郝曉冬

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

黑龍江省處于我國東北邊陲,北部、東部隔黑龍江、烏蘇里江與俄羅斯相望,國界線長 3045km,西部與內(nèi)蒙古自治區(qū)毗鄰,南部與吉林省相接壤。全省平原、丘陵、山地各占三分之一,屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū),冬季嚴(yán)寒,春季干燥,夏季炎熱濕潤、降雨集中,降雨量在450～600mm之間,秋季降溫急驟,常有凍害發(fā)生。降水主要集中在 6月 ～9月,占全年總降水量的 80%左右。冬季時間漫長,從每年的 10月下旬至翌年的 4月上旬,達 6個月之久。黑龍江省位于我國嚴(yán)寒地區(qū),冬季長達六個月之久,最低氣溫可達 -35～-40℃,而且寒流頻繁發(fā)生,一次寒流可急劇降溫 10～15℃,南部地區(qū)地表凍結(jié)深度1.8～2.0m,北部可達3.0m以上。

近幾年來,隨著黑龍江省高等級公路建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展,交通及氣候條件對公路路面使用性能的要求也越來越高,一方面公路路面行駛重載、超載車輛現(xiàn)象嚴(yán)重,并且渠化交通加重了車輛軸載對路面的破壞;另一方面,黑龍江省冬季嚴(yán)寒、春季干燥,夏季炎熱濕潤、降雨集中的氣候條件,對路面也是一個嚴(yán)峻的考驗。

瀝青混凝土路面,具有表面平整、無接縫、行車舒適、振動噪音小、便于養(yǎng)護等優(yōu)點,但也具有強度和穩(wěn)定性受季節(jié)性影響,養(yǎng)護費用高等缺點。因低溫收縮而產(chǎn)生裂縫是黑龍江省瀝青路面最主要的病害,導(dǎo)致路面裂縫滲水、面層結(jié)構(gòu)松散,基層甚至路基軟化、承載能力降低,影響路面使用壽命。其次為早期車轍、水損壞、坑槽等。

水泥混凝土路面具有較高的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性,防滑能力強、養(yǎng)護費用少等優(yōu)點,但也有接縫較多、易引起行車跳動,振動噪音大、損壞后修補困難等缺點,其最大的缺點是韌性差,與抗壓強度相比其抗拉強度較低。

針對黑龍江省公路所處的自然條件、設(shè)計、施工及養(yǎng)護中出現(xiàn)的問題對黑龍江省公路路面破損原因進行了調(diào)研分析,主要有以下幾個方面。

(1)土基的原因:路基的壓實質(zhì)量要求沒有達到規(guī)定的壓實度值和彎沉值,沒有保證路基有足夠的、均勻的強度。

排水設(shè)計不完善,沒有充分考慮地下水對路基的影響,這種現(xiàn)象在挖方路塹中發(fā)生的較多,地下水主要是在挖方路段槽底出現(xiàn)的地下含水層,采用換填砂礫并不能將水排出,大量的水積存于路槽下,在行車荷載及凍脹的作用下,墊層被污染而失去作用,水對底基層、基層產(chǎn)生浸潤破壞,產(chǎn)生凍脹、翻漿現(xiàn)象而失去強度變成松散的結(jié)構(gòu)層,失去承載作用從而引起路面破損。

路基的換填深度不足,特別是挖方路塹槽底處理深度不足,原設(shè)計規(guī)范只對槽底 30cm的壓實度提出了要求,造成路基確定不足而產(chǎn)生破損。

填挖交界、半填半挖:對于地面縱坡及橫坡較陡的路段,早期的設(shè)計只考慮了對原地面挖臺階的簡單處理方式,故在填挖交界處及半填半挖路基經(jīng)常發(fā)生路表面層開裂?，F(xiàn)有的設(shè)計除在填挖交界處及半填半挖路段加強處理外并增設(shè)土工格柵并強夯,以增強結(jié)合部的整體性,并且新頒布執(zhí)行的《公路水泥混凝土設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定此處的水泥混凝土路面應(yīng)加設(shè)鋼筋網(wǎng),以增加強度。

