高速公路沥青路面病害养护防治分析
摘要：说明了高速公路沥青路面病害的类型，分析了沥青路面病害产生的原因，阐述了高速公路沥青路面病害的防治措施。
关键词：高速公路；沥青路面；病害分析；养护对策
1、沥青路面常见病害分类
1.1依据《公路养护技术规范》[1]，路面沥青路面的病害形式可分为裂缝类、松散类、变形类及其他类。
1.1.1裂缝类有网裂、龟裂、横向裂缝、纵向裂缝。①横向裂缝：这种裂缝与路面中线近于垂直,裂缝起初大多出现于路面两侧的硬路肩,逐渐发展而贯穿全路幅,贯穿的裂缝沿路面大致呈均匀分布。②纵向裂缝：高速公路普遍存在纵向裂缝,大多在半填半挖路基或路面加宽处产生。③龟裂：相互交错的疲劳裂缝,形成一系列多边形小块组成的网状开裂,龟裂的初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝,其后在纵缝间出现横向和斜向连接缝,形成网状裂缝。网裂、龟裂一般都伴随着路面唧浆现象。
1.1.2松散类有沥青混合料松散和坑槽。基层或土层松软变形、粘结料老化、油污等均会造成沥青路面的松散，在行车荷载作用逐渐形成坑槽。
1.1.3变形类有路面沉陷、车辙、波浪拥包。路面表面沿轮迹的纵向凹陷是沥青路面特有的一种损坏现象,荷载和气候因素共同作用下,轮迹带逐渐产生下洼形变并形成两条纵向凹槽。车辙的深度常以轮迹带外侧凸起部分的峰顶到槽的谷底的距离表示。
1.1.4其他类有路面泛油或由于路面养护时贯缝料溢出形成光面,外观非常难看而且对于行车安全构成威胁。
1.2按路面的使用性能路面破损又可分为功能性损坏和结构性破损。
1.2.1路面功能性损坏导致路面功能衰减，主要表现在路面表面上,如局部沉陷、车辙、波浪拥包、桥头跳车等，只影响路面的服务性能,路面平整度和抗滑性能降低。对整体结构强度不会带来严重影响,其产生的原因往往可以从其表现形式判断出来。由于功能性损坏主要影响行驶质量和安全特性,一般用平整度、抗滑阻力、纹理深度、反光、噪声等指标评价。路面的多种损坏形式又影响到路面的表面性能。
1.2.2结构性破损导致路面结构承载能力降低,以各种结构裂缝的形式表现出来,如龟裂、块裂、纵裂和横裂、坑槽、松散等。但有些结构性损坏,如基层的开裂在扩展道路表面之前是不可见的。沥青路面的损坏所表现出的形式和特征是多种多样的,使路面出现损坏的原因也是多方面的。有行车荷载因素,如交通量增长、超重和超载车辆的增多等;也有环境因素,如温度变化、湿度变化和冰冻作用等。此外,还有设计、施工、采用材料和养护管理等原因。如裂缝也可能是由于路基下沉、路面材料品质不良、施工控制不合格、渗水引起的。同一种因素可以引起不同程度的损坏,而同一种损坏形态可以由不同原因造成,影响因素复杂多样。
2、沥青路面病害原因分析
2.1沥青混凝土的水稳定性未能得到有效控制
水对路面所引起的病害既是直接原因,也是催化剂。沥青混凝土路面水存留有孔隙水、层间水、深层渗水,三种存留水都是路面病害产生、发展的原因。因此,在高温天气,路面在动荷载的反复作用下,沥青上浮,混凝土稳定性下降,面层逐步破坏。层间水可以在沥青上、中、下面层之间存留,也有直接渗到基层和底基层再存留的现象,使路面各层次不能共同承受外力,这样,势必造成应力集中,加剧路面破坏。渗水是路基不均匀沉降的催化剂,是造成桥头沉降、边坡位移、路面裂缝的主要原因。因此,解决水的存留是路面病害处治的关键。
