淺談瀝青砼路面水穩(wěn)基層伸縮縫的設(shè)置

1、28 淺談瀝青砼路面水穩(wěn)基層伸縮縫的設(shè)置廖雄文劉風云（江西省公路橋梁工程局南昌 330008）摘要： 本文通過對瀝青砼路面部分路段出現(xiàn)起拱及開裂現(xiàn)象的原因分析，提出了在路面水穩(wěn)基層施工過程中設(shè)置伸縮縫的處理辦法及其必要性。關(guān)鍵詞： 道路工程；瀝青砼路面；水穩(wěn)基層；伸縮縫設(shè)置0 前言長期以來，在水泥路面設(shè)計和施工中，設(shè)置伸縮縫的做法規(guī)范中有明確規(guī)定，且在施工中得到了高度重視。然而，在瀝青砼路面水穩(wěn)基層施工中設(shè)置脹縫或縮縫很多地方基本上沒有考慮，規(guī)范也沒有明文規(guī)定。在溫度變化的作用下，路面半剛性基層在沒有設(shè)置脹縫或縮縫情況下會出現(xiàn)膨脹起拱及收縮開裂現(xiàn)象，造成瀝青砼路面早期局部破壞的現(xiàn)象日趨嚴重，影

2、響了行車的舒適和安全，損壞了高速公路的社會形象。隨著我國高等級公路的發(fā)展，車輛荷載等級的提高，對柔性路面基層的要求也越來越高。因此，瀝青砼路面基層設(shè)置脹縫或縮縫刻不容緩。1 瀝青路面起拱病害現(xiàn)象的觀察通過對目前已通車使用的幾條高速公路的觀察，特別在通過今年夏季連續(xù)罕見高溫作用下，2003年 6月 28日通車的昌泰高速公路很多地段瀝青砼路面拱起，拱起的高度約10cm；1997 年 12 月通車的昌樟高速瀝青路面中也有多處隆起現(xiàn)象。2000 年通車的昌傅高速公路、2002 年 12 月 28 日通車的梨溫高速公路沒有起拱現(xiàn)象，昌撫路已通車八九年也有很多地方起了拱。就連通車十幾年的南高一級公路基本上

3、是100-200m 起一道拱， 所有的起拱都是沿路基橫斷面貫通的，對起拱處挖開檢查，發(fā)現(xiàn)都是因為上基層水穩(wěn)拱起，導致油面隆起，下基層未發(fā)現(xiàn)拱起現(xiàn)象。2 產(chǎn)生病害機理我國現(xiàn)行的高等級公路路面基層基本上利用水泥穩(wěn)定碎（礫）石結(jié)構(gòu)，而且一般都設(shè)上、下基層。由于按現(xiàn)在一般的瀝青路面基層施工工藝，在基層充分飽水養(yǎng)生情況下會及時用乳化瀝青進行下封，使其處于飽水狀態(tài)，以保證基層強度。水泥穩(wěn)定碎（礫） 石基層屬半剛性體，它具有熱脹冷縮的性質(zhì)，產(chǎn)生溫度應變主要有：2.1 固相外觀脹縮性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料固相顆粒大部分為結(jié)晶體和部分非結(jié)晶體，其熱學性質(zhì)由質(zhì)點間的鍵性和熱運動以及結(jié)構(gòu)組成所決定。無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的

4、礦物組成比較復雜，但主要可分為原材料礦物和新生膠結(jié)構(gòu)礦物；水泥穩(wěn)定礫石原材料礦物組成其主要為 sio2和 al2o3，熱脹縮性系數(shù)為810-6/ ，新生膠結(jié)構(gòu)礦物主要成分為c-s-h 凝膠體，它由微小晶體組成，熱脹縮性系數(shù)一般為102010-6/ ；由于組成固相復合材料的礦物具有不同的熱脹縮性，但又是膠結(jié)為整體材料，所以其熱脹縮性是各組成單元間的綜合效應。2.2 水對無機結(jié)合料穩(wěn)定材料熱脹縮性的影響無機結(jié)合料穩(wěn)定材料內(nèi)部廣泛分布有空隙，包括大空隙、毛細孔和膠凝孔。自由水存在于大空隙中，毛細水存在于毛細孔和膠凝中，表面結(jié)合水存在于一切固體表面，層間水存在于晶胞和凝膠物層間，結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水存在于礦

