【摘 要】通过长期的实践,总结分析了城市道路沥青路面裂缝产生的原因,及由于执行标准、材料、设计,施工等方面因素的影响,分析公路沥青路面裂缝的形成、危害及裂缝的种类、产生原因,提出对裂缝的预防和处理措施。
【关键词】市政道路;沥青路面;裂缝预防与控制
1. 前言
随着高等级公路的大量修建.半刚性类材料以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国公路建设中得到了广泛的应用,并在公路建设中越来越占有特殊的重要地位。然而,半刚性材料的缺点在于抗变形能力低,在温度、湿度变化时易产生裂缝,当沥青面层较薄时易形成反射裂缝,沥青路面本身也易产生低温裂缝,沥青路面一旦出现裂缝,有可能导致路面结构性破坏,影响路面的使用功能。城市道路是否畅通、平整,是体现城市硬环境建设的重要指标。目前,城市道路路面使用周期大大缩短,远达不到设计使用年限即出现破坏现象。沥青路面的裂缝尤其严重,其中网裂,龟裂,纵缝,横缝等。其原因是多方面的,有执行标准、设计、施工方面的原因;有交通量迅猛增加的原因:有原材料质量的原因。这里通过生产实践过程积累的经验,针对各种导致路面破坏的各种原凶简要阐述预防措施。
2. 城市沥青路面开裂原因
2.1 沥青路面开裂的主要原因可分为两大类:一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝,一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝,包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝,一般称之为非荷载型裂缝。
2.2 由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。
2.3 由于施工的原因产生的横向裂缝和纵向裂缝。
3. 影响裂缝产生的主要因素
3.1 技术标准低:市政标准90版从1990年执行到2008年近18年标准没有更新,而近二十年、特别是近十年随着国民经济的迅猛发展,城市建设也日新月异,城市公路建设跟着飞速发展,二十年前所积累的经验数据来规范现代化建设,显然已经不能满足。由于旧的试验技术和仪器设备的欠缺原规范所规定的检测项目和指标也不能控制工程质量,导致虽然技术指标合格,但工程并不能满足使用功能,造成破损,裂缝等。
3.2 集料生产不规范,质量不能满足施工要求,碎石开采企业大都是临时职业资格,虽然国家对工程质量要求非常严格,但对于开采企业没有统一标准,执行和监管力度不够。牛产企业都为小型私人企业,质量意思淡薄,难以从源头控制材料质量。特别市政工程受地方保护影响,材料大都被区域地方民众垄断,施工企业很难控制。造成不用则却的现象。生产的碎石材料特别是粉尘和软石含量过高超过3%,这两项指标是影响沥青混合料内在质量的关键因素,会使沥青粘度降低,混合料强度降低。另外影响市政沥青路丽质量的还有应用了河砂,传统工艺中应用河砂比例太大,一般20型沥青混凝土用河砂在18~25%,这样可使混合料加工容易,能满足级配要求,增加混个合料的和易性,但是河砂主要成分为石英属酸性材料,对沥青指标会有一定的破坏作用,所以增加了混个合料的流值和降低了强度。而目前高等级公路都不允许使用天然砂,而代替采用玄武岩或石灰岩加工的人工砂。
3.3 沥青及沥青混合料的性质。
沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因,沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素,沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中,影响更大的是温度敏感性,温度敏感性大的沥青更容易开裂。
3.4 基层材料的性质。
市政工程原设计基层材料一般都为石灰土基层,而其强度远远不能满足城市交通对其的影响,基层是道路承重的主要结构,基层破损必然导致路面破损。
3.5 施工因素。
在保证基层质量的前提下,严格控制沥青路面施工质量,特别是生产温度的控制,包括拌合温度,运输温度,碾压温度,关键拌合和碾压温度必须严格控制;另一方面施工接缝,市政道路越来越宽,摊铺机有效摊铺宽度为7.5~12.5米,对于36~48米宽的路面必然会产生接缝问题,那么采用热接缝或双机联铺或多机联铺最有效消除纵缝的方式。
4. 减轻市政工程沥青路面裂缝的有效措施
目前cJJ1~2008版《城镇道路工程施工与质量验收规范》非常全面具体得对城镇道路工程进行了技术指标的规定。根据规范,通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求,基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生,应从设计与施工、原材料控制及设备配置等方面来进行考虑。
延缓和减轻半刚性基层沥青混凝土面层的荷载型裂缝和非荷载型裂缝,可采用两大类方法:一是在施工期间就采用相应的预防裂缝或处理措施,二是在维修养护时选用合适的加铺层体系。通常。在有条件时,为获得最佳效果,可综合运用这两类方法。本文仅从半刚性基层沥青路面裂逢的预防或处理方面进行阐述。
4.1 提高路基工作区的强度和稳定性。
路基是路面的基础,路基工作区又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域,该深度区域具有足够的强度和整体稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,否则将产生不均匀沉降使路面发生开裂。
因此,必须采取有效措施处理好影响路基工作区的稳定性和强度的关键环节,最大限度地减小路基完工后沉降量。
(1)路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的。必须严格控制路基的填筑工艺,确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土,其次选用含砾、砂低液限粘土,再次选用低液限粘土。粉质土和有机土不能用于填筑路基。
路基工作区深度:Z?a=(knP/γ)??1/3?
