公路沥青路面预防性养护时机与措施杨如海.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流公路沥青路面预防性养护时机与措施杨如海.精品文档.解析半刚性基层沥青路面的早期病害特征探讨沥青路面预防性养护的时机与措施昌宁公路管理段 杨如海摘要：为了保持管养公路沥青路面良好的使用性能和延长它的使用寿命,必须及时做好前置性的预防性养护措施。本文针高等级公路半刚性基层沥青路面早期破坏这一质量通病，通过描述其基本特征，着重分析其产生的原因和造成的危害。对当前高等级公路沥青路面养护工作存在的一些认识误区，系统介绍了预防性养护的概念及重要作用，并对实施预防性养护时机的选择和技术措施进行了探讨。关键词：道路工程；沥青路面；早期病害；预防性养护；时机；措施1 概述近年来我国公路建设飞速发展，随着一大批高等级公路相继建成通车,半刚性路面介于柔性路面和刚性路面之间，具有较高的强度和刚度，同时具有良好的高温稳定性和低温抗裂性；另外半刚性基层受力类似“板体”，有较强荷载扩散能力。在我国过去已建成的高等级公路中90%以上采用此路面。但是近些年来随着道路交通量的快速增加，载重汽车比例增大，且超载现象严重，过去大部分已建成的半刚性路面在通车3-5年后，有的甚至1年后就出现各种各样的早期破坏，其中比较常见的有裂缝、车辙、龟裂、沉陷、泛油和坑槽等。这不仅严重影响了交通运输，而且造成了巨大的经济损失。沥青路面的养护随之也面临着越来越严竣的挑战。公路养护一般分为预防性养护和修补性养护。目前我国大多数公路养护仅仅停留在修补性养护上，譬如补坑槽就属于修补性养护手段，这时候往往道路已经出现了程度不同的病害，而且大部分是结构性病害。如果能够正确适时地实现早期防御性养护，就会不挖坑槽或少挖坑槽，使路面能够长期保持较好的使用状态。但早期预防性养护该何时实施？做哪些前置性的措施？如何作质量检评？目前业内尚没有统一的标准，成为摆在高等级公路养护管理部门面前的一项重要任务。2 高等级公路路面养护的认识误区一条高速公路路面从建成投入运营到出现局部或大面积破坏，是一个由小到大、由轻到重的变化发展过程。一直以来，由于没有积极地认识路面病害起因，在公路养护方面“不坏不养”、“以修代养”或“重修轻养”的状况普遍存在。特别是进入高速公路时代以后，认识上的误区导致路面养护总是习惯于等到路面出现结构性破坏时，再来小挖补或者大挖补，甚至大中修，即使发现一些早期病害也缺乏必要的处置措施，工艺技术单一化的问题极为突出。当路面还处于良好状态下但已出现功能性损坏时，需要及时采取以预防性养护为主的道路养护方法，而不是等到路面损坏进一步恶化后再进行修补性养护。尽管路面预防性养护的概念早在30年前就已经提出了，然而一直未得到广泛的应用和研究，这主要是由于以下原因：1、养护部门的认识不足；2、与决策者的思维方式有冲突；3、缺乏专项养护资金；4、技术研究的不足；5、缺少路面性能数据的收集和分析。因此，在高速公路路面养护中，科学认识并树立预防性养护的理念、推广预防性养护已是迫在眉睫。3 预防性养护的重要意义3.1 预防性养护的定义2000年AASHTO在描述预防性养护（preventive maintenance）时对其的定义是：“公路预防性养护是一种有成本效益的措施的计划性策略，它针对已建的公路系统以及其附属设施，延缓其发生破坏的时间，并保持或提高系统功能性能状况，但不增加结构的承载能力。” 通俗地讲，预防性养护实质上就是早期防御性养护，一般是全面的、整体的，它的作用在于通过一些前置的措施方法，使道路及其构造物内部和外部的病害隐患与不利条件得到遏制、改善，保证其在正常的运营条件下，实现或延长设计使用寿命。必须明确的是，预防性养护仅适用于路面表层的修复，不能解决结构性问题。3.2 预防性养护的有效性和经济性预防性养护能延缓路面破坏，延迟昂贵的路面大中修和重建。举个典型例子，一条高速公路沥青路面在使用几年后，由于交通、气候、日照的影响，开始氧化并出现疲劳裂缝、轻微车辙、骨料剥落、路面透水等路面病害。