(2)黑龍江省處于高緯度地區(qū),冬季時間漫長,晝夜溫差較大,路面受凍脹的影響較大,所以路面的凍害較重。瀝青路面的主要病害是低溫縮裂。普遍出現(xiàn)橫向裂縫及少量的縱向裂縫。這種裂縫在寒冷地區(qū)是不可避免的,設(shè)計上只能在結(jié)構(gòu)上、材料上考慮減少收縮裂縫,延長裂縫距離。通車第一年的橫縫間距一般在 25～30m一道,以后逐年加密至約 15m一道,且表現(xiàn)為路面結(jié)構(gòu)越粗,間距越大,但裂縫越寬。如采用SMA結(jié)構(gòu),早期裂縫間距可達 50～80m,但縫寬大 2.0cm以上。參考日本北海道高寒地區(qū)路面結(jié)構(gòu),為盡量減少低溫裂縫的發(fā)生,要求瀝青層具有一定的厚度,其路面結(jié)構(gòu)中的基層基本采用瀝青碎石結(jié)構(gòu),而我省在這方面還沒有進行研究,建議對瀝青碎石基層進行設(shè)計、混合料的配合比及應(yīng)用性研究。

水泥混凝土路面的主要病害是鹽凍剝蝕破壞,相比較而言,水泥混凝土的抗凍性要好于瀝青混凝土,但其在多次凍融循環(huán)后亦可以產(chǎn)生破壞,但主要還是冬季降雪后為了除雪而撒布的融雪劑,由于其主要成分為鹽類,故混凝土表面產(chǎn)生了大面積的剝蝕破壞。

(3)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時,計算理論對超載車沒有考慮。路面結(jié)構(gòu)計算標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100,路面計算程序中對各種車型只有正常的軸重(最大不超過130kN),而對于超載車在結(jié)構(gòu)計算時根本沒有考慮。黑龍江省主要公路的交通量增長雖然不大,但公路建成通車后載重貨車的增長明顯高于可研預(yù)測的比率,并且一般的載重貨車均處于超載狀態(tài)。相關(guān)調(diào)查表明,超限超載車輛夜間明顯多于白天,特別是四軸以上的超載車輛,這就造成交通量不是均勻分布的,即某一時段的車道上通行的全部是重載,造成路面的疲勞損壞,瀝青路面出現(xiàn)的龜裂和嚴(yán)重的車轍,水泥混凝土路面出現(xiàn)的斷板、碎裂等就體現(xiàn)出路面強度不足。

設(shè)計中已經(jīng)在考慮重載時盡量選用軸載較大的車型進行結(jié)構(gòu)計算,盡量避免路面出現(xiàn)龜裂和嚴(yán)重的車轍,正在修訂的瀝青混凝土路面設(shè)計規(guī)范中已經(jīng)將超載考慮進了路面結(jié)構(gòu)計算中。

(4)早期的瀝青路面設(shè)計對于下面層選用Ⅱ型瀝青混凝土,由于Ⅱ型瀝青混凝土空隙率較大、透水而容易產(chǎn)生早期水損壞,故現(xiàn)已采用Ⅰ型瀝青混凝土。

為提高水泥混凝土路面的強度及抗凍性,現(xiàn)在的水泥混凝土路面規(guī)范中已要求抗冰(鹽)凍地區(qū)的水泥混凝土路面必須摻加引氣劑?，F(xiàn)行的水泥混凝土路面設(shè)計及施工規(guī)范都對冰凍地區(qū)提出了具體的要求。

(5)設(shè)計中瀝青混凝土規(guī)定采用堿性石料及中性石料,當(dāng)采用酸性石料時,規(guī)范規(guī)定:可摻入適量的消石灰、水泥或抗剝落劑。建議規(guī)范給出一個比較合適的摻入劑量范圍,這樣使設(shè)計階段的試驗有據(jù)可依。

(6)由于路面基層多采用半剛性基層,半剛性基層不可避免地會產(chǎn)生溫縮裂縫及干縮裂縫,在行車荷載與環(huán)境條件的反復(fù)作用下,這些裂縫會逐漸反射到面層上,加速路面的破壞。而且半剛性基層壓實后本身非常致密,幾乎成為完全不透水的層次,在多雨潮濕地區(qū)和季節(jié)性冰凍地區(qū),來自面層滲下的水,包括從路面裂縫(低溫裂縫、結(jié)構(gòu)收縮裂縫)進入的水、瀝青混合料離析及較大的空隙率滲入的水以及冰凍地區(qū)毛細(xì)管積冰在融化期增加的水等三種情況而不可避免滲水。這些水在動力作用下對基層產(chǎn)生沖刷,造成基層破損而引起路面的破壞。瀝青混凝土路面已采用密實型瀝青混凝土,盡量避免產(chǎn)生水損壞;水泥混凝土路面就要求養(yǎng)護部門及時對橫縫、縱縫及裂縫進行灌縫,以避免水份的進入。