2.2.2沥青的热稳定性有待进一步解决
在高温条件下,因车轮碾压的反复作用,荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限,使沥青混合料的侧向流动变形不断积累,形成车辙。一方面轮迹部位下凹,另一方面车轮作用甚少的车道两侧向上隆起,在弯道处还明显向外推挤,这种车辙一般都有两侧隆起现象,横断面为W形。车辙主要是由于车辆渠道化行驶,重载车辆和轮胎压力增加而引起。沥青混合料是一种粘弹性材料,其强度和模量都随温度升高而急剧下降。在相同条件下,沥青砼的强度和回弹模量变化很大,在路面适应的温度范围内其值相差几倍到几十倍。因此,在高温季节,高速公路行车道上的轮迹带承受着大量重车的反复作用。沥青混合料在高温时的强度不足以抵抗重轮荷载的反复作用,轮下的沥青混合料产生剪切变形而侧向流动,轮迹带变形下凹,形成槽形的车辙。若在建设期间沥青混凝土级配控制不严格则更会加剧车辙的发展,进而出现横向推挤、拥包,从而导致路面的破坏。
2.2.3路基强度不足及路面稳定性下降产生病害
路基强度不足导致路面病害,主要反映在软基处理不到位、压实度不均匀,特别是路堤边部压实没有达标,地基下沉，挖方路堑地下水没有隔断、中央分隔带排水不完善等。路面稳定性下降的主要原因是,沥青混凝土施工级配控制不严、集料品质不均匀、路面厚度不足或结构层厚度配置不合理、铺筑碾压厚度过厚碾压不实、两层铺筑碾压厚度过薄不能形成整体、路面压实度差、集料离析、低温收缩等。此外,半刚性基层的干缩裂缝逐渐反射到表面也是影响路面稳定的一个重要因素。
2.2.4养护不及时是病害发展的重要原因
在病害形成阶段及时维护,是防止路面病害发展的根本措施。通过沥青修补车热料热补、切割热料冷补,及时性封堵灌缝和扫除路面积水等养护手段可防止病害的发展。对先天性的病害要预防性养护,对功能性损坏要及时修补,确保路面完好、通畅。
3、路面病害的维修方法
3.1裂缝的修补方法
在高温季节全部或大部分可愈合的轻微裂缝,可不加处理。在高温季节不能愈合的轻微裂缝,可采取以下两种方法进行处治:将有裂缝的路段清扫干净并均匀喷洒少量沥青(在低温潮湿季节宜喷洒乳化沥青),再匀撒一层2～5mm的干燥洁净石屑或粗砂,最后用轻型压路机将矿料碾压,同时沿裂缝涂刷少量稠度较低的沥青。
对于路面的纵向或横向的裂缝,应按裂缝的宽度按以下步骤分别予以处治:①缝宽在5mm以内。清除缝中杂物及尘土;将稠度较低的热沥青(缝内潮湿时应采用乳化沥青)灌入缝内,灌入深度约为缝深的2/3;填入干净石屑或粗砂,并捣实;将溢出缝外的沥青及石屑、砂清除。②缝宽在5mm以上。除去已松动的裂缝边缘;用热拌沥青混合料填入缝中,捣实。缝内潮湿时应采用乳化沥青混合料。③因沥青性能不好、路面结构设计（厚度、配合比）、使用年限较长、油层老化等原因出现大面积裂缝(包括网裂),此时如基层强度尚好时,通过技术经济比较,可选用下列维修方法:乳化沥青稀浆封层,封层厚度宜为3～6mm;加铺沥青混合料上封层,或先铺设土工合成材料后,再在其上加铺沥青混合料上封层;改性沥青薄层罩面;单层沥青表处。④由于地基沉降、基层强度不足、或路基翻浆等引起的严重龟裂,应先处治好基层后再重新作面层。
3.2车辙的修补方法
