哈同高速公路沥青路面病害调查与分析

哈同高速公路沥青路面病害调查与分析

根据黑龙江省的实际情况，对当地气候、环境、材料等系统的设计和施工模式进行了探讨，并用于指导道路建设。这是高速公路建设的一个重要课题。针对季藏区道路及周边绿地的疾病，制定了适当的防治措施，促进了季藏区道路及周边绿地的建设与合理的冬季建设。1疾病的检查1.1哈菲高速公路疾病(1)高速公路运行速度及行车速度计算哈尔滨至绥化高速公路工程,双向四车道高速公路,计算行车速度120km/h,高速公路建设里程79.138km,一级路4.168km。2000年10月建成通车。(2)k14+400k15+200段K11+000~K12+000段:填土高度大于4m,从调查结果来看主要是横缝,该路段路面单幅,共有50条裂缝,平均每20m一条,其中前18条裂缝均有切缝现象,裂缝最宽为30mm,最窄1.5mm,纵缝最长8.5m;K14+000~K15+000段:填土高度均小于4m,其中在K14+400~K14+500处填土高度小于1m,在此区间还有跨线桥与之立体相交,该段横缝间距较密。主要是横缝,该路段路面单幅(1000m)共有75条裂缝,平均每13.3m一条,裂缝最宽50mm,最窄1.5mm,纵缝最长51.8m在路肩与主车道交汇处;SMA实验段:哈绥公路采用了沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)实验段,对此路段进行了病害调查,比较一下与其它路段的病害情况。K2+000~K2+200段平均填土高度大于4m。主要是横缝,该路段路面(200m)单幅共有11条裂缝,平均每18.18m一条,裂缝宽度,均小于5mm,无纵缝。1.2哈华路易事(1)哈同公路上林海长丝出口哈同公路是哈尔滨到同江汽车专用二级公路,设计车速80km/h,哈同公路西起哈尔滨市“东二”出口,东至佳木斯西出口,全长324.6km。1997年10月建成通车,目前正在维修加固。(2)车辙病害调查图1K556+000~K555+000段。填土高度小于4m,从调查结果来看,主要病害有坑槽、网裂、修补、沉陷等,路面损坏严重。该路段路面(1000m)共有59条裂缝,平均每19.2m一条,裂缝宽度大于5mm占16.9%。网裂、沉陷坑槽严重,最严重的网裂长达50m,占据整个半车道,修补面积有的占据整个半车道,延续几百米。对K555+900段车辙调查,超车道平均车辙深度为12.6mm,主车道平均车辙深度为8.6mm。对K556+900平整度调查,平整度平均值2.34mm。K548+000~K549+000段:从调查结果来看病害有坑槽、网裂、修补、沉陷等,损坏严重。该路段路面(1000m)共有51条裂缝,平均每19.6m一条。网裂严重。对K548+15段车辙调查,超车道平均车辙深度为14.82mm,主车道平均车辙深度11.12mm。对K556+900平整度调查,平整度平均值为5.23mm。2公路裂缝影响行车从对具有季冻区特点的哈同、哈绥公路路面的调查结果来看,虽然哈绥公路目前裂缝还未影响行车,但裂缝已经成为该路段的主要病害,这条路之所以使用状况良好,主要是因为交通量较少,而且重车经过较少。而哈同公路目前的病害已经影响了行车安全,路面损坏比较严重。2.1单缝2.1.1裂缝间距和填土高度变化的矛盾主要表现横向裂缝是沥青路面层发生最多的一种裂缝,对于填土高度不同的三段路面,横缝的间距也不同,低填土段平均裂缝间距为13.3m,而高填土段平均裂缝间距为20m,填土高度的不同对裂缝的密度确实产生了影响,低填土处,由于受季冻区冻胀病害的影响,易形成基层反射裂缝。2.1.2反射裂缝产生的原因哈同公路裂缝一个是基层和面层同时开裂,一个是基层完好,面层开裂,对K548+800~K549+000进行了取样,该段由于基层引起的反射裂缝占70%,由面层自身产生的裂缝占30%。下面来分析一下占70%基层反射裂缝产生的原因。沥青路面开裂的主要原因可分为两大类:一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝,一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝,包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝,一般称之为非荷载型裂缝。由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的,在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。(1)影响拉应力的因素哈同公路沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下,大于半刚性基层材料的抗拉强度时,半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝会逐渐扩展到上部,并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度。选取不同的沥青面层厚度和半刚性基层厚度,能够防止裂缝产生。(2)拉应力及拉应变产生裂缝的方式引起大的拉应力或拉应变,易被拉裂。根据对比,沥青在季冻区冬季,在结合得好的沥青面层下,开裂半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变,由于在较低温度下沥青面层通常较硬,它只能承受小的拉应力或拉应变,因此容易被拉裂,并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄,反射裂缝形成的愈早和愈多,抽样调查的路段70%裂缝是由于这种因素造成的。