试析半刚性基层沥青路面的养护维修对策

论文关键词:半刚性基层沥青路面结构性损坏非结构性损坏维修对策

论文摘要:根据半刚性基层沥青路面的典型病害特征及产生原因，提出了路面养护维修的主要对策。

1概述

半刚性基层沥青路面是黑龙江省公路的主要路面结构形式，它具有与柔性路面完全不同的结构特征。因此，其病害成因和维修对策也与传统的柔性路面有所不同，主要体现在:(1)半刚性基层有较高的刚度，其受力特性类似于“板体”，具有较强的荷载扩散能力。因此在整个施工和运营期间必须保持半刚性基层的整体性;(2)半刚性基层沥青路面的结构承载能力主要由半刚性基层提供，沥青面层主要起功能层作用。半刚性基层的弯拉疲劳损坏是这种路面结构的主要破坏形式;(3)采取防水下渗措施的重要性。规范规定，不管是二层式或三层式结构，其中至少必须有一层是型密级配沥青混凝土混合料。当各层均采用沥青碎石时，沥青面层下必须做下封层。忽视这些区别，而仍旧采用传统柔性路面的维修方法，是导致半刚性基层沥青路面维修失败的主要原因。近些年来，类似的工程教训很多。根据半刚性基层沥青路面的典型病害特征及产生原因，提出了路面养护维修的主要对策。内容包括:按结构性损坏与非结构性损坏进行分类和维修、半刚性基层的最小维修面积、维修施工的平面布置等。

2半刚性基层路面的典型病害特征

半刚性基层沥青路面的典型病害可划分为两大类型:非结构性损坏和结构性损坏。前者指半刚性基层的板体性未受到破坏，而后者是指路面损坏位置下的半刚性基层受到损坏，板体强度减弱或完全丧失。

2.1非结构性损坏

该类病害主要有桥头跳车、间距规则的横向裂缝、路表局部网裂和正常车辙等，病害特征如下。

2.1.1桥头跳车

桥头跳车有两种情况:(1)台背填土压实不足，导致填土在台背后数十米范围内下沉。其特征为: 沉降在行车方向是渐变的，延续距离相对较长，路面的整体强度未受破坏，路表面也少有损坏，但行车时具有明显的“波浪”感;(2)由于桥梁与台背填土刚度的差异而产生的不均匀沉降，从而出现的跳台。其特征为:延续距离短，只有几米，路面少有损坏发生，行车时具有明显的“瞬间跳车冲击”感。

2.1.2间距规则的横向裂缝

这种裂缝一般为半刚性基层的结构性收缩而导致的反射裂缝。它横向贯穿公路全幅路面，深度方向贯通全部结构层，并且缝隙宽随季节变化。一般认为这种裂缝不可避免，对路面的整体性没有损害。

2.1.3纵向裂缝

这种裂缝的数量较少，大多发生在高路堤地段路基外侧。成因是路堤中央与外侧压实不均匀、旧路帮宽或地基受外部水源的长期侵蚀，导致路基或地基的不均匀沉降。一般情况下裂缝较宽。

2.1.4路表局部网裂

路表局部网裂多发生在行车道轮迹下，成因为路面局部施工缺陷。如:材料不均匀、基层成型不好、沥青面层与基层间有软弱夹层等。它起始于轮迹处，而远离轮迹处的路面施工缺陷由于受车辆荷载的影响较小，因此难以出现此类损坏。

2.1.5正常车辙

正常车辙是指施工质量正常的情况下所出现的车辙。它特征是:(1)由于半刚性基层的刚性较大，车辙主要是沥青面层受交通荷载的二次压密和蠕变作用而产生;(2)重载对车辙的影响十分明显。

2.2结构性损坏

该类损坏主要有路面局部凹陷龟裂和结构性辙槽。

2.2.1路面局部凹陷龟裂

这种损坏是路面局部网裂的延续。因局部网裂没有得到及时的维修封堵，雨水渗人到基层，而高速行驶车辆轮胎的强大“泵吸”作用使半刚性基层的胶结材料被吸出。长时间下去，导致基层材料散失，路面出现局部下陷和网裂，进而由局部网裂发展成为明显的凹陷龟裂，对行车的平顺性和安全性有很大影响。其特征为:起始于轮迹处，路面结构在该处完全破坏，在破坏过程中雨天有灰浆外泻痕迹。

2.2.2结构性辙槽

结构性辙槽是由于路面承载能力不足，在车辆荷载和环境因素的综合作用下而在轮迹处产生的路面变形。辙槽产生初期伴有微细裂缝，其发展规律类似于路面局部凹陷龟裂。

3路面维修对策

针对以病害，在制定路面维修方案时需考虑四方面影响因素:(1)病害的类型和平面位置。对行车的影响以及行车对病害发展的影响;(2)病害的严重程度;(3)经济条件;(4)维修目标。主管工程师在综合评估后必须作出明确回答。