这些病害如果不及时处治，经过雨季后加速发展和扩大，路面状况进一步恶化，并逐步进入下层，造成整个沥青面层、甚至基层结构的损害，导致提前进行大面积结构罩面或整体翻修，造成大量经济损失和负面社会影响。但是，如果在发现路面病害前期征兆时，就采取前置性的预防性养护维修，如裂缝填充、雾封层、微表处等，有效地弥补路面结构层透水等多种功能性缺陷，整个结构就得到了合理维护，病害出现的时间将推迟。图1表示一个典型的沥青路面生命周期，斜率变化显示了随着路面使用年数的增加路面退化速率的增加。一条质量合格道路，在使用寿命75%的时间内性能下降40%。这一阶段即为预防性养护阶段。如不能及时养护，在随后12%的使用寿命时间内，性能再次下降40%，从而造成养护成本3-10倍的增加。这一阶段就是修补性（矫正性）养护阶段。如果在前一阶段多次进行预防性养护维修，路面状况曲线将呈锯齿形，使高速公路始终处于良好的路面状况。图1 道路结构状况及时间曲线图由此可见，预防性养护是一种效益费用比非常良好的养护措施。4 高等级公路半刚性基层沥青路面的典型早期病害及特征半刚性基层沥青路面虽然有很多优点，但是它也存在着在设计年限内由于各种原因而发生的早期破坏。这些早期破坏主要指：开裂冬季沥青路面的横向开裂；路面车辙夏季高温时期在重载汽车作用下造成的纵向或横向的永久性变形；水损坏雨季或春融季节的坑槽；路面表面功能衰减沥青路面的泛油、石料磨光及路面破损引起的表面功能降低或丧失。4.1 裂缝及产生的原因据国内已建成的高速公路使用调查表明，半刚性基层沥青路面裂缝问题日益突出，并已成为该结构的主要缺陷。另外研究表明由于半刚性基层整体性强，具有足够的强度和刚度，完全能够抵抗行车荷载所产生的拉应力，它所产生的裂缝主要是由非荷载因素引起的。造成半刚性基层沥青路面非荷载裂缝因素很多，主要如下：4.1.1 面层的低温开裂沥青混合料使用的沥青胶结料温度敏感性强，其低温性能不能满足该项目地区温度变化所产生的温度应力的要求。一般沥青胶结料含蜡量高和延度小，易于脆裂。我国现行规范中规定的实验指标不能真正反映沥青的路用性能，现行沥青分级只是根据沥青的稠度针入度划分，但是在25摄氏度常温下针入度相同的沥青在不同温度下差别较大。同一等级的沥青其温度敏感性却有很大的差异。沥青是粘弹性材料，在温度较高时材料为粘性，而在低温条件下为弹性，在常温及正常使用情况下沥青呈粘-弹性。图1中三种不同性质、同质量的沥青，当温度为25摄氏度针入度相同，但是在高于或低于25摄氏度时三者的针入度却显然不同。图中C沥青温度敏感性最小，A沥青最大。因此用A沥青拌制的沥青混合料在低温时易出现脆裂，在高温时易出现车辙变形。4.1.2 反射裂缝在半刚性沥青路面上现场钻芯取样观察表明，裂缝中相当数量为半刚性基层先裂，然后在行车荷载作用下基层裂缝反射到面层而导致面层开裂，这一比例常常超过50%。因此反射裂缝已成为半刚性沥青路面的主要病害。研究发现导致半刚性基层开裂的主要原因是基层结构的干燥收缩或温度干燥开裂。半刚性基层干燥收缩开裂是混合料水分的失去引起的收缩，原因是混合料中游离水的减少，缩小了颗粒间的距离而产生体积收缩。干燥收缩的大小与材料的性质和用水量有关。石灰土干缩大，当失水25%时其干缩系数达到（12001500）×10-6，并产生（30003750）×10-6的干缩应变；水泥稳定类碎石在失水50%时的干燥系数为（5.38）×10-6，干燥应变为（1318）×10-6；密实式二灰碎石失水50%为（13.515.5）×10-6，干燥应变为（2527）×10-6。因此无机结合料稳定细粒土比稳定粗粒土干缩大，易于开裂。半刚性基层低温开裂是由于基层多在高温夏季或常温时施工成型，入冬后，温度下降，特别是我国西北地区，季节温差很大，混合料遇冷收缩，在收缩过程中受到下层（基层或底基层）的约束产生收缩应力（拉应力），如果收缩应力大于当时混合料的极限抗拉强度时，就会产生温度收缩裂缝，一般为横向裂缝，裂缝宽度约为216mm。温差越大，温度变化速度越块，则约束越大，混合料越容易开裂。