某高速公路瀝青混合料病害調(diào)查與分析

某高速公路瀝青混合料病害調(diào)查與分析

高速公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)為4cm自適應(yīng)瀝青sup-13、5cm普通瀝青sup-20、75cm普通瀝青sup-25，基地為半剛性基地。該瀝青路面通車3年后便出現(xiàn)不同程度的早期損壞現(xiàn)象,主要損壞形式有坑槽、露骨、唧漿、彎沉超標(biāo)和沉陷等(路面典型病害見圖1),嚴(yán)重影響道路的使用功能。1病害統(tǒng)計結(jié)果為全面了解目前該道路的病害情況,根據(jù)調(diào)查和檢測結(jié)果,對全路段的病害資料進(jìn)行綜合統(tǒng)計,分析結(jié)果見表1(彎沉主要以行車道統(tǒng)計,其他病害是全斷面統(tǒng)計)。1.1對洪水造成和彎曲沉降超標(biāo)準(zhǔn)段的統(tǒng)計分析根據(jù)調(diào)查和檢測資料,對行車道進(jìn)行水損害與彎沉超標(biāo)路段的相關(guān)統(tǒng)計分析,結(jié)果見表2。1.2沉陷和碳質(zhì)材料上出現(xiàn)彎沉超標(biāo)的路段長度為了解彎沉超標(biāo)對沉陷和搓板路段的影響,根據(jù)相關(guān)資料,沉陷和搓板路段上出現(xiàn)彎沉超標(biāo)的路段總長度如表3所示。從表3可以看出,彎沉超標(biāo)路段多出現(xiàn)沉陷和搓板病害,說明沉陷和搓板是引起路面彎沉超標(biāo)的原因之一。1.3基于不同類型的縱向沉降，彎曲沉降值為為了解各種病害類型對彎沉值的影響,根據(jù)相關(guān)資料分析,彎沉超標(biāo)路段按各種病害類型長度加權(quán)的彎沉值統(tǒng)計結(jié)果見表4。2水損害發(fā)生在中、左幅根據(jù)該高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司提供的資料,綜合統(tǒng)計行車道修補層位長度所占百分比,上面層為2.7%,上中面層為24.7%,上中下面層為6.7%。說明上表面層發(fā)生的水損害相對較小;上中面層所需修補所占的百分比相對來說最大,這說明水損害主要是從中面層開始的。所以,對整個瀝青路面結(jié)構(gòu)層來說,水損害主要發(fā)生在中面層?，F(xiàn)場檢測過程中,在鉆芯、切塊取樣時,中面層看得到明顯的較多空隙、集料與瀝青剝落現(xiàn)象,也證實了水損害主要發(fā)生在中面層。由表1可以看出,右幅的水損害比左幅嚴(yán)重。主要是因為右幅為南下廣州方向,重載、超載車多于左幅,這也說明重載、超載車對瀝青路面水損害的影響明顯。2.1瀝青面施工該高速公路部分路段瀝青混合料施工最低氣溫僅為5℃左右,同時,為趕進(jìn)度,施工單位不分晝夜進(jìn)行瀝青面層施工,而且是改性瀝青上面層的施工,低溫運輸、攤鋪更容易造成混合料溫度和集料離析,混合料壓實不均勻,雨水容易進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層而導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生水損害。2.2抗剝削劑和瀝青本高速公路表面層采用中性或酸性石料,設(shè)計采用在瀝青中加入0.3%抗剝落劑的方法來改善瀝青與石料的粘附性。研究證明,一般抗剝落劑的熱穩(wěn)定性能不好,在與瀝青共同加熱老化的過程中,抗剝落劑的活性基團(tuán)與母體斷裂形成化學(xué)活性更強的自由基。