①对轻微的车辙病害，可用乳化沥青稀浆封层处理。②车道表面因车辆行驶推移而产生的车辙,应将出现车辙的面层切削或铣刨清除,然后采用与原路面结构相同的沥青混合料铺则，恢复路面横坡，重铺沥青面层。③路面受横向推挤形成的横向波形车辙,如果已经稳定,可将凸出的部分切削,在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青并填补沥青混合料并找平、压实。④因面层与基层间有不稳定的夹层而形成的车辙,应将面层挖除,清除夹层后,重作面层。⑤由于基层强度不足、水稳性能不好,使基层局部下沉而造成的车辙,应先处治基层。
3.3泛油的修补方法
①只有轻微泛油的路段,可撒上3～5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压。②泛油较重的路段,可先撒5～10mm粒径的碎石,用压路机碾压。待稳定后,再撒3～5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压。③面层含油量高,且已形成软层的严重泛油路段,可视情况采用下述方法之一进行处治:先撒一层10～15mm粒径(或更大的)碎石,用压路机将其强行压入路面,待基本稳定后,再分次撒上5～10mm粒径的碎石,并碾压成型;将含油量过高的软层铣刨清除后,重作面层。④处治泛油应注意以下事项:处治时间应选择在泛油路段已出现全面泛油的高温季节;撒料应顺行车方向撒,先粗后细;做到少撒、薄撒、匀撒、无堆积、无空白;禁止使用含有粉粒的细料;采用压路机或引导行车碾压,使所撒石料均匀压入路面;如采用行车碾压,应及时将飞散的粒料扫回,待泛油稳定后,将多余浮动的石料清扫并回收。
3.4路面波浪、搓板的修理方法
①如基层强度不足或稳定性差，应先处理基层，再铺面层。②如面层和基层间有夹层，应挖除面层、清除不稳定夹层后，喷洒透层沥青，重铺面层。③小面积面层搓板（波浪），也可在波谷内填补沥青混合料找平；起伏较大者，则铲除波峰部分进行重铺；大面积波浪（搓板），有条件时也可采用路面铣刨机铣削波峰后重新罩面。
3.5路面脱皮的修补方法
①属于面层与基层之间粘结不良而脱皮者，应先清除脱落和已松动部分的面层，清扫干净，喷洒透层沥青后，重新铺面层。②属于面层本身颗粒重叠、油料分布不匀而脱皮的，应将面层翻修。③由于面层与封层没有粘结好，初期养护不良而引起脱皮，应先清除脱皮和松动部分，清扫干净后，洒（刷）上粘层沥青，重新封层。
3.6拥包的修补方法
①属于施工时操作不慎将沥青漏洒在路面上形成的拥包,将拥包除去即可。②已趋于稳定的轻微拥包,应将拥包用机械刨削或人工挖除。如果除去拥包后,路表不够平整,应予以处治。③因面层沥青用量过多或细集料集中而产生较严重拥包,或路面连续多次出现拥包且面积较大,但路面基层仍属稳定,则应用机械或人工将拥包全部除去,并低于路表面约10mm。扫尽碎屑、杂物及粉尘后用热沥青混合料重做面层。④因基层局部含水量过大,使面层与基层间结合不良而被推移变形造成的拥包,应把拥包连同面层挖除,将水分晾晒干,或用水稳定性较好的材料更换已变形的基层,再重做面层。⑤由于基层局部强度不足或水稳定性不好,使基层松软而导致的拥包,应将面层和基层完全挖除。如土基中含有淤泥,还应将淤泥彻底挖除,换填新料并夯实。在地下水位较高的潮湿路段,应采取措施引出地下水并在基层下面加铺水稳定性好的材料,最后重做面层。
3.7沉陷的修补方法