3.1非结构性损坏的维修

维修的基本目的有两个，一是恢复行车平顺，二是封闭裂缝，以避免引发结构性损坏。

3.1.1恢复行车平顺

主要是对桥头跳车和车辙的处理。它们的平面分布截然不同，桥头跳车是横向的，车辙是纵向的。

对桥头跳车应以整幅路作为维修宽度，维修长度应满足三个要求:(1)从桥梁伸缩装置起，伸人正常路段一定长度;(2)保证摊铺机能正常施工;(3)拉坡平顺。铣刨厚度以沥青面层的一个结构层为单位，一般只铣刨表层。

对车辙的维修，在其横向平面位置应作适当调整。我国车辆基本为左位驾驶，驾驶员驾驶车辆有明显靠车道左侧行驶的习惯，从而导致车辙在行车道上分布偏左，部分高速公路行车道左轮迹的车辙外轮廊还延伸到超车道。因此，维修宽度应满足以下条件:(1)包括车辙的整个影响范围;(2)与摊铺机的摊铺宽度及碾压机的轮宽相适应;(3)纵向接缝距行车道轮迹外边缘30 cm以上。维修长度以车辙出现的长度作为基本长度，并伸人相邻路段一定距离，或以结构物为界。在与相邻路段的连续上要注意轮迹平过度，选择合适的碾压机械和碾压方式，必要时辅以人工修整，避免在连接处形成新的行车冲击点。如需铣刨，铣刨厚度以沥青面层的一个结构层厚度为宜。

3.1.2封闭裂缝

对于单条横缝和纵缝建议采用常规的灌缝措施。如果缝隙太宽灌缝难以实施，可沿裂缝两侧切割出10一15~宽的条形槽，深度为沥青面层全厚。随后清洁槽壁，人工填实至表层底部。最后，涂刷粘油层，用细粒式沥青混合料填筑碾压作为路面表层。这种处理方法属柔性连接，由于胶结材料充足，可以适应缝宽的季节性变化，宜在春融或秋冬交替季节实施。

局部网裂发生于行车轮迹位置，对路面整体结构的危害最大。其维修原则是:(1)及时处置，以免损坏范围和程度扩大;(2)维修范围不宜定得太小，在横向至少以一个单向车道为单位，在纵向以一辆重车长度的1.5倍为单位。同时，保证路面维修的横、纵向平整，减小颠簸;(3)在平面上全部清除局部网裂的影响范围;(4)与摊铺机和碾压设备相适应;(5)维修深度以沥青面层的结构厚度为单位;(6)纵向接缝位置与车辙处理方案相同。 3.2结构性损坏的维修

3.2.1局部凹陷龟裂

虽然局部龟裂表现的是路面存在局部缺陷，但也可能是整个路段施工所存在的问题，只是该处路面裂缝出现得早、局部渗水严重而提前破坏。因此，局部凹陷龟裂分以下两种情况进行维修。

(1)基层局部存在缺陷

有两种备选方案:一是将损坏的基层挖出，用半刚性材料回填修补;二是将损坏的基层局部挖出，用沥青混合料回填修补。

(2)整个路段基层均匀存在缺陷

有三种备选方案:①如果整个路段达到大修期限，则对存在缺陷的半刚性基层进行翻新重铺，同时对局部凹陷龟裂一并处置;②虽然存在缺陷，但累计轴次远未达到使用期限，则按3.2.1(1)方法进行处置;③如对有缺陷的路段实施整体补强措施，施工前将局部凹陷龟裂仍按3.2.1(1)的方案先行处置。

3.2.2结构性辙槽

这种辙槽的特点是路面承载力不足，基层损坏或板结完全丧失。它对路面结构和交通安全的威胁较大，需专门设计维修方案。

确定维修方案时要考虑以下因素:(1)辙槽虽然只在轮迹处发生，但它反映了整幅路面均有缺陷;(2)辙槽的产生表明了半刚性基层已受侵害或已破坏;(3)两侧车道未出现辙槽，表明两侧车道与行车道实际上成为拥有不同承载能力的“两种路面”，此时行车道的结构承载力已达到极限，而两侧车道的结构承载力有较多富余，尚有较长的使用寿命。

因此，拟定两种维修方案:(1)一次性整幅重铺基层，彻底消除缺陷，使整个路段的路面完全恢复其正常的使用性能;(2)两侧车道与行车道分期维修，先维修行车道。根据两侧车道的承载能力，结合已有的交通资料分析确定其剩余使用寿命，以此作为行车道辙槽损坏维修方案的设计使用寿命。待两侧车道与行车道同时达到使用寿命末期时再一并整幅处置。