這種自由基極易與瀝青中的某些活性組分發(fā)生反應(yīng),形成對瀝青性能十分不利的新化合物,并且使瀝青的組分產(chǎn)生變化。同時,抗剝落劑的揮發(fā)性較強,一般135℃就開始強烈揮發(fā)。而其揮發(fā)殘留物有可能損害瀝青的流變行為性質(zhì),使瀝青的延度急劇下降。雖然摻加胺類表面活性劑確實會使粘附性的室內(nèi)試驗結(jié)果很好,但這種材料的耐熱性差和水溶性的缺點將隨使用時間的延長而使長期效果受到影響,甚至?xí)篂r青乳化后隨水流走?？箘兟鋭┰谀撤N程度上還與巖石的種類有一定的配伍性,所以抗剝落劑也要通過試驗來確定。該高速公路瀝青混合料配合比設(shè)計時,不同石料采用同一劑量、同一種抗剝落劑的做法是不妥的。將回收瀝青與抽提干凈的粗集料的粘附性和原樣瀝青與抽提干凈的粗集料的粘附性比較,前者的粘附性比后者的低,特別是非堿性集料,前者雖然使用了胺類抗剝落劑,但后期實際使用效果并不好。2.3路面內(nèi)部排水系統(tǒng)內(nèi)的研究與一般路段相比,車輛在長、大縱坡上行駛時的速度較慢(對路面的荷載作用較長),車輛加速與減速較頻繁(對路面特別是瀝青面層產(chǎn)生的水平荷載較大)。因此,一般來說,長、大縱坡路段更加容量產(chǎn)生車轍。目前,該高速公路長、大縱坡路段不僅車轍出現(xiàn)的頻率比一般路段高,而且水損害相當(dāng)嚴(yán)重。水損害嚴(yán)重主要與路面內(nèi)部積水較多有關(guān)。一般來說,長、大縱坡路表水更容易排出路面范圍,但路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的積水則相反,由于水總是往坡降大的地方滲流(基本符合層流滲透規(guī)律),長、大縱坡的內(nèi)部積水主要是沿縱坡往下滲流,而長、大縱坡內(nèi)部積水的滲流路徑(縱坡坡長)比一般路段(半幅路寬)長得多,所以長、大縱坡路面的內(nèi)部積水時間更長。瀝青面層承受較大的水平剪應(yīng)力、較長的荷載作用時間以及較長時間的內(nèi)部積水是造成長、大縱坡水損害更嚴(yán)重的主要原因。2.4水損害與彎沉超標(biāo)之間的相關(guān)性從表2可知,全線水損害路段內(nèi),彎沉超標(biāo)的路段長度僅占水損害全長的51%～55%,也就是說,45%～49%的水損害路段內(nèi)沒有出現(xiàn)彎沉超標(biāo)。彎沉超標(biāo)路段內(nèi),水損害的路段長度僅占彎沉超標(biāo)路段全長的52%～61%,也就是說,39%～48%的水損害路段內(nèi)沒有出現(xiàn)彎沉超標(biāo)。這說明水損害與彎沉超標(biāo)之間有一定的聯(lián)系,但不是必然聯(lián)系。存在相關(guān)性的主要原因是一部分彎沉超標(biāo)是由于路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水引起的,同時,它也是導(dǎo)致瀝青路面水損害的原因。比較兩者對應(yīng)百分比,彎沉超標(biāo)路段中水損害路段長度占彎沉超標(biāo)路段總長度的百分比均大于水損害路段中彎沉超標(biāo)路段長度占水損害路段總長度的百分比,說明從全線平均水平上講,彎沉超標(biāo)對水損害的影響比水損害對彎沉超標(biāo)的影響稍大。3單幅計算該高速公路全線行車道彎沉超標(biāo)共計約71km(按雙幅計),左幅達(dá)到22.5%,右幅達(dá)到33.5%。結(jié)合現(xiàn)場和室內(nèi)試驗結(jié)果,分析彎沉超標(biāo)路段比例高的主要原因。