①因路基不均匀沉降而引起的局部路面沉陷,若土基和基层已经密实稳定,不再继续下沉,可只修补面层。并根据路面的破损状况分别采取下列处治措施:路面略有下沉,无破损或仅有少量轻微裂缝,可在沉陷处喷洒或涂刷粘层沥青,再用沥青混合料将沉陷部分填补,并压实平整;因路基沉陷导致路面破损严重,矿料已松动、脱落形成坑槽的,应按照坑槽的维修方法予以处治。②因土基或基层结构遭到破坏而引起路面沉陷,应先处治基层后再做面层。③桥涵台背因填土不实出现不均匀沉降的,可视情况选择以下处理方法:挖除沥青面层,在沉陷的部分加铺基层后重新作面层;对于台背填土密实度不够的,应重新作压实处理,台背死角处的压实宜采用夯实机械;对含水量和空隙比均较大的软基或含有有机物质的粘性土层,宜采用换土处理。换土深度应视软层厚度而定。换填材料首先应选择强度高、透水性好的材料,如碎石土、卵砾土、中粗砂及强度较高的工业废渣,且要求集配合理。
3.8路面麻面、松散的修理方法
①因低气温施工的沥青面层造成麻面或松散，可收集好松散料，待气温上升（10℃以上），清扫干净，重做喷油封层，喷面沥青0.8～1.0kg/m2后,撒3～5(8)mm石屑或精砂(5～8m3/1000m2),并用轻型压路机压实；如在低温潮湿季节可用乳化沥青碎石混合料修理；小面积麻面可采用乳化沥青封层修理。②由于油温过高，粘结料老化而造成松散者，应探除重铺。③由于基层或土基松软变形而引起的松散，应先处理基层或土基的病害，而后重做路面。④如因采用酸性石料与沥青粘附性差造成松散，则应在沥青中掺加搞剥离剂、增粘剂或用干燥的生石灰、消石灰、水泥作为填料的一部分，或用石灰浆处理粗集料等抗剥离措施，改善沥青与矿料的粘附力，提高沥青混合料的水稳性。
3.9坑槽的修补方法
路面基层完好,仅面层有坑槽的维修,按“圆洞方补”的原则[2]，划出大致与路中心线平行或垂直的挖槽修补轮廓线。开槽应开凿到稳定部分，槽壁要垂直，并将槽底、槽壁清楚干净。新填补部分应高于原路面，待行车压实稳定后保持与原路面相平。填补用混合料级配类型，宜于原路面结构、层次相一致;对交通量较小的路段在低温寒冷或阴雨连绵的季节,无法采用常规方法,也无条件采用合适的材料修补坑槽时,为防止坑槽面积的扩大可采取临时性的措施对坑槽予以处治,待天气好转后再按规范要求重新修补;若因地基沉降、基层局部强度不足等使基层破坏而形成坑槽,应先处治基层,再修复面层。
3.10路面翻浆的修理方法
①由于面层成型不好；雨、雪水下渗引起基层表面轻度发软或冻胀而形成轻微翻浆，可于春融季节及水分蒸发后，修理平整，促使成型。②低气温施工的石灰土基层，发生上层翻浆，应挖除到坚硬处，另换新料修补基层和重铺面层；或根据条件，采取短期封闭交通的办法防止翻浆蔓延扩大。③由于排水不良造成的翻浆，应采取加深边沟、设置盲沟等排水措施，或采用水稳性好的垫层、基层重新修复路面。
4、几种新型沥青混凝土路面修补养护材料
4.1沥青的延缓剂
