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試析半剛性基層瀝青路面的養護維修對策
關鍵詞:半剛性基層 瀝青路面 結構性損壞 非結構性損壞 維修 對策論文摘要:根據半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產生原因，提出了路面養護維修的主要對策。
1概述
半剛性基層瀝青路面是黑龍江省公路的主要路面結構形式，它具有與柔性路面完全不同的結構特征。因此，其病害成因和維修對策也與傳統的柔性路面有所不同，主要體現在:(1)半剛性基層有較高的剛度，其受力特性類似于“板體”，具有較強的荷載擴散能力。因此在整個施工和運營期間必須保持半剛性基層的整體性;(2)半剛性基層瀝青路面的結構承載能力主要由半剛性基層提供，瀝青面層主要起功能層作用。半剛性基層的彎拉疲勞損壞是這種路面結構的主要破壞形式;(3)采取防水下滲措施的重要性。規范規定，不管是二層式或三層式結構，其中至少必須有一層是型密級配瀝青混凝土混合料。當各層均采用瀝青碎石時，瀝青面層下必須做下封層。忽視這些區別，而仍舊采用傳統柔性路面的維修方法，是導致半剛性基層瀝青路面維修失敗的主要原因。近些年來，類似的工程教訓很多。根據半剛性基層瀝青路面的典型病害特征及產生原因，提出了路面養護維修的主要對策。內容包括:按結構性損壞與非結構性損壞進行分類和維修、半剛性基層的最小維修面積、維修施工的平面布置等。
2半剛性基層路面的典型病害特征
半剛性基層瀝青路面的典型病害可劃分為兩大類型:非結構性損壞和結構性損壞。前者指半剛性基層的板體性未受到破壞，而后者是指路面損壞位置下的半剛性基層受到損壞，板體強度減弱或完全喪失。
2.1非結構性損壞
該類病害主要有橋頭跳車、間距規則的橫向裂縫、路表局部網裂和正常車轍等，病害特征如下。
2.1.1橋頭跳車
橋頭跳車有兩種情況:(1)臺背填土壓實不足，導致填土在臺背后數十米范圍內下沉。其特征為: 沉降在行車方向是漸變的，延續距離相對較長，路面的整體強度未受破壞，路表面也少有損壞，但行車時具有明顯的“波浪”感;(2)由于橋梁與臺背填土剛度的差異而產生的不均勻沉降，從而出現的跳臺。其特征為:延續距離短，只有幾米，路面少有損壞發生，行車時具有明顯的“瞬間跳車沖擊”感。
2.1.2間距規則的橫向裂縫
這種裂縫一般為半剛性基層的結構性收縮而導致的反射裂縫。它橫向貫穿公路全幅路面，深度方向貫通全部結構層，并且縫隙寬隨季節變化。一般認為這種裂縫不可避免，對路面的整體性沒有損害。
2.1.3縱向裂縫
這種裂縫的數量較少，大多發生在高路堤地段路基外側。成因是路堤中央與外側壓實不均勻、舊路幫寬或地基受外部水源的長期侵蝕，導致路基或地基的不均勻沉降。一般情況下裂縫較寬。
2.1.4路表局部網裂
路表局部網裂多發生在行車道輪跡下，成因為路面局部施工缺陷。如:材料不均勻、基層成型不好、瀝青面層與基層間有軟弱夾層等。它起始于輪跡處，而遠離輪跡處的路面施工缺陷由于受車輛荷載的影響較小，因此難以出現此類損壞。
2.1.5正常車轍
正常車轍是指施工質量正常的情況下所出現的車轍。它特征是:(1)由于半剛性基層的剛性較大，車轍主要是瀝青面層受荷載的二次壓密和蠕變作用而產生;(2)重載對車轍的影響十分明顯。
2.2結構性損壞
該類損壞主要有路面局部凹陷龜裂和結構性轍槽。
2.2.1路面局部凹陷龜裂
這種損壞是路面局部網裂的延續。因局部網裂沒有得到及時的維修封堵，雨水滲人到基層，而高速行駛車輛輪胎的強大“泵吸”作用使半剛性基層的膠結材料被吸出。長時間下去，導致基層材料散失，路面出現局部下陷和網裂，進而由局部網裂成為明顯的凹陷龜裂，對行車的平順性和安全性有很大影響。其特征為:起始于輪跡處，路面結構在該處完全破壞，在破壞過程中雨天有灰漿外瀉痕跡。
2.2.2結構性轍槽
結構性轍槽是由于路面承載能力不足，在車輛荷載和環境因素的綜合作用下而在輪跡處產生的路面變形。轍槽產生初期伴有微細裂縫，其發展類似于路面局部凹陷龜裂。
