沥青路面常见病害分析及处理方式

2012-08-23 06:50:21 作者：购看网 来源：工程机械知识 网友评论 0 条

根据湿热地区高速公路建设和养护的实践分析了沥青路面常见病害的各种成因，提出了各种病害的处治方法，并对我国今后高速公路建设、设计、施工及管养等方面提出了一些建议。

沥青路面因具有地质条件适应性强、行车舒适、维护方便等优点而被广泛用于高速公路。在高速公路通车后，因行车荷载作用、外界环境影响以及设计、施工中存在的不足，沥青路面会逐步出现多种路面病害，主要有裂缝（纵向裂缝、横向裂缝、龟裂）、变形（车辙、波浪或搓板、沉陷、隆起）、松散（磨光、松散、剥落、坑槽）及其它（泛油）四大类。高速公路一出现路面病害，就应及时分析病害成因，及时采取有效措施进行处治，否则不仅会降低道路的使用性能、影响行车的安全、舒适、快捷、畅通，而且会因处理不及时或措施不当导致道路结构性破坏。笔者根据近几年的湿热地区高速公路建设和养护的实践，分析了高速公路沥青路面各种病害的形成原因，提出了路面病害的处治方法，并对今后高速公路建设、设计、施工、管养等方面提出一些建议。

一、沥青路面常见病害成因分析

1.1纵向裂缝

纵向裂缝一般发生在距路堤边缘3m～5m（行车道与紧急停车带分界）处，且路堤下一般均存在暗埋式箱型通道或盖板涵洞。也有一些发生在互通或服务区加减速车道与行车道的拼接处。裂缝形式有两种，一种为对纵向直线形，裂缝两端未延伸到路堤边缘；另一种为纵向弧形，裂缝两端延伸到路堤边缘。后一种裂缝可能会引起路堤滑动，危险性更大。纵向裂缝形成的主要原因有以下几方面。

1.1.1地基原因

有些纵向裂缝路段所处地基不属软土地基，但处于丘陵低洼、河谷处，长期受水冲蚀，天然含水量较高，在设计时未发现或未作特别处理，在施工时也未作等载或超载预压，在高填土后，地基出现不均匀沉降，造成路面纵向开裂；有些河谷、水塘虽作了清淤处理，但处理不彻底或回填材料控制得不好，也会因不均匀沉降造成路面纵向开裂。

1.1.2路基施工原因

路基施工时天气干燥，局部路堤填料粘土土块粉碎不足，致使路基压实不均匀；暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够；有些加减速车道与行车道拼接段不同步施工，且拼接处理不好导致路基沉降不均匀。

1.1.3渗水原因

中央分隔带、路表、边坡等渗水，使得局部路基受水浸泡后土体的С、Ф值降低，在动静荷载的作用下，使得裂缝路段进一步产生小圆弧滑动趋势；部分填料为弱膨胀土，施工中未予处理，在渗水后因含水量的变化，导致纵向裂缝进一步开展。

1.2横向裂缝

目前，我国高速公路广泛采用以二灰或二灰土等为底基层、二灰碎石为基层的半刚性沥青路面。据调查，在半刚性基层路面的沥青面层上产生横向裂缝是极为普遍的，国内外许多学者甚至认为半刚性沥青路面产生横向裂缝是不可避免的。横向裂缝的形成主要有以下几方面原因。

1.2.1基层反射裂缝

一方面在基层成型过程中，因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝；另一方面基层材料因温度骤降而发生低温收缩开裂。这两种收缩变形使沥青面层底面承受拉力，当拉力超过沥青面层的抗拉强度时就使沥青面层底部拉裂，并随着温湿的循环变化及行车荷载的反复作用而导致沥青面层底面裂缝沿竖向向上扩展到路表，从而形成沥青路面横向裂缝。从现场取样看，面层裂缝与基层裂缝上下贯通，且下宽上窄。

1.2.2沥青混凝土的温缩裂缝

因沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形。当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。由于大多数的高速公路上面层采用进口优质沥青或改性沥青，沥青混合料的自身低温抗裂性能较好，故此种横向裂缝相对较少。

