出现的频率比一般路段高,而且水损害相当严重。水损害严重主要与路面内部积水较多有关。一般来说,长、大纵坡路表水更容易排出路面范围,但路面结构内部的积水则相反,由于水总是往坡降大的地方渗流(基本符合层流渗透规律),长、大纵坡的内部积水主要是沿纵坡往下渗流,而长、大纵坡内部积水的渗流路径(纵坡坡长)比一般路段(半幅路宽)长得多,所以长、大纵坡路面的内部积水时间更长。沥青面层承受较大的水平剪应力、较长的荷载作用时间以及较长时间的内部积水是造成长、大纵坡水损害更严重的主要原因。2.4水损害与弯沉超标之间的相关性从表2可知,全线水损害路段内,弯沉超标的路段长度仅占水损害全长的51%～55%,也就是说,45%～49%的水损害路段内没有出现弯沉超标。弯沉超标路段内,水损害的路段长度仅占弯沉超标路段全长的52%～61%,也就是说,39%～48%的水损害路段内没有出现弯沉超标。这说明水损害与弯沉超标之间有一定的联系,但不是必然联系。存在相关性的主要原因是一部分弯沉超标是由于路面结构内部的水引起的,同时,它也是导致沥青路面水损害的原因。比较两者对应百分比,弯沉超标路段中水损害路段长度占弯沉超标路段总长度的百分比均大于水损害路段中弯沉超标路段长度占水损害路段总长度的百分比,说明从全线平均水平上讲,弯沉超标对水损害的影响比水损害对弯沉超标的影响稍大。3单幅计算该高速公路全线行车道弯沉超标共计约71km(按双幅计),左幅达到22.5%,右幅达到33.5%。结合现场和室内试验结果,分析弯沉超标路段比例高的主要原因。3.1基层配比和强度通过现场钻芯取样发现,取样位置(含弯沉达标的路段)底基层因松散,芯样无一取出,说明底基层破坏情况严重。强度和现场承载板试验结果也说明基层强度不高,而且施工厚度达不到设计要求(与上基层表面1～2cm左右没有与其下部形成完整的整体、出现松散有关)。从上、下基层的强度对比可知,上基层强度明显低于下基层,同样配比情况下出现强度差异,与路面内部积水导致的动水压力冲刷作用和上基层本身施工质量差有关。同时,由于施工工期紧,路面基层施工时各个工序的控制不到位,基层材料的选择和运用不当,导致基层强度不足。从表4中弯沉超标路段按各种病害类型长度加权的左右幅弯沉值的结果可知,无论哪种病害类型,右幅的加权弯沉值均比左幅的大,而右幅的重载、超载车多于左幅。这说明可能由于基层施工质量差,在车辆荷载作用下导致基层产生早期疲劳开裂,引起路面弯沉超标。3.2荷载对底基层的影响施工车辆荷载对底基层造成极为严重的破坏。我国常规的基层施工方法是利用已铺筑的底基层作为运输通道来运输基层材料,计算结果表明,直接在路基上修筑半刚性基层时,基层施工车辆荷载对底基层的破坏是致命的。根据我国规范,按设计弯沉计算,一般结构底基层允许100kN标准轴载通过次数为10000次左右,基本小于运输基层材料所需施工车辆的通过次数。如果按我国现行规范计算底基层的弯拉应力,则情况更为严重。若考虑施工车辆的超载影响(这是一种普通现象),当底基层强度较差时,这种破坏非常可怕。因此,可以认为底基层在施工中很可能底部出现了不少的微裂缝。在国外,修筑基层时要求铺设便道,不允许施工车辆在刚铺筑的基(底基)层上行驶,就是为了防止施工车辆对基(底基)层造成破坏。3.3基层路基和土基部分地下水位较高的挖方路段,没有考虑设纵向渗沟,导致地下水位较高,路基和基层的含水量比较高,并且根据承载板法实测的土基和基层模量在破坏路段相对较小。中央分隔带渗水、排水管位置设置不合理及结构层排水不畅可能是产生弯沉超标、承载力下降的重要原因。3.4强度下降,影响基层组织水损害的主要破坏形式为网裂、坑洞和唧浆,在全线都比较普遍。路面早期损害导致面层混合料松散,水很容易进入基层和路基,使路基强度下降,也是弯沉超标的重要原因。从表3可知,沉陷路段基本上弯沉超标(>92%),其原因是沉陷主要由路基引起。由于路基的沉陷,导致底基层与路基脱空,在车辆荷载作用下,底基层和基层遭到破坏(右幅比左幅大,说明车辆荷载将加速这种破坏),从而引起弯沉超标。从表3可以看出,搓板路段基本上出现了弯沉超标(左右幅总长度占96%),说明弯沉超标会引起搓板现象。3.5路面弯沉检测从弯沉检测结果可知,路表弯沉超标的另一主要原因是弯沉检测数据离散。该高速公路全线路面设计弯沉值为22.7(0.01mm),但实际检测计算按公里统计的代表弯沉值最大达71.82(0.01mm)。表4中弯沉超标路段按各种病害类