| 标题 | 半刚性基层沥青路面裂缝成因及对策分析 |
| 范文 | 陈方红 肖斌旺 李海涛 摘要:高等级公路普遍存在着开裂现象,这已严重影响到路容,并随着时间的推移将进一步引起路面结构强度的降低。本文在总结现有道路的基础上对半刚性基层路面的裂缝产生机理及相应对策进行研究,意在为以后的道路设计提供参考。 关键词:半刚性基层路面;温度收缩裂缝;反射裂缝;成因;措施 1 引言 近十年来,随着国内高等级公路的大量建设,路面结构的材料和组合上发生很大变化。首先体现在路面面层上,由原先的刚性路面向柔性路面转化,目的是适应高等级公路快速、舒适的要求。其次是路面的基层,过去大都采用级配碎石等柔性基层,现在高等级公路的基层基本采用粉煤灰三渣、水泥(石灰)稳定碎石等半刚性基层,从而使路面面层承担功能层的作用。由此可适当降低面层厚度以节约工程造价,并且将地面层结构发生破坏的概率,提供路面良好的路用性能,使路面结构组合更趋合理。然而,随着半刚性基层沥青路面的大量修建,逐渐出现了新的问题。最为明显的是刚建不久的沥青路面上布满大量的不规则裂缝,有碍路面的景观,并随着时间的推移,大量路面水沿着裂缝渗入基层,造成基层结构材料的离析、流失和强度的降低,从而进一步引起路面的坑洞、沉陷等损害,甚至路面很快产生结构性破坏。究其原因,半刚性基层沥青路面的裂缝产生主要规咎于沥青路面的温度收缩和半刚性基层裂缝的反射。下面分别针对两种裂缝的成因和对策展开讨论。 2 沥青面层温度收缩裂缝 沥青及沥青混合料是一种具有热胀冷缩的粘弹性体。冬季气温骤降或反复升温降温引起的沥青路面温缩裂缝使路面横向开裂的重要原因。最低温度、温降速率、负积温等是影响沥青路面温缩裂缝的要素。控制沥青路面的温度收缩裂缝,可从选用优质沥青和优化沥青混合料的配比上着手。 根据许多试验路的调查表明,沥青的品种和质量是影响半刚性路面产生早期温度裂缝的最重要因素。选取沥青的品种时,宜综合考虑本地区的气候特点、路用性能要求等。针入度指数是反映沥青感温性能的指标。一般来说,沥青的针入度指数PI越大,其感温性越小。因此,在保证高温稳定性的条件下,宜选用针入度指数大一些的沥青。另外,大量实验表明,含腊量是影响沥青性能的一个重要指标。当沥青含腊量小于3%时,沥青的5℃延度一般大于8cm,其低温抗裂性能好。浙江省的高等级道路修建大多采用优质的进口沥青或国产的单家寺沥青,沥青质量较好。同时,在沥青混合料的配比设计时,应做到精心、合理。对低温开裂而言,密级配矿料要优于开级配矿料。目前常用马歇尔试验确定最佳沥青用量。一般沥青含量越少,沥青混合料越易开裂(OBC-1.0%-OBC+0.5%无影响)。 3 反射裂缝 根据浙江省典型的路面结构和大量已建成的高等级道路结构可知,现阶段常用薄沥青面层、厚半刚性基层的结构组合。这种路面面层的裂缝中有相当一部分是反射裂缝。国内外的调查研究表明,此类裂缝主要是非荷载型的,是由温度引起的,这是因为半刚性基层易发生干缩和温缩,温缩大的石灰土和水泥土基层的温缩裂缝最严重,干缩性大的稳定细粒土基层、易在压实完成初期和面层摊铺前出现的干缩裂缝,为了有效地控制有半刚性基层开裂反射至面层上的裂缝,主要从三方面加强措施。 3.1基层 半刚性基层材料的强度高,刚性就大,基层内易出现收缩裂缝且裂缝宽度大,其传荷能力差,易产生反射裂缝。因此,应适当限制半刚性基层材料的强度指标。某些材料成分,如二灰及骨料中的细料、水泥、石灰等,对半刚性基层材料的收缩性能影响敏感。