1.2.3差异沉降引起横向裂缝

在软土地基与非软土地基交界处、软土地基处理方法变化处或构造物台背与路段交接处，因地基或路基与构造物质差异沉降导致基层的开裂，并反射到沥青面层，形成横向裂缝。这种横向裂缝类似于基层反射裂缝，但往往为路面横向全幅贯通，这种横向裂缝在软基分布比较广泛及构造物众多的水网地区的高速公路上有一定比例。

1.3网裂　沉陷　　坑槽

在高速公路行车道上（特别是在车轮轮迹处）常能发生路面网裂、沉陷及坑槽病害，且在网裂、沉陷处常伴有唧浆现象。如网裂、沉陷不及时处理，在雨后极易形成坑槽。沥青路面网裂、沉陷、坑槽的形成主要有以下几方面原因。

1.3.1基本施工质量差

由于二灰碎石半刚性基层的整体强度与材料、拌和、摊铺、养生等多种因素密切相关，任何一个环节出问题均可导致其不能形成均匀坚固的板体结构，从而因半刚性基层局部强度不足而引起沥青面层开裂，雨水从裂缝浸入，并渗入到基层表面，使基层表面被泡软，在汽车荷载反复作用下，粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生唧浆，基层表面被逐步淘空，使沥青路面面层产生网裂、沉陷，并进而形成坑槽；也有是因在基层施工中，为保证基层的压实度，对于基层设计厚度较厚（＞20cm）时，必须分层施工，在目前的所用基层材料条件下，就不可避免地出现层间结合薄弱环节，上下基层之间因不连续而出现层状结构，这就改变了基层结构受力状况。力学计算表明，在上下基层分层的情况下，虽然下基层的弯拉应力（变）均有不同程度下降，但上基层弯拉应力（变）有较大增幅，上下基层的弯拉应力（变）在数值上相差的一个数量级，从而导致上基层因应力、应变过大而破坏。特别是当上下基层施工厚度分配不合理时，这种上基层破坏更是明显。计算还表明，面层顶面的弯沉和底面的弯拉应力（变）随着层间结合条件的变化及基层的分层而迅速增大，弯沉增幅达70%，应力增幅超过100%，应变增幅达70%～100%，最终导致路面面层破坏。如沪宁高速公路k61～k65路段，基层厚度为33cm，分两层铺筑成型，上基层仅12cm左右，在动荷载的反复作用下，该段出现多处破碎，造成路面多处坑塘，且唧浆严重。

1.3.2沥青路面空隙率过大

由于沥青混合料生产的变异性大、摊铺过程中沥青混合料局部离析和路面压实不够等多种原因造成沥青路面空隙率过大，使雨水极易浸入，滞留在路面面层中。尤其是连续雨天时路面面层将长时间处于饱水状态，给路面造成严重水损坏。在低温时水易结冰，经多次冻融循环作用后，沥青混合料酥松，使路面出现坑槽等破坏；在高温时，在高速行驶的车辆荷载反复作用下，渗水成为瞬间有压水，在有压水的长期浸泡和冲刷下，沥青与石料的粘附力逐渐下降，包裹在石料表面的沥青膜被剥落，使混合料松散，并逐步形成坑槽。如沪宁高速公路部分病害路段，上面层在施工时按规范以马歇尔试验密度作为标准密度得出的压实度是合格的，但在通车后检测时以理论密度作为标准密度得出的压实度仅为90%～92%，路面空隙率偏大，极易渗水。计算和实测表明，对4cm厚沥青混凝土面层，在孔隙水饱和的情况下，沥青面层的渗水约需7d才可渗透排出路面，或在常温天气下需6d才可蒸发完。因此，渗水将较长时间滞留在路面面层中，造成路面破坏。

1.3.3沥青与石料粘结性差

规范要求高速公路沥青路面沥青与石料的粘结力不小于4级，有的路段在试验时粘结力是符合要求的，但在沥青混合料生产时，因石料的差异性或沥青用量偏小，使得沥青与石料的粘结力不足，使混合料逐步松散，进而形成坑槽。

1.3.4车辆油渍污染

因车辆维修或翻车等原因，汽车用油渗透入路面空隙，使沥青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。这种原因形成的杭槽往往较深，有的甚至达到整个沥青面层厚度。据调查，在超载现象比较严重的高速公路上，往往油污是造成路面坑槽破坏的重要原因。