4结论与建议

将传统的柔性基层沥青路面养护维修经验应用到高等级公路半刚性基层沥青路面的养护维修上，导致路面维修失败的原因主要是:

(1)忽视半刚性基层沥青路面病害的成因。只考虑损坏的平面位置和尺寸，不考虑病害的成因、轮载分布和对路面病害的影响，从而造成维修范围在短时期内再次破坏。

(2)对防水下渗的认识不足。自由水对半刚性基层的侵蚀破坏作用远大于对柔性基层，因此，规范对沥青面层的密级配结构组合非常重视。但在养护维修过程中往往忽略了这一点，过分强调维修路段的摩擦性能，如采用空隙率较大的n型级配，从而导致维修路段渗水量加大，基层很快受水侵蚀破坏。

(3)对半刚性基层板体结构的认识不足。由于加人了无机结合料，使半刚性基层形成板体结构，从而具有较大的刚度。可减薄沥青面层的厚度。然而，由于对其形成机理认识不足，对半刚性基层小面积局部损坏采用半刚性材料作小面积局部开挖修补，并且在完工后立即开放交通。其结果导致维修路段在短时间内再次发生破坏，车辆荷载的作用使破坏范围扩大。

根据以上分析，提出如下半刚性基层沥青路面的养护维修对策要点。

4.1半刚性基层的维修

在对局部凹陷龟裂进行维修时，必须对半刚性基层进行处置。传统的做法是采用同类的半刚性材料来维修半刚性基层，但在具体操作时应注意以下要点。

(1)保证基层开挖的面积或维修的面积足够大，以使维修后的半刚性基层能够真正形成板体。一般情况下，在横向不应允许局部或一个单向车道的开挖，而建议横向整幅开挖;纵向开挖的长度建议不小于重车长的1.5倍，至少大于6 m;深度方向应将原基层整层挖除。只有这样才能使维修后的半刚性基层整体受力。如果开挖面积太小，新的半刚性基层难以形成足够大的板体，而是独立受力的“块”体，易破坏。

(2)基层修补完成后可立即铺筑沥青面层，但维修完成后不能立即开放交通，必须等半刚性基层强度达到了一定的程度后方可开放。其原因是:①维修是在短时间内完成的，半刚性材料的初期强度仍未形成，如果此时承受连续的车辆荷载将会破坏已经初步形成的半刚性材料凝胶结构，从而导致板体结构难以形成;②车辆荷载对维修位置所施加的冲击力要大。

(3)另一方面，由于沥青混合料模量与半刚性材料相近，而养护单位常备的路面维修材料和设备主要是针对沥青面层的，因此，用沥青混合料修补局部损坏的半刚性基层在受力和成本方面更具优势。它不需要扩大基层的开挖，使得维修工程量和施工对交通的影响都较小，也是半刚性基层沥青路面快速修补的好方法。

4.2采用密实防水的沥青面层维修材料

对于局部损坏的维修，养护单位不可能按原有路面的结构和材料逐层恢复。中粒式型沥青混合料可作为沥青面层维修的典型材料，因为它既密实防水，又可保证维修路段沥青表层的抗滑要求，其经济性也相对较好。

4.3辙槽分期维修实施时旧路面结构层的处置

采用分期维修措施时，先维修行车道。此时，尽管整个行车道的结构承载能力不足，但半刚性基层结构仍然很密实，因此可以作为柔性基层或弱粘结稳定基层使用。在正常情况下，将旧路面沥青表面的1--2个层次铣刨掉，然后喷洒粘层油，重新铺筑新的沥青面层与两侧车道路表面衔接，就足以实现分期维修的目的。如有必要，可在新面层下面设置一层玻璃格栅，以增强抗疲劳性能，延缓反射裂缝的出现。

4.4新铺沥青面层的平面布置

路面损坏与车辆荷载相伴而生，维修效果应考虑荷载影响。因此，新铺沥青面层的平面分布须注意以下要点:

(1)使纵向接缝与渠化交通的轮迹保持足够距离，避免纵缝经常性承受轮载作用，从而减小路面受力变形对纵缝产生的影响。接缝是路面维修的关键点。

(2)一次维修的面积不能太小，以形成一个稳定的结构层。否则，维修所造成的结构缺陷较为集中，在轮载作用下容易使整体发生变形破坏。

(3)应以一个车道作为最小维修宽度，并确保横向平整。否则，车辆一个轮轴的两侧轮胎作用在不同的水平面上，会加剧高速行车颠簸，加大路面的冲击，从而加速路面破坏。