3路面維修對策
針對以病害，在制定路面維修方案時需考慮四方面影響因素:(1)病害的類型和平面位置。對行車的影響以及行車對病害發展的影響;(2)病害的嚴重程度;(3)條件;(4)維修目標。主管工程師在綜合評估后必須作出明確回答。
3.1非結構性損壞的維修
維修的基本目的有兩個，一是恢復行車平順，二是封閉裂縫，以避免引發結構性損壞。
3.1.1恢復行車平順
主要是對橋頭跳車和車轍的處理。它們的平面分布截然不同，橋頭跳車是橫向的，車轍是縱向的。
對橋頭跳車應以整幅路作為維修寬度，維修長度應滿足三個要求:(1)從橋梁伸縮裝置起，伸人正常路段一定長度;(2)保證攤鋪機能正常施工;(3)拉坡平順。銑刨厚度以瀝青面層的一個結構層為單位，一般只銑刨表層。
對車轍的維修，在其橫向平面位置應作適當調整。我國車輛基本為左位駕駛，駕駛員駕駛車輛有明顯靠車道左側行駛的習慣，從而導致車轍在行車道上分布偏左，部分高速公路行車道左輪跡的車轍外輪廊還延伸到超車道。因此，維修寬度應滿足以下條件:(1)包括車轍的整個影響范圍;(2)與攤鋪機的攤鋪寬度及碾壓機的輪寬相適應;(3)縱向接縫距行車道輪跡外邊緣30 cm以上。維修長度以車轍出現的長度作為基本長度，并伸人相鄰路段一定距離，或以結構物為界。在與相鄰路段的連續上要注意輪跡平過度，選擇合適的碾壓機械和碾壓方式，必要時輔以人工修整，避免在連接處形成新的行車沖擊點。如需銑刨，銑刨厚度以瀝青面層的一個結構層厚度為宜。
3.1.2封閉裂縫
對于單條橫縫和縱縫建議采用常規的灌縫措施。如果縫隙太寬灌縫難以實施，可沿裂縫兩側切割出10一15~寬的條形槽，深度為瀝青面層全厚。隨后清潔槽壁，人工填實至表層底部。最后，涂刷粘油層，用細粒式瀝青混合料填筑碾壓作為路面表層。這種處理方法屬柔性連接，由于膠結材料充足，可以適應縫寬的季節性變化，宜在春融或秋冬交替季節實施。
局部網裂發生于行車輪跡位置，對路面整體結構的危害最大。其維修原則是:(1)及時處置，以免損壞范圍和程度擴大;(2)維修范圍不宜定得太小，在橫向至少以一個單向車道為單位，在縱向以一輛重車長度的1.5倍為單位。同時，保證路面維修的橫、縱向平整，減小顛簸;(3)在平面上全部清除局部網裂的影響范圍;(4)與攤鋪機和碾壓設備相適應;(5)維修深度以瀝青面層的結構厚度為單位;(6)縱向接縫位置與車轍處理方案相同。 3.2結構性損壞的維修
3.2.1局部凹陷龜裂
雖然局部龜裂表現的是路面存在局部缺陷，但也可能是整個路段施工所存在的問題，只是該處路面裂縫出現得早、局部滲水嚴重而提前破壞。因此，局部凹陷龜裂分以下兩種情況進行維修。
(1)基層局部存在缺陷
有兩種備選方案:一是將損壞的基層挖出，用半剛性材料回填修補;二是將損壞的基層局部挖出，用瀝青混合料回填修補。
(2)整個路段基層均勻存在缺陷
有三種備選方案:①如果整個路段達到大修期限，則對存在缺陷的半剛性基層進行翻新重鋪，同時對局部凹陷龜裂一并處置;②雖然存在缺陷，但累計軸次遠未達到使用期限，則按3.2.1(1)方法進行處置;③如對有缺陷的路段實施整體補強措施，施工前將局部凹陷龜裂仍按3.2.1(1)的方案先行處置。
3.2.2結構性轍槽
這種轍槽的特點是路面承載力不足，基層損壞或板結完全喪失。它對路面結構和安全的威脅較大，需專門設計維修方案。
確定維修方案時要考慮以下因素:(1)轍槽雖然只在輪跡處發生，但它反映了整幅路面均有缺陷;(2)轍槽的產生表明了半剛性基層已受侵害或已破壞;(3)兩側車道未出現轍槽，表明兩側車道與行車道實際上成為擁有不同承載能力的“兩種路面”，此時行車道的結構承載力已達到極限，而兩側車道的結構承載力有較多富余，尚有較長的使用壽命。
因此，擬定兩種維修方案:(1)一次性整幅重鋪基層，徹底消除缺陷，使整個路段的路面完全恢復其正常的使用性能;(2)兩側車道與行車道分期維修，先維修行車道。根據兩側車道的承載能力，結合已有的交通資料分析確定其剩余使用壽命，以此作為行車道轍槽損壞維修方案的設計使用壽命。待兩側車道與行車道同時達到使用壽命末期時再一并整幅處置。