3.1基層配比和強度通過現(xiàn)場鉆芯取樣發(fā)現(xiàn),取樣位置(含彎沉達(dá)標(biāo)的路段)底基層因松散,芯樣無一取出,說明底基層破壞情況嚴(yán)重。強度和現(xiàn)場承載板試驗結(jié)果也說明基層強度不高,而且施工厚度達(dá)不到設(shè)計要求(與上基層表面1～2cm左右沒有與其下部形成完整的整體、出現(xiàn)松散有關(guān))。從上、下基層的強度對比可知,上基層強度明顯低于下基層,同樣配比情況下出現(xiàn)強度差異,與路面內(nèi)部積水導(dǎo)致的動水壓力沖刷作用和上基層本身施工質(zhì)量差有關(guān)。同時,由于施工工期緊,路面基層施工時各個工序的控制不到位,基層材料的選擇和運用不當(dāng),導(dǎo)致基層強度不足。從表4中彎沉超標(biāo)路段按各種病害類型長度加權(quán)的左右幅彎沉值的結(jié)果可知,無論哪種病害類型,右幅的加權(quán)彎沉值均比左幅的大,而右幅的重載、超載車多于左幅。這說明可能由于基層施工質(zhì)量差,在車輛荷載作用下導(dǎo)致基層產(chǎn)生早期疲勞開裂,引起路面彎沉超標(biāo)。3.2荷載對底基層的影響施工車輛荷載對底基層造成極為嚴(yán)重的破壞。我國常規(guī)的基層施工方法是利用已鋪筑的底基層作為運輸通道來運輸基層材料,計算結(jié)果表明,直接在路基上修筑半剛性基層時,基層施工車輛荷載對底基層的破壞是致命的。根據(jù)我國規(guī)范,按設(shè)計彎沉計算,一般結(jié)構(gòu)底基層允許100kN標(biāo)準(zhǔn)軸載通過次數(shù)為10000次左右,基本小于運輸基層材料所需施工車輛的通過次數(shù)。如果按我國現(xiàn)行規(guī)范計算底基層的彎拉應(yīng)力,則情況更為嚴(yán)重。若考慮施工車輛的超載影響(這是一種普通現(xiàn)象),當(dāng)?shù)谆鶎訌姸容^差時,這種破壞非?？膳隆Ｒ虼?可以認(rèn)為底基層在施工中很可能底部出現(xiàn)了不少的微裂縫。在國外,修筑基層時要求鋪設(shè)便道,不允許施工車輛在剛鋪筑的基(底基)層上行駛,就是為了防止施工車輛對基(底基)層造成破壞。3.3基層路基和土基部分地下水位較高的挖方路段,沒有考慮設(shè)縱向滲溝,導(dǎo)致地下水位較高,路基和基層的含水量比較高,并且根據(jù)承載板法實測的土基和基層模量在破壞路段相對較小。中央分隔帶滲水、排水管位置設(shè)置不合理及結(jié)構(gòu)層排水不暢可能是產(chǎn)生彎沉超標(biāo)、承載力下降的重要原因。3.4強度下降,影響基層組織水損害的主要破壞形式為網(wǎng)裂、坑洞和唧漿,在全線都比較普遍。路面早期損害導(dǎo)致面層混合料松散,水很容易進(jìn)入基層和路基,使路基強度下降,也是彎沉超標(biāo)的重要原因。從表3可知,沉陷路段基本上彎沉超標(biāo)(>92%),其原因是沉陷主要由路基引起。由于路基的沉陷,導(dǎo)致底基層與路基脫空,在車輛荷載作用下,底基層和基層遭到破壞(右幅比左幅大,說明車輛荷載將加速這種破壞),從而引起彎沉超標(biāo)。從表3可以看出,搓板路段基本上出現(xiàn)了彎沉超標(biāo)(左右幅總長度占96%),說明彎沉超標(biāo)會引起搓板現(xiàn)象。3.5路面彎沉檢測從彎沉檢測結(jié)果可知,路表彎沉超標(biāo)的另一主要原因是彎沉檢測數(shù)據(jù)離散。該高速公路全線路面設(shè)計彎沉值為22.7(0.01mm),但實際檢測計算按公里統(tǒng)計的代表彎沉值最大達(dá)71.82(0.01mm)。表4中彎沉超標(biāo)路段按各種病害類