高等级公路沥青路面病害及其防治措施

　　 1 概况
　　福州峡南至漳港一级公路，全线长11.2km，该公路自1994年开工至1996年建成通车，因沥青路面损害严重，于1998年10月对全线部分路段铣刨调平后，在原结构层上重新摊铺6cmAC-Ⅱ细粒式沥青砼。
　　福泉高速公路是我省最早建成通车的高速公路，投入仅使用2年，沥青路面就出现不同程度的病害，于2000年6月至2001年9月对福州至莆田K233+469~K344+973段进行了多次修补。共计修补各种沥青路面病害面积达10822m2之多。
　　 2 高等级公路沥青路面损坏类型及成因
　　通过对以上两条高等级公路沥青路面的病害修补、调查、分析，总结出了沥青路面上常见的破损现象和产生原因有：
　　基层反射裂缝。在荷载应力与温度应力的共同作用下，在基层开裂处的面层底部产生应力集中而导致面层底面开裂，而后逐渐向上扩张而使裂缝贯穿整个面层。半刚性基层的开裂通常由温缩或干缩引起，多数情况是在基层铺筑后，由于未按规定及时养生或未及时铺筑沥青面层，使基层长期暴露在大气中，在降温和水分联合作用下而开裂；当然也可能是在铺筑沥青面层后，路面在使用过程中，由于温度骤变使基层的日温差超过某一范围致使其温度应力超过其抗拉强度而断裂。后者一般发生在沥青面层较薄且日温差较大的地段。
　　非荷载型横向裂缝一般比较规则，每隔一定的距离产生一道裂缝，裂缝间距的大小取决于当地的气温和沥青面层与半刚性基层材料的抗裂性能。气温高、日温差变化小、面层和基层抗裂性能好的路段，一般间距较大，且出现裂缝的时间也较晚。
　　行车荷载的作用加速裂缝的发展，二灰碎石在施工及运营中由于种种原因会产生细微裂纹。根据断裂力学理论，半刚性基层内存储的能量由行车荷载提供，并通过裂纹失稳扩展消耗能量，这个过程不断反复进行，使独立的裂纹扩展为数条贯通宏观裂纹，直到形成小裂缝，最后成为贯穿裂缝。这是行车道裂缝多于超车道，交通量轴载次数大的裂缝多于交通量小的原因所在。由于沥青面层存在孔隙，下雨或化雪后路面中有水分渗入，而且由于绿化带吸水，雨过天晴数天后路面面层中仍有大量水分，裂缝产生后除下雨或化雪时雨雪水下渗外，天晴后仍有路面各层中所含的许多水分不断汇集到裂缝处并沿裂缝下渗，在行车荷载作用下裂缝处出现唧泥现象。二灰碎石因水而剥落，松散致使路面结构承载力不足，出现啃边现象，并可能发展成缝边网裂或坑塘、沉陷等。
　　软基路段不均匀沉降引起的裂缝。福州地区软土地基分布情况复杂，限于经费，软基处理措施尚不能完全到位，由于软基产生不均匀沉降，基层受拉或受剪，出现较大变形，超过二灰碎石基层与沥青面层的抗变形能力，沥青面层与二灰碎石基层被拉裂。
　　沿路面行车方向产生的纵向裂缝。主要集中在行车道轮迹分布密集处，因为高速公路交通渠化分明，轮迹位置及轮迹分布范围较小，大车、慢车、重型车辆全部集中在行车道上，快车、小型车，轻型车行驶于超车道机会明显增多，超车道上荷载较小，交通量相对较小，纵向裂缝也较小，纵缝缝宽一般在5~10mm，靠近标线或位于车道中央，且绵延几十米，甚至数百米。常以单条裂缝形式出现。产生的原因有两种可能性，一种情况是沥青面层分路幅摊铺时，两幅接茬处未处理好，在车辆荷载及大气因素作用下逐渐开裂；另一种情况是由于路基压实度不均匀或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷而引起。