4.2 车辙 车辙是高等级公路沥青路面的主要损坏形式之一。当车辙达到一定深度时，由于辙槽内积水，极易发生汽车漂滑而导致交通事故。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。再者交通量、轴载、轮胎气压及气候条件也是影响车辙的重要因素。另外由于施工中用油偏多，沥青稠度偏低，矿料级配中细料过多，矿粉掺量过多也会产生车辙。4.3 泛油泛油是指粘结料或沥青浆溢出路面形成局部的黑而光亮的斑面。由于混合料中沥青用量偏多、沥青稠度太低、粘结料过软，过量的沥青高温膨胀充满沥青混合料空隙后溢出到路面上。在泛油地段，路表油亮光滑，车辆易打滑。另有一些沥青用量正常的路段也出现泛油现象，且只发生在轮迹带上，与温度和交通量无明显关系，现象有两种：（1）点状油斑由小到大发展。首先是某段轮迹带上开始出现轻度小块油斑，紧接着小油斑增多、增大，直径1-5cm不等。发展到严重阶段时，油斑的直径、面积和爆发密度进一步增大，直至各块油斑逐渐连接成片。第二种是由于压实度不足或集料质量（形状、纹理）较差，在轮载的反复作用下矿料发生位移，路面不断压密，挤压沥青上泛，形成泛油，造成这种现象的原因除压实和集料因素之外，混合料设计标准相对交通量而言较低也可能是一个重要因素。4.4 松散原因主要是采用的沥青粘结力差,沥青用量偏少或所用的矿料过湿，铺撒不匀，沥青混合料未压实，或所用的嵌缝料不合规格而未能被沥青粘牢。秋后施工，气温低，沥青裹覆矿料能力差，也易松散。有的松散现象往往伴随泛油现象产生。在水和高速行车的综合作用下，面层底部的沥青膜从集料表面剥落，使面层部分集料丧失粘结力而发生松散。有时虽然面层底部逐渐松散，但集料颗粒仍然可以依靠相互嵌锁维持相当长时间。随着松散逐渐从底面向顶面发展，面层的结构强度逐渐下降，直至在行车荷载作用下发生整层局部碎裂。 4.5 路面的水损害路面的水损害是指在水分的作用下，经过交通荷载和温度胀缩的反复作用，水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，在动水压力的作用下，沥青膜逐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生沥青面层破坏的过程。另一方面水分渗入到半刚性基层顶面滞留起来，冲刷半刚性基层形成泥灰浆并唧出表面，在行车荷载的反复作用下使基层因唧浆而脱空。在南方多雨地区,半刚性路面的水损害成为最为主要的形式之一。梅雨季节大量的降雨沿着路面孔隙或早期微裂缝渗入到路面中，开始小块网裂,白浆(唧浆)，最后松散形成坑槽。5 预防性养护时机的确定预防性养护的经济性和有效性在很大程度上取决于采取预防性养护措施的时机，预防性养护是在路面还处于良好状况下，路面外观根本没有表现出多少破坏或路面仅仅有某些破坏的前期征兆时而采取的行动措施（此时进行预防性养护的效益最好）。目前常用的路面大、中修或重建时机决策方法主要针对的是明显的路面破坏，这对于预防性养护来说，不一定适合。因此，预防性养护时机的确定尤为重要。美国已广泛应用道路管理系统PMS，来充分考虑路况现状及变化、资金、优先权养护措施等各种复杂因素，合理安排养护工作，并取得了良好的效果。道路管理系统PMS的主要目的就是要通过将路面状态维持在路面现状指数PCI的上限（60-90），限制基层可能遭受的损害，使路面整体维护费用在生命周期中最低。在美国，路面养护是以PCI为指标，将养护工作分为四个等级。其中第一阶段PCI指数为75-95，路面状况优异，采取常规养护；第二阶段PCI指数为60-75，路面状况良好，这时就应采取预防性养护，延长使用寿命，恢复路表状态功能。由于不同气候区域、不同的路基路面结构和材料、不同的交通状况、不同的施工经验以及不同的路面养护历史对路面的性能有着重要的影响，同时造成沥青路面破坏的早期病害往往没有明显的表征，高速公路路面的先期功能性缺陷也不容易被察觉，因此路面的预防性养护时机确定应该是一个多标准的、基于路面性能的基础上进行的。