在材料配比时,应严格掌握各成分含量,宜进行相应的实验确定,这对减少基层材料的开裂有利。自杭甬高速公路修建以来,其他高等级道路相继流行应用小级配基层,或基层分两层,上层用小三渣,下层用大三渣,意在提高基层的平整度,施工时利于提高路面的平整度。小三渣级配骨料含量较多,属骨架密实行结构,其开裂特征是较为规则的横向开裂,当开裂达一定深度时,易发射至面层上来。而大三渣级配中粗集料含量少,基本属悬浮型结构,其开裂多为无规则裂缝,缝的数量多,随大量路面水渗入,基层强度降低,影响至面层上多表现为较大面积的龟裂、网裂等。因此,在基层材料的级配选择时,应针对不同材料特征严格掌握。对小三渣的配比应进一步改进。 半刚性基层的开裂是不可避免的。因此,可采取预锯缝、预开裂等方法,来有效控制裂缝的大小、间距,并用沥青马蹄脂等材料填塞。同时在基层施工时间、施工工艺、施工流程上做出合理安排。必须严格控制碾压含水量,及时做好基层养护工作、及时摊铺面层、重视施工接缝。 3.2设置应力吸收层 科研界认为减少基层反射裂缝比较有效的措施在于半刚性基层和沥青面层之间设置应力吸收层。目前使用的方法很多,如设置级配碎石隔离层、土工织物隔层、橡胶沥青中间层和玻璃纤维等。各种措施在各国的使用效果不尽相同,需要进一步探索和研究。浙江省部分高速公路上曾使用过土工布隔离层,有一定减缓裂缝的效果。下阶段可在此方面进行研究和使用。 3.3厚沥青面层 增厚沥青面层对减少半刚性基层的反射裂缝是十分直接和有效的。但这势必会较大增加路面结构的工程投资,不利于工程经济。同时提高沥青面层材料的抗变形性能对抵抗裂缝反射有效,如在沥青混合料中添加石棉填料等。 4 工程实验 杭金衢是继杭甬之后修建较早的一条高等级公路,至今已通車达7-8年,现状路面状况较好,其裂缝数量少。在设计和施工上多方面采取控制路面开裂的措施,主要表现在: 4.1路面结构设计上,其路面结构组合为:4cm细粒式沥青混凝土;5cm粗粒式沥青混凝土;7cm粗粒式沥青混凝土;36cm水稳碎石 路面结构设计充分考虑到,及时排除路面面层结构水,消除路面水的影响;路面基层采用水稳层,除路面结构强度需要外,可兼顾起到隔离地下水的作用。 4.2在结构材料的选择上选用优质沥青,含蜡量少,良好地控制了沥青面层本身的温度裂缝。在基层材料的级配选择上,路面基层采用水稳碎石,其配比设计根据实验确定,严格控制细料含量。 4.3在施工控制上,严格控制基层的碾压含水量;同时在施工过程中做到及时养生、及时摊铺面层。 通过综合各种措施,建成后的京珠高速公路具有良好的路用性能,通车多年仍能保证路面裂缝少,大都为有规则的基层反射裂缝。 5 结论 纵上所述,为了有效控制半刚性基层路面的裂缝,应充分重视设计和施工两个环节。主要措施为: 5.1选用优质的、含蜡量小的沥青。 5.2宜结合本地区的气候特点,在保证高温稳定性的前提下,选用针入度指数较大的沥青。 5.3选用合适的半刚性材料做基层,严格控制细料含量。 5.4合理设置级配碎石、橡胶沥青、土工布等应力吸收层。 5.5在沥青面层上预锯缝。缝的间距应掌握好。 5.6严格控制半刚性基层的碾压含水量。 5.7把好事施工关。做到及时养生、及时摊铺面层。 5.8应充分重视水的危害,有效及时排除路面水、阻隔地下水。 作者简介:陈方红(1971.9—),男,汉族,浙江余姚市公路管理段路桥专业工程师。 |
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