5、物晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部；水對無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的熱脹縮性的影響較大，主要通過三種作用而實現(xiàn)的，即擴張作用、毛細管張力和冰凍作用。水有相當大的熱脹縮系數(shù)（常溫度下達 7010-6/ ） ，經(jīng)固相部分的熱脹縮系數(shù)大47 倍，溫度升高時，水的擴張壓力使顆粒間距增大而產(chǎn)生膨脹。2.3 施工時溫度對基層的影響冬季施工的水穩(wěn)，由于氣溫較低，材料的顆粒處于冷縮狀態(tài)，在冬季時它是穩(wěn)定的。到了夏季溫度較高， 這些顆粒受熱膨脹，結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度應力，即脹力，脹力超過臨界值時，水穩(wěn)基層橫斷面拱起造成破壞。反之，若夏季（或溫度超過年平均氣溫）施工的水穩(wěn)，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部受熱充分膨脹，占有了充分的體積，到了冬季由于氣溫較低，原來膨脹

6、的顆粒進行收縮，結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生收縮力，該力超過結(jié)構(gòu)允許拉應力時，便產(chǎn)生橫向收縮裂縫，造成路面的破壞。若在年平均氣溫時期內(nèi)施工的水穩(wěn)，由于溫29 差較小結(jié)構(gòu)內(nèi)顆粒脹縮不大，溫度應力較小，結(jié)構(gòu)不會破壞。從上述破壞的路段來看，昌泰、昌樟高速公路水穩(wěn)施工期正值冬季，所以到了夏天很多地段造成起拱破壞。昌傅、梨溫高速公路水穩(wěn)是夏季施工的，所以未產(chǎn)生起拱現(xiàn)象。3 水穩(wěn)基層溫度應變分析計算根據(jù)對 2002 年 10 月 2003 年 8 月昌泰 ap2標路面表層溫度現(xiàn)場量測，最低溫度為5，最高溫度（每天持續(xù)4 小時以上）為60，施工時平均溫度均在15左右，溫度增加變化 t=45，溫度減小變化 t=10；水泥含量為

7、5.0 ，查表得水泥穩(wěn)定砂礫溫度脹縮系數(shù)t=37.5210-6/ ；由溫度應變t=l/l， t=t/ t；式中l(wèi)為溫度變化t時，長度為l的基層路段整體脹縮量。計算出200m 長的路面基層溫度變化膨脹量l=l*t*t=200m 37.5210-6/ 45=0.34m。計算出200m 長的路面基層溫度變化收縮量l=l*t*t=200m 37.5210-6/ 10=0.07m。通過以上的計算不難看出，當溫度變化很大時，在一定長度內(nèi)會產(chǎn)生很大的脹縮量，從而導路面的破壞；如在一定長度內(nèi)設(shè)置脹縮縫便能有效的解決水穩(wěn)基層的脹縮問題。4 預防病害的措施及處理方法隨著交通的發(fā)展，荷載等級的提高，對基層的要求也越

8、來越高。如何使水穩(wěn)基層既能承受較大的荷載，又不因為產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象致使瀝青路面受到破壞。 這是高等級瀝青路面施工急需解決的問題。為此，提出以下預防措施。4.1 利用有利的施工季節(jié)選擇較好的施工季節(jié)，若工期許可的話，水穩(wěn)基層施工最好選在年平均氣溫時期施工。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應力較小，水穩(wěn)不易產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象。因此，上基層可不設(shè)脹縫或縮縫，這是最理想的施工時間，穩(wěn)定不易產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，因此上基層不設(shè)脹縫和縮縫，這是最理想的。4.2 高溫季節(jié)施工的水穩(wěn)基層水穩(wěn)基層在夏季或高于年平均氣溫期間施工，上基層宜設(shè)置縮縫，縮縫間距可根據(jù)當?shù)氐臏夭钭兓笮⊥ㄟ^上述公式進行計算確定，縫深不小于該層水穩(wěn)厚度的1/4