路面预防性养护时机的选取应该基于路面的功能性能，在路面结构性能良好的情况下，在路面功能性能加速恶化前进行预防性养护。这就需要凭借一系列科学的检测手段去预先发现路面功能的衰减，对其变化发展过程进行准确、连续跟踪监测，并进行归纳分析判断，得出相应的预养护措施方案。不同的预防性养护措施，其对不同交通水平和环境的沥青路面，预防性养护的时机选择有所不同，一般情况如表1。但是由于国内高速公路沥青路面普遍存在早期损害现象，根据实际情况采取预防性养护措施的最佳时机往往还需提前。表1 不同预防性养护措施应用的时间措施雾封层裂缝填封石屑封层稀浆封层（微表处）薄层罩面预防性养护的时间（年）132457575106 预防性养护主要措施的应用在预防性养护中使用的材料，其性能的好坏，直接关系到养护寿命的长短及资金投入的多少。因此，预防性养护材料是研究预防性养护技术的切入点，然而材料必须借助于一定的施工技术手段去实施。目前，国内外运用的预防性养护技术概括起来主要有裂缝填缝、表面封层、薄层照面三种类型。裂缝填缝针对于原路面的局部裂缝，如果没有伴随出现的较大范围的轻微网裂，只有少数几条可以明显区分的裂缝，裂缝填缝可以保持沥青路面的良好状况，防止因水的渗透使路面裂缝扩大，从而造成更加严重的坑槽等病害，裂缝填缝时常用的养护措施。根据工程养护实践，对沥青路面产生的裂缝及时选用性能优越的灌缝密封材料进行有效的填缝处理相当重要，及时对沥青路面裂缝实施有效地填缝可大大减少坑槽的形成和裂缝的进一步发展，有效的延缓道路使用功能的退化，从而使道路的使用寿命延长。表面封层技术根据实施的材料不同可以分为：雾封层、石屑封层、还原剂封层、稀浆封层、微表处等。6.1 雾封层当沥青路面尚处于基本完好的状态，但已开始出现轻微疲劳龟裂、贫油的现象，雾封层是这一阶段养护的最有效手段，且费用较低。雾封层可起到恢复路表沥青粘附力、填补微小裂缝和空隙、防止路面渗水等目的，将路面性能维持2-3年时间，推迟了造价更高的养护工程。但雾封层对于填补长期裂缝没有太大效果。6.2 还原剂封层还原剂封层技术是将具有使老化沥青的性能部分恢复或者全部恢复的还原剂喷洒到老化的沥青路面上，通过还原剂的渗透作用，渗入到沥青一定深度处，与已经老化的沥青膏体发生聚合作用，使老化沥青的组分发生你想变化，回复柔韧性减少脆性，同时保护尚未老化的沥青，使之延缓老化，适用于原路面在老化过程中由于光照、温度、行车荷载等作用造成的沥青路面老化明显，路面出现大范围的轻微网裂、局部松散的路面。6.3 裂缝填封裂缝是沥青路面常见的一种病害，从用户工艺的角度来看，裂缝按其缝宽分为微裂缝或发裂（2mm以下）、微小裂缝（2-6mm）、小裂缝（6-12.7mm）、中裂缝（12.7-25mm）、大裂缝（25mm以上），其中6mm以内的裂缝属于预防性养护的范围。裂缝填封是常规的养护措施。及时对沥青路面裂缝实施有效的填封，可大大减少坑槽的形成和裂缝的进一步发展，防止因水的渗透使路面裂缝扩大，反映在PCI指数上，即下降速率降低，从而使道路的寿命延长。根据我们的养护工作实践，对沥青路面的裂缝及时选用性能优越的密封胶进行有效的填封处理相当重要，否则雨季后路面裂缝将迅速发展，并发坑槽、唧浆等一系列路面病害。通常使用的填封方法有：普通热沥青或改性热沥青灌缝；溶剂型常温改性沥青材料灌缝；灌封胶处理裂缝。6.4 石屑封层石屑封层是一种经济型的养护手段。施工时将沥青粘结料喷洒在路面上，然后立即铺撒一层大小均匀的石屑，用于增加路面抗滑性，对结构稳固但开始老化并存在一些表面损害的路面起到延长寿命的作用。传统上，石屑封层最普遍地用于低交通量道路，随着材料改进与技术的发展，有些聚合物改性乳化石屑封层也越来越多地用于重交通量的道路。目前,在高速公路沥青路面养护工作中石屑封层还少有应用。6.5 同步石屑封层同步石屑封层技术是一种路面养护新技术，最大的有点是同步喷洒粘结材料和石料，实现喷洒到路面的高温粘结材料在不降低温度的条件下及时与碎石结合的效果，它将粘结剂的喷洒和集料散步两道程序集中在一台车上同时进行。