沥青材料是一种热塑性的树脂材料,它在热、光、水、氧及车辆等综合因素的作用下会发生老化,老化的过程就是沥青组分发生转化的过程,就是沥青中的轻质成分逐渐变少、沥青变稠、粘度减小、柔软度变差的过程。随着沥青的老化,路面的使用性能也逐渐开始降低,表面粗糙、网裂、脱落,车辆行驶性能低下。如在路面表面涂刷或喷洒一种防老剂或叫再生剂类的材料,可补充沥青中的轻质成分,使沥青变软,以增加它的柔韧性和弹性,提高沥青的粘结性和使用寿命[3]。这种材料一般由溶剂、轻质油分与胶质成分组成。通常是用石油溶剂、炼焦炭的副产品和树脂等配成。为了使这种材料起到较好的效果,要使其具有很强的渗透性,其材料参数要求达到:运动粘度(mm/s)控制在3.0～0.8之间;比重为1.0左右;软化点大于35℃。无论采用涂刷还是喷洒的方式施工,表面的渗透深度都要达到15mm,使渗透部分的沥青得到溶解、改性,以增加路面沥青的柔韧性和与矿料的粘结性,提高路面表面的致密性,从而增强抗老化能力。使用时可根据路面的老化程度喷洒1～3次。施工时应避开雨天,待表面固化不发粘时方可开放交通。固化时间与气温有关,一般10～28h就可以固化。3～5年养护一次。用这种办法养护路面,显著提高了路面使用质量,延长了路面使用寿命,可以最大限度地发挥路面效应,延长路面养护周期。
4.2冷施工的沥青混合料
要使被破坏的沥青混凝土路面得到快速修补,并能立即开放交通,而且施工不受气温条件的限制,目前养护部门已在推广使用冷施工的沥青混合料。这种材料是用一种沥青改性剂,与110℃左右的沥青混合均匀,再与50℃左右的矿料拌和均匀,制成可以存放的沥青混合料成品。它与热施工的沥青混合料相比有以下主要优点:①拌制混合料时沥青与矿料的加热温度低,沥青不易老化,延长了沥青使用寿命,而且节约燃料,降低了生产成本;②冷施工的沥青混合料在常温下施工,施工温度范围广,解决了沥青混凝土路面冬季修补养护的问题,这是热拌沥青混合料无法做到的;③冷施工的沥青混合料的生产不需要增加新设备,可利用原有拌和设备进行生产;④由于冷施工的沥青混合料是成品,可包装于密封袋内便于运输，便于施工随取随用，使用十分方便,而且施工方法简单,压实后可立即开放交通,在施工过程中不粘锨,不粘车轮;⑤由于在常温下施工,对环境无污染,对施工、养护人员的身体不会构成危害;⑥破坏的路面可以得到及时修补,并能立即开放交通,提高了路面的服务质量,保证车辆安全行驶,具有显著的社会效益。
4.3沥青混凝土路面裂缝处理材料
沥青混凝土路面裂缝是由于路基发生变形,以及冰冻等原因造成的。在路面建成初期发生的裂缝,到天气暖和后一般可以自行愈合。但经过几年使用,出现裂缝后就不可能再恢复。由于裂缝对路面的危害性很大,因此必须选用合适材料及时封堵,否则水浸入后,不但破坏路面结构,而且路基也会遭到破坏。目前对裂缝的处理,尚无十分有效的措施。北方地区出现比较严重的裂缝,往往采用热沥青灌缝。这样做只能解决暂时的不进水,天气热了,裂缝中的沥青会被挤出,被行驶的汽车带走,第二年此处仍会开裂。目前比较有效的办法是,选用常温施工材料,如聚氨酯树脂类的单组分或双组分固化型材料灌缝。它施工不受气温影响,与沥青混合料有很好的粘结性,而且又有良好的耐高、低温能力和抗老化性,流动性好。施工可用专门的灌缝枪,将材料注入裂缝中,灌入深度至少要达到4cm,在表面以下2mm。这样处理后的裂缝,不但密封性好,而且耐久性也较好。
5、结束语
沥青路面病害的出现,不仅与设计、施工的等路面形成前的环节有关,而且与路面使用、管养过程中密切相关。应从观念和实际行动上提高对高速公路工程养护管理的投入,特别是科技投入。积极开展对沥青路面材料、工艺等方面的尝试和研究，掌握先进的维修养护技术,做出费用最省、效果最佳的养护处治方案。按照“无病早防,有病早治”的原则,减少沥青路面常见病害的破坏,延长路面的使用周期,提高投资效益。