9、，并灌注瀝青填縫料，為防止裂縫反射到瀝青路面上使瀝青路面產(chǎn)生裂縫，可在縮縫處橫向貫通布設(shè)一層自粘式玻璃纖維土工格柵，格柵寬度1.5m，以縫中心對稱布置。4.3 低溫季節(jié)施工的水穩(wěn)基層水穩(wěn)基層在冬季或氣溫低于年平均氣溫期間施工，水穩(wěn)上基層宜設(shè)置脹縫，脹縫設(shè)置間距及縫寬可根據(jù)當?shù)氐臏夭钭兓笮⊥ㄟ^上述公式進行計算確定，深度為該層水穩(wěn)的厚度。填縫料宜用瀝青填縫料或用細粒式斷級配瀝青砼填筑并夯實。在脹縫上橫向貫通鋪設(shè)一層自粘式玻璃纖維土工格柵，格柵寬度 1.5m，沿脹縫中心對稱布置。4.4 處理措施應避免的誤區(qū)現(xiàn)今路面水穩(wěn)基層施工過程中，在出現(xiàn)起拱及開裂現(xiàn)象時，人們總會習慣于把問題歸結(jié)于水泥用量的多少

10、。在出現(xiàn)病害后往往就要求采取減少水泥用量的辦法來處理，雖然能產(chǎn)生一定的效果，但這樣做不可避免使路面水穩(wěn)基層的強度降低，無法保證工程的質(zhì)量，因此我們在采取該方法時應慎重，避免出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象發(fā)生。5 設(shè)置脹縫實例5.1 病害簡介在昌泰高速公路ap2 標路面施工過程中，在鋪筑完瀝青中面層時，經(jīng)過一段時間的行車，發(fā)現(xiàn)部分路段有路面起拱現(xiàn)象，通過對其切開進行檢查發(fā)現(xiàn)，是由于路面水穩(wěn)上基層因溫度變化隆起而造成的。5.2 處理辦法通過研究決定，在路面起拱處采取設(shè)置脹縫的辦法進行處理，具體方法及步驟如下（如圖1、2 所示） ：5.2.1根據(jù)油面起拱呈橫向條狀形，確定處理范圍圖 1 鑿開后的縱向處理圖圖 2

11、 補平縱向處理圖30 （ m ） ，帶線將油面橫向進行切割，前后間距2m ，切割后鏟除油面。5.2.2用風鎬配合人工鑿除上基層，基層鑿除面保持垂直，并清掃干凈。5.2.3對下基層灑粘層油，用油量為 0.4 0.6kg/m2。5.2.4拌和材料規(guī)格為1.0 4.0cm 黑色碎石鋪16cm厚，拌和并鋪4cm 瀝青混合料封水層，分層人工攤鋪，整體碾壓。5.2.5用 16cm厚黑色碎石采用乳化瀝青人工或拌和機拌和， 4cm 厚瀝青混合料利用正在施工的中面層料。5.2.6用攤鋪機攤鋪補平下面層，施工材料及要求同下面層，在施工前橫縫處貼玻璃土工格柵。5.2.7用攤鋪機攤鋪補平中面層，施工材料及要求同中面層，施工前在橫縫處貼玻璃土工格柵。5.3 處理后的效果通過對采取了設(shè)置脹縫處理的路段的觀察，特別是在經(jīng)歷了持續(xù)一個多月罕見的高溫條件下的行車碾壓后我們檢查發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置了脹縫的路段未發(fā)現(xiàn)有路面起拱的現(xiàn)象，而在未設(shè)置脹縫的路段局部卻產(chǎn)生程度不一路面起拱現(xiàn)象。6 結(jié)語為了避免因溫度變化而造成瀝青砼路面的早期局部破壞，建議設(shè)計部門在進行瀝青砼路面上基層設(shè)計時，應考慮到縮縫或脹縫的設(shè)置