这样做的好处是促使碎石颗粒立即与刚喷洒的粘结剂相接处，由于热沥青或乳化沥青的流动性较好而是石屑能更深的埋入粘结剂内，并更好的深入到沥青路面的裂缝中。同步石屑封层技术最主要的特点是：同步石屑封层实质上是靠一定厚度的沥青膜粘结的超薄沥青表面处治层，能增加路面的抗滑性能、治愈路面龟网裂、减少路面反射裂缝、提高路面防渗水性能，用于道路路面养护科延长路面使用寿命；同步石屑封层可以大大的提高原路面的摩擦系数，即增加路面抗滑性能，并使路面的平整度得到一定程度的恢复；通过采用局部多层摊铺不同粒径石料的的施工方法，同步石屑封层能有效治愈深达10mm以上的车辙、沉陷等病害，这是其他防御方法无法比拟的。同步石屑封层技术缩短了粘结剂与集料撒布之间的间隔，增加了集料颗粒与粘结剂的裹覆面积，更易保证它们之间稳定的比例关系，提高了作业效率，减少了设备配置，降低了施工成本，可以广泛应用在各等级沥青路面上。沥青路面经过同步碎石封层处理后，是沥青路面有良好的抗滑性能和防渗水性能，能有效治愈路面松散、轻微网裂、车辙、沉陷等病害，主要用于道路的预防性养护和修复性养护中。6.6 稀浆封层稀浆封层技术作为微表处技术的基础，是路面养护中应用较广的一种预防性养护手段，它能恢复路面的平整度和抗滑性能，修复轻微车辙，快速封闭旧路面的各种裂缝，防止雨水对路基路面的进一步损坏，延长道路的使用寿命，经济效益显著。稀浆封层不能提高路面的承载力，对路基变形较大、已严重损坏的路面不宜使用。6.6 微表处微表处是近年来在国内各高速公路沥青路面养护中应用最广的预防性养护手段，是在稀浆封层基础上发展起来的,由慢裂快凝的高分子聚合物改性乳化沥青、100%破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆混合料。微表处技术具有良好的防水、抗滑性能,并且成本低、施工简便、路面性能好、开放交通快，一般可延长路面使用寿命3-5年。目前微表处技术应用领域不断扩大，广泛地应用于旧路面加铺的抗滑磨耗层、2cmc以下的轻度车辙修补工作、作为路面防水用的封层等。需要强调的是，微表处作为一种路面功能层，使用前必须对原路面的裂缝等所有病害进行全面处理，并且不宜用于已发生结构损害的路面。6.7 薄层罩面薄层罩面是一种传统的预防性养护方法，是在原有路面上加铺一层厚度不超过2.5cm的热沥青混合料。薄层罩面按照实施方法的不同可以分为冷薄面罩层和热薄面罩层两类。冷薄面罩层在常温下就可以实施施工，不需要对材料进行加热，具有施工方便、快捷、中断交通时间短等优点，目前应用较多的冷薄面罩层工艺的技术主要是乳化沥青或乳化改性沥青混合料。热薄面罩层相对于冷薄面罩层而言需要对材料进行加热，然后施工。热薄面罩层按照级配类型不同可以分为开级配、密集配、间断级配。薄层罩面可有效地防止性能正在下降的路面继续恶化，改善路面平整度，恢复其抗滑性能，并对路面有一定的补强作用，但在多数情况下费用较其它预防性养护方法高。薄层罩面通过改善功能条件来延长结构稳固路面的寿命，但不能矫正结构上的弱点。薄层罩面用于沥青路面的预防性养护，主要优点是：（1）服务寿命长；（2）能承受重载交通和稿件应力；（3）表面平整度性能好；（4）可被铺成需要的厚度、纵坡度和横坡度；（5）中断交通时间短。结 论为了保持公路沥青路面良好的使用性能，有效解决路面早期病害，养护管理部门必须科学地认识预防性养护的重要性，理性地选好、用好微表处、雾封层等先进的预防性养护措施，并结合各条高速公路的实际情况，做好预防性养护技术的应用、总结和推广工作。在日常养护工作中，应加强对路面现状的跟踪监测，通过科学的检测手段和评价标准，选择最佳时机和适宜方案，实现养护处治措施前置，促使高速公路养护走向理性化、科学化。参考文献：1 郭中印,李立寒.沥青路面施工与养护技术M.北京:人民交通出版社.2 科氏路面解决方案.美国科氏材料(中国)公司.3 公路建设质量通病分析与防治.黄晓明 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