1.3.5汽车超载的影响

汽车超载也是沥青路面常见病害，目前此种现象非常突出，由于汽车超载，轴载换算系数明显增加。有关资料表明：超载30%时，换算系数为满载的3.131倍，超载60%时为满载的7.725倍，超载100%时为满载的20.393倍，使得累计标准轴次大大增加，使路面结构使用寿命明显缩短；同时，在重载作用下，路表弯沉及结构层应力显著增加。资料表明：重载（130KN）作用下的路面结构理论弯沉值与基层及底基层层底拉应力均比标准轴载（100KN）作用下增大约30%。因此，汽车超载是造成路面破坏尤其是路面结构早期破坏的重要原因之一。

有些高速公路的桥梁沥青混凝土铺装层也会出现坑槽病害，主要是因为桥面泄水孔开口朝上，虽表面水能流入泄水孔而排出桥面，但桥面渗水无法进入泄水孔，也没有排水出路，桥面渗水长期滞留在桥梁水泥混凝土整平层与沥青混凝土铺装层间。如水泥混凝土整平层施工质量不好，长期浸水后极易成为软弱夹层，从而导致沥青混凝土铺装层破坏。这种破坏易发生在连续箱梁的顶面负弯矩区所对应的桥面铺装层处。
1.4车辙　推移
随着行车荷载作用次数的增加，高速公路路面会出现不同程度的车辙、推移病害，这种路面病害会导致平整度下降，并影响高速行车的舒适性，严重的病害甚至会影响行车安全。车辙、推移形成的主要原因如下。

1.4.1行车荷载的影响

车辆按规定正常在行车道行驶，使得高速公路的交通渠化现象非常突出，随着车辆载荷作用次数增加，行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的辙槽；重车普遍超载，使得轴载对路面的作用力增大，并导致当量标准轴载作用次数大大增加，加速了车辙、推移形成；在服务区等匝道进口处，因车速变化频繁，车辆慢行，经常刹车与启动，导致对路面作用时间过长，且对路面的水平剪切作用增大，也易形成车辙槽和推移。

1.4.2基层施工质量差

因基层的厚度不足或因基层材料、施工、养生不当导致基层整体强度不足，使得路表变形过大而形成辙槽和推移。

1.4.3沥青面层高温稳定性差

由于沥青混合料是一种弹塑性材料，如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不当均会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低，在车辆的反复碾压下路表变形过大，并使得面层混合料产生横向流动而形成辙槽和推移。

1.5泛油

有些高速公路沥青路面存在泛油病害，使得路面抗滑性能降低，影响高速行车安全。形成泛油的主要原因如下。

1.5.1混合料组成设计不当

因混合料中沥青用量过多或空隙率过小，在车辆荷载反复碾压下，多余沥青由下部泛到路表形成泛油病害。

1.5.2混合料拌和控制不严

在沥青混合料拌和时矿粉等细料含量较难准确控制，如细料含量过少，混合料比表面积较小，则沥青用量相对较多，也易泛油

1.5.3粘层油用量不当

在施工沥青面层前往往需在基层顶面喷洒粘层油或做沥青封层（特别是在基层完工与沥青面层施工间隔较长的情况下），由于施工工艺掌握不好，粘层油用量不当或喷洒不均匀而导致面层局部泛油。

1.5.4施工质量较差

因摊铺时混合料产生离析，局部细料过分集中，也易泛油。

1.5.5水损坏

雨水渗入使下层沥青与石料剥离，在动水作用下，沥青膜剥落、上浮引起表层泛油。

二、沥青路面常见病害处治方法

2.1路面坑槽

高速公路的路面坑槽应在不中断交通的情况下快速修补好，这需要先进的路面综合修补设备作保证。目前路面坑槽的修补方法根据使用的(中国沥青网sinoahalt.com)路面综合修补设备分为两种，一种为冷补法（如美国Ｈ.D.公司生产的PRO-PATCHTCM415-160型沥青路面综合修补设备）。一种为热补法（如美国热能公司生产的“修路王”沥青路面综合修补设备）。这两种修补方法现已广泛应用于高速公路沥青路面坑槽修补中，但各有优缺点。冷补法可适用于不同深度的坑槽修补，但坑槽修补后存在明显的接缝，如处理不好易渗水，使接缝处出现唧浆，造成新的破坏，修补所需时间较长，雨天及寒冷季节施工质量不能保证；热补法可基本适于全天候修补坑槽，坑槽修补后无接缝，修补所需时间短，废料可以重新利用，但对于较深的坑槽修补效果不易保证；