4結論與建議
將傳統的柔性基層瀝青路面養護維修經驗應用到高等級公路半剛性基層瀝青路面的養護維修上，導致路面維修失敗的原因主要是:
(1)忽視半剛性基層瀝青路面病害的成因。只考慮損壞的平面位置和尺寸，不考慮病害的成因、輪載分布和對路面病害的影響，從而造成維修范圍在短時期內再次破壞。
(2)對防水下滲的認識不足。自由水對半剛性基層的侵蝕破壞作用遠大于對柔性基層，因此，規范對瀝青面層的密級配結構組合非常重視。但在養護維修過程中往往忽略了這一點，過分強調維修路段的摩擦性能，如采用空隙率較大的n型級配，從而導致維修路段滲水量加大，基層很快受水侵蝕破壞。
(3)對半剛性基層板體結構的認識不足。由于加人了無機結合料，使半剛性基層形成板體結構，從而具有較大的剛度�？蓽p薄瀝青面層的厚度。然而，由于對其形成機理認識不足，對半剛性基層小面積局部損壞采用半剛性材料作小面積局部開挖修補，并且在完工后立即開放交通。其結果導致維修路段在短時間內再次發生破壞，車輛荷載的作用使破壞范圍擴大。
根據以上分析，提出如下半剛性基層瀝青路面的養護維修對策要點。
4.1半剛性基層的維修
在對局部凹陷龜裂進行維修時，必須對半剛性基層進行處置。傳統的做法是采用同類的半剛性材料來維修半剛性基層，但在具體操作時應注意以下要點。
(1)保證基層開挖的面積或維修的面積足夠大，以使維修后的半剛性基層能夠真正形成板體。一般情況下，在橫向不應允許局部或一個單向車道的開挖，而建議橫向整幅開挖;縱向開挖的長度建議不小于重車長的1.5倍，至少大于6 m;深度方向應將原基層整層挖除。只有這樣才能使維修后的半剛性基層整體受力。如果開挖面積太小，新的半剛性基層難以形成足夠大的板體，而是獨立受力的“塊”體，易破壞。
(2)基層修補完成后可立即鋪筑瀝青面層，但維修完成后不能立即開放交通，必須等半剛性基層強度達到了一定的程度后方可開放。其原因是:①維修是在短時間內完成的，半剛性材料的初期強度仍未形成，如果此時承受連續的車輛荷載將會破壞已經初步形成的半剛性材料凝膠結構，從而導致板體結構難以形成;②車輛荷載對維修位置所施加的沖擊力要大。
(3)另一方面，由于瀝青混合料模量與半剛性材料相近，而養護單位常備的路面維修材料和設備主要是針對瀝青面層的，因此，用瀝青混合料修補局部損壞的半剛性基層在受力和成本方面更具優勢。它不需要擴大基層的開挖，使得維修工程量和施工對交通的影響都較小，也是半剛性基層瀝青路面快速修補的好方法。
4.2采用密實防水的瀝青面層維修材料
對于局部損壞的維修，養護單位不可能按原有路面的結構和材料逐層恢復。中粒式型瀝青混合料可作為瀝青面層維修的典型材料，因為它既密實防水，又可保證維修路段瀝青表層的抗滑要求，其性也相對較好。
4.3轍槽分期維修實施時舊路面結構層的處置
采用分期維修措施時，先維修行車道。此時，盡管整個行車道的結構承載能力不足，但半剛性基層結構仍然很密實，因此可以作為柔性基層或弱粘結穩定基層使用。在正常情況下，將舊路面瀝青表面的1--2個層次銑刨掉，然后噴灑粘層油，重新鋪筑新的瀝青面層與兩側車道路表面銜接，就足以實現分期維修的目的。如有必要，可在新面層下面設置一層玻璃格柵，以增強抗疲勞性能，延緩反射裂縫的出現。
4.4新鋪瀝青面層的平面布置
路面損壞與車輛荷載相伴而生，維修效果應考慮荷載影響。因此，新鋪瀝青面層的平面分布須注意以下要點:
(1)使縱向接縫與渠化交通的輪跡保持足夠距離，避免縱縫經常性承受輪載作用，從而減小路面受力變形對縱縫產生的影響。接縫是路面維修的關鍵點。
(2)一次維修的面積不能太小，以形成一個穩定的結構層。否則，維修所造成的結構缺陷較為集中，在輪載作用下容易使整體發生變形破壞。
(3)應以一個車道作為最小維修寬度，并確保橫向平整。否則，車輛一個輪軸的兩側輪胎作用在不同的水平面上，會加劇高速行車顛簸，加大路面的沖擊，從而加速路面破壞。
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