　　渠化交通是高等级公路沥青路面形式车辙损坏的主要原因。车辙是道路横断面上由于车辆轮胎重复行驶，久而久之产生的一种路面损坏现象。它在一般等级的公路上很少见到，其原因就是汽车的混合行驶使轮迹分布在很宽的范围内，从根本上减少了车辙的发生。车辙一般是在温度较高的季节，沥青面层在车辆的反复碾压下产生永久变形和塑性流动而逐渐形成。它通常是在伴随沥青面层压缩沉陷的同时，出现侧向隆起，二者组合起来构成的。应当指出的是，对于半刚性基层沥青路面，由于半刚性基层具有较大的刚度，所以路面的永久变形主要发生在沥青面层中。因此，为了延缓车辙的形成，主要应从提高沥青面层材料的高温稳定性来着手考虑。此外，车辙的严重程度与沥青面层的结构组成和配合比有极大关系，Ⅱ型沥青混凝土路面自身的抗车辙能力比Ⅰ型好的多。 路面中出现的碗状坑洞，坑槽通常是松散、龟裂等其它损坏进一步发展的结果。产生坑槽的主要原因有：①沥青混合料在施工时拌合不均匀，沥青含量相对减少，不能将矿质集料有效粘结，在高速行驶车辆轮胎的"泵吸"作用下，较细集料被吸出；②施工时混合料拌合温度太高，使沥青过早老化发脆，粘结力下降；③施工温度太低，混合料温度下降快，压实不充分，导致密实度不足；④施工时路面下面层标高控制不好，导致沥青上面层太薄，没有形成结构厚度。
　　 3 高等级公路沥青路面维修
　　综上所述，沥青路面的病害的产生是多种因素综合作用的结果，其种类繁多，但主要表现为裂缝、车辙、沉陷、坑槽、唧泥、泛油、波浪、拥包、表面磨光、松散剥落等。各地区，各养护部门根据病害的实际情况，采用了多种工艺的维修方法。除采用传统的普通热拌沥青混凝土修补路面外，近几年又出现了许多新型的路面结构形式，这些路面结构均在不同的方面改变了路面的路用性能。通过对峡漳公路和福泉高速公路沥青路面成功的修补实践，结合近几年发展起来的新材料、新工艺，以下提出四种切实可行、经济适用的修补沥青路面的材料和方法。
　　稀释沥青适用于非软基路段小面积沥青路面修补。对于缝宽小于5mm的细缝，采用灌注稀释沥青，以能灌入缝中4cm以上为主。对于无法判断是否为结构性破坏的较宽缝，在现场作详细调查时进行表面现象比较，并选择有代表性的裂缝，在裂缝处进行破坏检查，如确定为无结构性破坏的宽缝且未啃边，则用高压气泵吹出缝中杂物，辅助人工清理。用稀释沥青灌缝，使能灌入缝中4cm以上。缝再宽则将裂缝处切除约10cm宽，用新拌和的上面层沥青混合料填充，用人工捣紧并用锤子锤实。
　　土工合成材料适用于结构性破坏或软基地段沥青路面修补。用于高速公路病害修补的无纺土工布的作用主要有两个：一是利用土工织物的撕裂强度和一定的延伸性，使基层反射裂缝产生的应力扩展至更宽范围，缓减裂缝处的应力集中，起到吸收部分拉伸能量的作用；二是土工织物浸透沥青后可以形成密封防水层，防止地表水渗入基层，使基层材料不致进一步恶化。
　　而玻璃纤维网的作用则是加筋沥青混凝土路面（类似于钢筋混凝土中的钢筋作用），可以防止或减少沥青混凝土路面各种裂缝的产生，如疲劳开裂、低温收缩开裂以及由半刚性基层引发的反射裂缝等。
　　具体措施为：
　　（1） 翻浆的处理。
　　用铣刨机刨除面层整个厚度范围的沥青混凝土以及二灰碎石基层的破碎，对出现大面积基层网裂的部位采用铣刨机刨除松散部分，基层范围内坑槽喷洒乳化沥青后铺设无纺土工布，然后填筑AC-25I型沥青混凝土；在整体良好的基层顶面上喷洒透层油后上覆无纺土工布，沥青混凝土路面下面层范围摊铺AC-25Ⅱ型沥青混凝土，再上覆玻璃纤维网；中面层与上面层范围摊铺AC-16Ⅰ型沥青混凝土。