2.1.1冷补法
（1）测定坑槽的深度，划出切槽修补的范围，力求使槽口纵横边线与路面标线平行或垂直。
（2）采用液压风镐切槽，槽壁要垂直，并开凿到稳定部分，用高压风枪将槽底、槽壁的废料及粉尘清除干净。
（3）用烘灯（烘枪）烘干槽底、槽壁，并在其表面均匀喷洒一薄层粘层油。
（4）将路面综合修补车保温槽中的热料填补至坑槽中（视坑槽深度决定是否分层填补，一般深度大于6cm宜按双层填补），合理控制虚铺厚度（新填补部分应不低于原路面，可按松铺系数1.2控制），并用随车配备的振动压路机将填补部分压实平整（先压四边，并逐步向中间碾压）。

2.1.2热补法
（1）根据路面坑槽修补范围，确定热辐射加热板加热区域。
（2）将加热板调整到合适的位置（离路表面15cm～20cm），加热待修补的区域3min~5min,使被修补区域路面软化。
（3）用热铁耙将加热区域的路面耙松（由四周向中间方向耙松，并尽可能将被加热区域四边耙成与路面标线平行或垂直）。
（4）向耙松的混合料喷洒乳化沥青，使旧沥青混合料现场热再生。
（5）从路面综合修补车的热料仓中输出新的热料至修补处。
（6）搅拌、摊平混合料，并用随车振动压路机由四周向中间碾压密实平整。

对于已发生唧浆的地方，修补的方法同路面坑槽修补方法，但应将松软的基层挖掉，将坑槽烘干，并采用与基层材料相同的材料或直接采用沥青混合料先将坑槽填补至基层顶面标高，然后再按路面坑槽修补方法修补。

2.2路面沉陷及变形

路面沉陷及变形的发展是一个渐变的过程，路面沉陷及变形积累到一定量时对行车的平整舒适有明显的影响，此时，无论沉陷及变形是否稳定都必须进行处治。因此，应加强观测，以确定沉陷及变形处治的合理时间。据现场观测，当车辆以100km/h速度行驶通过纵向10m范围内沉降量大于3cm的段落时，将有明显的跳车感觉。因此，以此指标为原则确定是否处治，处治的方法主要为铣刨沉降段路面，进行重新摊铺。

2.2.1测定标高　确定铣刨范围

沉降使得路面纵、横坡都发生了变化，可通过测量中央分隔带与超车道、超车道与行车道、行车道与紧急停车带的分界标线及紧急停车带外侧边缘线4条纵线的标高变化图，以4条纵线的标高变化图稳定处作为维修的起、终点。为便于摊铺机作业，最小维修长度不小于30m。

2.2.2铣刨原路面

沉降段按单幅全断面进行铣刨，可以超车道与行车道分界标线右边缘为界分两次施工，先施工行车道及紧急停车带，后施工超车道，以保证不中断交通。铣刨后应切缝清理路床，以保证接口平顺。

2.2.3喷洒粘层油

2.2.4挂线调标高　　摊铺机摊铺沥青混合料

对于重铺路面标高与原路面标高差在3cm以内的，可以全部铣刨原沥青路面上面层，一次摊铺成型于标高差超过3cm的，在铣刨原沥青上面层后，分两次摊铺、两次调平，在保证上面层厚度的前提下，先用上面层材料找平中间层，然后再摊铺上面层。

2.2.5碾压成型

对于基层和土基结构破坏而引起的沉陷，必须先将基层和土基处治好，然后才可修复面层。

2.3路面裂缝

2.3.1对于由基层开裂引起的反射裂缝及由沥青混凝土温缩等引起的横向裂缝，如缝宽较小可不予处理；如宽度达3mm以上，可将缝隙刷扫干净，并用压缩空气吹净尘土后，采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵；如缝宽在5mm以上，可将缝口杂物清除，或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净，采用砂粒式或细粒式热拌沥青混合料填充捣实，并用烙铁封口。