式中;Z?a—路基工作区深度,m;
P—车轮荷载,KN;
K—系数、取K=0.5;
γ—土的容量,KN/m?3;
n—系数,n=110~15。
从上式可以看出,车辆荷载P越重,路基工作区的深度z 就越大。而在路基路面设计时,车辆荷载是按标准的额定轴(BZZ-100)考虑的,当公路建成后,路基工作区的深度已经是固定成型了。公路交付使用后,当公路上车辆超载运行时.路基工作区的深度Za必将会随之加大。由于超载的缘故。路基工作区的实际深度超出了预设深度,这样未经处理的超出部分的路基强度、稳定性、刚度明显不足,在实际使用中,路基路面就会产生裂缝、沉陷、车辙、变形过大等病害。因此,面对当前高速公路超载现象十分普遍的情况下,笔者建议在路基施工时对路基工作区的控制深度最好是大于路基工作区的设计深度,以防患于未然。
(2)压实度是反映路基强度的重要指标,也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施,施工中必须严格检测控制。使其达到规定值。填土层的厚度对压实度有直接的影响,施工中要插杆挂线,每层的松铺厚度不应大于30cm。检测压实度试坑要打到下一层顶面,凡是检测结果达不到规定值的要加压处理,或推除重填。
(3)降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的关键部位,它直接承受和吸收路面的扩散应力,要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水,不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑,土质差的地段要进行换填处理,确保其强度和稳定性。
4.2 基层应有合理厚度。
当基层厚度增加时,其承载能力也迅速增加,试验证明,半刚性基层厚度由10cm增加到25cm时,其承载力提高为原来的3倍。
4.3 修筑防裂路面。
研究表明,面层反射裂缝明显地受沥青面层厚度的影响,厚度超过15.0cm的面层可以有效的防止受拉疲劳所产生的裂缝,还可以降低车辆荷载引起的剪应力。国外资料介绍。在贫混凝土上铺筑10.0cm的沥青面层时,在形成反射裂缝前可累积通过标准轴载10×10 次。如果沥青面层加厚到15.0cm,则可通过20×10 次。如沥青面层加厚到17.5cm则可放心使用。
4.4 选择防裂性能好的材料。
(1)选用抗冲刷能力好,干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层,最好使用温度膨胀系数低的骨料。
(2)选用松弛性能好的优质沥青做面层,保证沥青的针入度、延度等指标;在缺少优质沥青的情况下。应采用某些添加剂或聚合物。以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。
(3)在稳定度满足要求的前提下。选用针人度较大的沥青作两层。美国和英国的研究表明。在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。
(4)采用密实型沥青混凝土面层 空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响,密实型沥青混合料在使用中沥青硬化缓慢,同时也延缓了裂缝的扩展。
(5)沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性,则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉,确保混合料的抗剥落性能,同时应尽量降低集料的含水量,尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。
(6)沥青混合料的级配也是一项重要因素。在合理选配混合料级配时,应兼顾其高温稳定性,疲劳性能和低温抗裂性能。以及路表特性和耐久性等各方面的要求。
(7)在条件允许的情况,可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能,抗车辙性能好、使用寿命长,是防裂路面设计时应选用的一项新技术。
(8)采用橡胶沥青或聚合物改性沥青在沥青混凝土表面作封层,可进一步提高表面层的抗温度裂缝能力。
4.5 设置应力吸收层。
(1)在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、预制织物膜带条、土工织物或土工格栅中间层、低粘度沥青混凝土层等均匀应力吸收层。
(2)采用应力吸收薄膜,对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果,可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少,明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模薰越低,防裂效果越好。可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。就目前常用的材料而言,土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低,变形率较大。不存在低温脆裂问题,效果更佳。
(3)用土工格栅加筋沥青路面的主要功能,是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝,不同类型格栅性能显著不同。
(4)橡胶沥青吸收膜,是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后.施于面层中间,形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明,此应力吸收层在面层中间效果最佳。
4.6 新铺半刚性基层的预开裂技术。
在半刚性基层上锯缝,即在结构层碾压前切割一条缝直到层底。缝宽为0.5cm,内填沥青砂或沥青乳液.随即将切缝快速封闭.然后以正常方式碾压该层。其目的就是预先制造更直、更多规则问距的裂缝(通常问距为2~3 in),这样它比自然裂缝更细、裂缝位移更小,从而避免裂缝边缘的快速恶化或减缓裂缝贯穿沥青层。
5. 结束语
市政工程沥青路面裂缝已成为沥肯路面的主要危害之一,在工程施工中根据其成因从设计、路基、基层施工、沥青而层施工到原材料控制,有针对性地采取一系列预防和改善措施,同时按全面质量管理的要求,建立健全有效的质量保证体系,对施工令过程、每道工序的质量进行严格的检查、控制,才能减少沥青路面裂缝的发生,从而提高沥青路面的建设质量,延长市政沥青路面使用寿命。