　　（2）龟裂、坑洞的处理。
　　龟裂采用铣刨机，坑洞采用切割机刨除面层整个厚度，在基层顶面喷洒透层油，上覆无纺土工布，下面层范围填筑AC-25Ⅱ型沥青混凝土，再在上面铺设玻纤网；中面层与上面层范围填筑AC-16Ⅰ型沥青混凝土。龟裂坑槽用摊铺机摊铺沥青混凝土，坑洞用人工填筑，并用平板振动夯压实下面层，中上面层用压路机碾压成型。
　　（3）纵、横向裂缝处理。
利用1m宽小铣刨机刨除6～10c m厚沥青混凝土，喷洒粘层油并用乳化沥青灌缝，然后铺设玻纤网，人工填筑AC-16Ⅰ型沥青混凝土，并用压路机或振动夯压实。
　　（4）网裂、泛油处理。
　　用铣刨机刨除4cm厚沥青混凝土，喷洒粘层油后铺设玻纤网，摊铺AC-16Ⅰ型沥青混凝土，用压路机碾压成型。
　　沥青稀浆封层是用一定级配的石屑或砂、石粉、水泥和乳化沥青拌合成糊状稀浆，摊铺在路面上，经破乳、析水、蒸发、固化形成一封。其外观类似沥青砂或细粒式沥青混凝土，厚度一般为3~10mm，对路面能够起到改善和恢复表面功能的作用。
沥青稀浆封层适合于沥青路面预防性养护。在路面尚未出现严重病害之前，同时也为了避免沥青性质明显硬化，在路面上用沥青稀浆进行封层，不但有利于填充和治愈路面的裂缝，还可以提高路面的密实性以及抗水、防滑、抗磨耗的能力，从而提高路面的服务水平，延长路面的使用寿命。
快速成型的路面修补材料，常温拌合混合料是指将稀浆沥青或乳化沥青在常温条件下与骨料拌合并在常温下使用的沥青混合料。在这种混合料中现场加入一种叫做路面强化剂的材料，以迅速提高其初期强度，便形成了这种快速成型的沥青路面修补材料。
　　这种路面修补材料之所以能迅速产生强度，是由于路面强化剂与常温拌合混合料接触并渗透后发生了化学反应，一方面，强化剂成型后在混合料形成网状骨架；另一方面，强化剂在反应过程中释放出大量的热能，促使稀释沥青中的稀释剂迅速挥发，两方面的作用使得常温混合料在灌注路面强化剂后能够立即形成路面强化剂的骨架强度和混合料的整体强度。
　　具体施工时应该注意到常温混合料经初压后必须具有一定的剩余空隙率，以便路面强化剂能够渗透到其中，一般初压后的剩余空隙率应在12%以上，因而所用的常温混合料应是开级配或半开级配沥青混合料。其施工过程为：划线－切缝－挖除－清扫－涂粘层油－摊铺常温混合料－初步压实－灌注路面强化剂－30min 后开放交通。
　　 4 效果跟踪
　　利用以上四种材料进行沥青路面病害治理这一技术已经在峡漳和福泉高速公路上得到成功应用。峡漳公路长乐江田段计1.22km，福泉高速公路相思岭至宏路段及福州至乌龙江桥头段计8.18km均处于软土路基上，且车辆多超载严重。在短短的运行时间中，出现翻浆、坑洞、龟裂、纵横向裂缝、网裂等各种病害。为彻底根治病害，我们采用了无纺土工布、玻璃纤维网和钢筋网。同时对细小裂缝采用了灌注稀释沥青。峡漳线漳港段采用沥青稀释浆封层处理，同时运用了快速成型的UP（不饱和聚酯）沥青混合料进行路面修补。对以上两条等级公路的修补，由于领导重视、程序规范、措施及时到位，仅花费了很小的资金，就达到了预期的效果。修补后经过达2～3年的营运，发现福泉高速公路福州段缝宽小于3mm的细缝基本得到控制；缝边发生结构性破坏的裂缝，经过修补后，已全部稳定，并且达到了行车舒适的要求。在沥青路面各种性能检测中，均符合各种指标要求。路用性能得到了较大改善，取得了很好的社会经济效益。