2.3.2对于由地基沉降引起的横向裂缝，如出现错台、啃边、裂缝宽度大于5mm以上的，则需沿横缝两侧各50cm~100cm范围开槽，挖除上面层，按第2.3.1方法先将裂缝填实，然后沿横缝加铺玻璃格栅，重新摊铺上面层。

2.3.3对于缝宽小于5mm的纵向裂缝，可按2.3.1方法处治。对于纵缝进一步发展，出现啃边、错台且裂缝宽大于5mm，则需铣刨上面层（如纵缝为直线型可仅铣刨行车道或紧急停车带，如纵缝为圆弧型需铣刨行车道及紧急停车带）和中面层（铣刨宽度为裂缝两侧各1m），并对裂缝按2.3.1先行填实，沿纵缝铺设玻璃格栅，摊铺中面层，然后在中面层上沿纵向每隔5m设宽为1.2m的玻璃格栅，最后再摊铺上面层。

2.3.4对于尚未稳定的纵向裂缝，除按2.3.3处治外，应根据裂缝成因，采取排水、边坡加固等配套措施，以加快裂缝的稳定。

2.4路面车辙　推移

2.4.1对于连续长度不超过30m、辙槽深度小于8mm、行车有小摆动感觉的，可通过对路面烘烤、耙松、添加适当新料后压实即可。

2.4.2对于连续长度超过30m、辙槽深度大于8mm、行车摆动运且跳动感明显的，应采取铣刨路面上面层或中上面层、重新摊铺面层的方法，可参见路面变形和沉陷处治方法。

2.4.3对于车辙深度大于2cm、行车严重颠簸的，应采取铣刨中上面层或全部面层、重新摊铺面层的方法，可参见路面变形和沉陷处治方法。

2.4.4对于因基层施工质量差引起的车辙、推移，在重新摊铺面层前应先行处理好软弱基层。

2.5泛油
1.对于路表轻微泛油，表面石子仍外露的路段，可不作处理。
2.对于因局部施工质量差引起水损坏且出现坑槽等破坏的，宜按坑槽修补方法处治。
3.对于大段泛油严重，摩擦系数降低较多，影响行车安全的，可采用碎石压入法处治或铣刨原路面重新摊铺面层。

三、关于遇到沥青路面常见病害时，本文暂时给出五点建议：

1.应根据工程实际情况进行科学决策，确定合理工期，防止盲目赶工。同时，应加强设计、施工、监理的协调和管理，保证各环节的工作质量。

2.应注重路面结构性能研究，特别是对于多雨湿热地区水损坏应高度重视。在结构组合上应增强结构排水，可在基层顶面增设防水层（下封层不易做好），有条件的可在下面层及半刚性基层间增设沥青处治碎石排水基层。同时，在土路肩做好配套的纵、横向排水设施。这样，既可将由路表渗入的雨水及时排出路面，又可防止雨水进一步下渗而冲刷半刚性路面基层。对表面层可掺加适量的沥青抗剥落剂，以加大沥青与骨料的粘结力，提高上面层的水稳性。

3.应加强施工的各个环节控制，以保证高速公路整体质量。对于路面面层施工，应控制好储料、拌和、运输、碾压、检验等各环节，尽可能降低混合料组成的变异性和不均匀性，加强碾压，杜绝因片面追求平整度指标而降低路面压实度的做法。

4.现行规范采用马歇尔试验方法控制沥青混合料的生产存在一些问题，特别是不能有效地控制路面的水损坏。用马歇尔试验密度作为标准密度来控制路面压实度亦不可靠，容易作假，造成实际空隙率偏大。应逐步推广以理论密度作为标准密度来控制路面压实度。应加强研究，寻求符合路面生产和使用实际情况、简单易行、可靠的新的试验检验方法，以保证沥青路面的质量。

5.应注重高速公路管理及养护，采取积极有效措施，严格控制超载车辆上路，以减少超载车辆对路面的破坏。认真贯彻“预防为主、防治结合”的方针，加强科学研究，建立路面养护管理系统，对路况进行跟踪观测，及时采取预防措施，消除隐患，发现问题，应及时处治，以免进一步酿成大的病害。同时，应加强对路面病害处治方法的研究，以不断提高路面养护质量。