2.1.3冬季冷冻区温度裂缝的原因分析(1)拉应力沥青混合料的收缩沥青材料在较高温度条件下,具有良好的应力松驰性能,温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力,但当气温大幅度下降时,沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力,当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长,混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的,面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度,沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好,允许有一定的自由收缩时,裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限,收缩受路面结构的相互约束小,所以低温裂缝主要是横向的。(2)沥青—温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。在季冻区特别是在冬季,早晚温差特别大,降温速率快,升降温循环次数多,由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳,加上沥青的老化使沥青劲度增高,应力松驰性能降低,最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。2.2道路压实,加大了交通量哈同公路纵缝均发生在行车道上,并且在纵缝处伴有车辙发生,有的断断续续长达数百米,这与哈绥公路有着明显的差别,经过分析发现,造成哈同公路在纵向裂缝处伴有车辙病害的发生,主要是因为哈同公路交通量大,超载车辆对路面反复碾压所致。另外一个原因是,哈同公路采用的是二灰碎石基层,对其取样发现,其基层已经松散,失去了承载能力,在重车的碾压下,基层产生不均匀沉降,形成了纵缝。在哈绥公路K14+000~K15+000处,却出现了较长较宽的纵缝,其原因可能有两个:(1)在纵缝开裂处,是原旧路加宽处,由于加宽段与原路段沉降量不同,产生不均匀沉降,产生沿路肩纵向裂缝。(2)路基压实度不均匀,由于填土高度较小,在开春时路基边缘,受雨水侵蚀,土基产生冻胀,加上荷载的作用,产生不均匀沉降引起的。2.3沥青抗高温防止车辙对哈绥公路三段调查结果来看,高填土段车辙最大1.27mm,SMA段车辙最小0.51mm。渠化交通是高等级路面车辙损坏的主要原因,它在一般等级公路上,很少见到,它是由于道路横断面上车辆轮胎重复行驶,久而久之产生的一种路面损坏现象。其原因就是汽车的混合行驶轮迹分布在很窄范围内,车辙一般发生在温度较高的季节,沥青面层在车辆反复碾压下产生永久变形和塑性流动而逐渐形成。它通常是在伴随着沥青面层压缩沉陷的同时,出现侧向隆起,二者结合起来构成的,哈绥路是半刚性基层,由于半刚性基层路面具有较大的刚度,所以路面的永久变形发生在沥青面层中。从这三段路车辙统计(见表1)分析SMA路段车辙小于其他两段。SMA使用优质石料,间断级配,使粗集料相互嵌挤形成骨架,在荷载的作用下,骨料很难发生移动,使路面不宜产生车辙,这说明SMA高温稳定性很好,从这点来看SMA面层有很大的优越性,所以为了防止车辙的发生,应提高沥青面层的高温稳定性。从表1可以看出车辙与平整度的关系,A段平均车辙值大于B段,A段的平整度平均值也大于B段平整度平均值,对比发现车辙和平整度具有很强的线形相关性,车辙明显降低路面的平整度。这表明车辙不仅引起路面横向断面变化,而且降低路面纵向平整度。2.4路基土泥浆在唧浆处,伴有裂缝、网裂和修补面积,其发生地点在主车道轮迹处。在北方春暖花开时,路面和路基结构由上而下逐渐解冻,而积聚在路基上层的水分先融解,水分难以迅速排除,造成路面上层的湿度增加,路面结构的承载能力便大大降低。若是在交通量繁重的地区,经重车反复作用,路基路面结构会产生较大的变形,严重时,路基土以泥浆的形式从膨胀的路面缝隙中冒出,形成唧浆。通过对哈绥和哈同公路的调查发现,就其数量上统计,哈绥路唧浆为极少数,而哈同公路唧浆数量很多,并且在唧浆处常伴有网裂发生,已经对道路交通产生了影响。3沥青路面病虫害防治措施3.1新旧路接茬、比宽路基搭接一是,处理好软弱土基,除常用换填方法外,可结合土工布、粉喷桩、塑料插板等技术措施。二是,路基填料上既要因地制宜,又要兼顾均衡性;在新旧路接茬处尤为重要。一方面宜选用大台阶搭接(宽度在2m左右为宜),另一方面在帮宽路基填料选用上应注重减少沉降量的控制;在整体路基填筑中及路基搭接处可采用土工布、土工格栅等新材料。三是,选择适宜的路堤高度。过低易造成因水害引发的路面病害,过高易造成因沉降引发的路面病害,在本地区建议在2~5m为宜,同时注重边坡排水设计与维护。3.2和半刚性基层材料一是,要提高路面结构标准。目前车辆交通及超载车和重载车比例激增,不仅是管理问题,也是现实问题。设计应适应这一变化。二是,面层和半刚性基层应具有足够的强度与厚度要求以抵御裂缝的产生,重交通以上干路以厚度宜在15~20cm,半刚性基层厚度宜在35~45cm;应选用抗冲刷性能好、干缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。三是,透层必须起到固结、封闭、与基层结为一体的作用。宜采用煤油稀释的中凝液体沥青或阳离子乳化沥青,上基层要求至少透下去5mm。四是,利用新技术改善沥青混