早期的設(shè)計中基層、底基層材料一般采用就地取材的原則,有很多采用水泥穩(wěn)定風(fēng)化砂礫、水泥穩(wěn)定碎石土等結(jié)構(gòu),造成施工時對材料難以控制,風(fēng)化砂礫及碎石土等材料的質(zhì)量難以保證,此種結(jié)構(gòu)遇水強度衰減很快,造成使用不久就產(chǎn)生破壞。

(7)早期路面結(jié)構(gòu)中,對基層、底基層混合料沒有強制要求拌合站集中拌和,而允許有路拌的方法?，F(xiàn)在設(shè)計中已經(jīng)要求基層、底基層混合料必須拌合站集中拌和,攤鋪機整體性攤鋪。

(8)路面設(shè)計中對路面結(jié)構(gòu)層排水考慮的不完善,結(jié)構(gòu)層的排水基本無設(shè)計,特別是對挖方路塹亦沒有考慮地下水及層間水的排出,使水進入基層,造成基層濕軟、強度損失、路面破壞。目前的設(shè)計已逐步開始考慮結(jié)構(gòu)層排水,并考慮了挖方路塹的排水問題,如在挖方路塹中設(shè)置盲溝以排出地下水及層間滯水等措施。

(9)材料的品質(zhì):目前大部分公路建設(shè)對瀝青、水泥的選擇還是比較慎重的,一般均由建設(shè)單位統(tǒng)一采購,大多都選用優(yōu)質(zhì)的瀝青和水泥,但是忽略了砂石料的影響。近幾年公路建設(shè)發(fā)展迅速,但與之配套的材料市場卻比較混亂,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),缺乏有關(guān)部門的引導(dǎo)和監(jiān)督,大多是由當(dāng)?shù)厝罕娮园l(fā)組織的小料場,產(chǎn)量低、規(guī)格少、質(zhì)量差。而公路建設(shè)速度快,用量大,形成明顯的反差。往往一條公路定的目標(biāo)高、工期短,業(yè)主要進度,承包商抓效益,材料就成了被忽視的問題。真正用于公路建設(shè)的砂、石材料并非全部合格品,更談不上優(yōu)質(zhì)品了。

(10)施工配合比控制不當(dāng),壓實度不足:在實際生產(chǎn)中,多年來形成了一種習(xí)慣,那就是嚴(yán)格按照試驗室配合比中的骨料用量應(yīng)用于實際生產(chǎn),熟不知這種方法生產(chǎn)的混合料往往達不到設(shè)計要求,有的甚至出現(xiàn)較大偏差,這就是常說的重“目標(biāo)配合比設(shè)計”,輕“生產(chǎn)配合比設(shè)計”的傾向。

多年來,很多項目采用一臺攤鋪機整幅攤鋪,造成材料離析。甚至個別項目片面追求平整度,忽視壓實度,致使實際空隙率遠(yuǎn)大于目標(biāo)配合比設(shè)計值。

(11)施工工序不合理:目前大部分項目為了竣工通車時有一個漂亮的外表,要求瀝青混凝土路面在做完中面層后,將交通工程、綠化、通訊等一次做完,最后全幅攤鋪上面層。這樣勢必造成中面層放置時間過長,污染嚴(yán)重。施工單位為了清除污染,采取用水沖的方法,不但層間污染不能清除,而且使大量泥水進入中、下面層,形成層間積水。又由于層間施工時間相距較長,加重污染,致使中、上面層粘結(jié)不好,達不到層間連續(xù)的規(guī)范要求,給工程留下永久隱患。

(12)現(xiàn)有的瀝青混凝土混合料采用馬歇爾設(shè)計方法,而美國SHRP的研究成果Superpave及歐洲CEN瀝青及瀝青混合料研究成果要好于馬歇爾的評價標(biāo)準(zhǔn),我國交通發(fā)達省份已經(jīng)開始采用Superpave混合料設(shè)計方法,建議我省開始對此進行研究及引進。

(13)養(yǎng)護不及時,養(yǎng)護應(yīng)改變觀念,以預(yù)防性養(yǎng)護觀念為主,提前預(yù)防,防治出現(xiàn)破損。