叢波日

(深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東深圳 518034)

0 引言

在國(guó)家樹(shù)立“綠色、低碳的發(fā)展理念”，推進(jìn)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的大背景下，原來(lái)大規(guī)模“開(kāi)膛破肚”式的路面養(yǎng)護(hù)維修方式已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層損壞的實(shí)際情況，采取分層、分類、微創(chuàng)處理的養(yǎng)護(hù)模式，將是今后公路養(yǎng)護(hù)維修的發(fā)展方向。所謂“分層、分類、微創(chuàng)處理”就是根據(jù)養(yǎng)護(hù)工程維修的目的，最大限度地利用原有路面結(jié)構(gòu)，并對(duì)不同層位的不同病害采用最恰當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處治。

與柔性基層相比，半剛性路面基層具有承載能力高、荷載擴(kuò)散能力強(qiáng)和整體板結(jié)性好的優(yōu)點(diǎn)，但半剛性基層的抗疲勞能力差，受水影響敏感等先天不足，使基層出現(xiàn)病害后危害很大。在公路養(yǎng)護(hù)維修工程中，對(duì)半剛性基層病害的認(rèn)識(shí)、調(diào)查和處治效果是影響路面使用壽命的重要因素。

1 半剛性基層病害調(diào)查

大量的研究表明，正是半剛性基層的先天不足產(chǎn)生的病害導(dǎo)致了我國(guó)瀝青路面使用性能及使用壽命遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期［1，2］。在半剛性基層瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修工程中，半剛性基層病害的調(diào)查和處理是無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也是影響?zhàn)B護(hù)維修效果的決定性因素。如果不能準(zhǔn)確診斷病害，會(huì)使路面維修方案設(shè)計(jì)針對(duì)性不足，難以根除病害，以致反復(fù)維修而造成資金嚴(yán)重浪費(fèi)，并產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。因此，科學(xué)、準(zhǔn)確、無(wú)損的病害診斷將在高速公路養(yǎng)護(hù)維修中具有重要意義。

而科學(xué)、準(zhǔn)確、無(wú)損的病害診斷的前提是明確的病害分類與定義。但到目前為止，國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范還無(wú)明確的對(duì)半剛性基層病害的分類和定義。為此，選擇廣東省部分通車5a以上即將或正在進(jìn)行大中修的高速公路，對(duì)開(kāi)挖面層后的半剛性基層進(jìn)行全面調(diào)查。

1.1 半剛性基層病害的特征

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)半剛性基層病害具有以下特征:

1)半剛性基層病害具有普遍性和局部性。所謂普遍性，是指半剛性基層病害在任何一條半剛性瀝青路面上都是普遍存在的;所謂局部性，是指結(jié)構(gòu)性的基層病害通常不是整段大面積存在的(連續(xù)幾百米)，多以局部小面積形式存在的(連續(xù)幾米到幾十米)。

2)半剛性基層病害具有潛伏性。半剛性基層病害并不一定都能反射到路表面，如輕度的整體性塊裂往往在面層無(wú)任何病害與之對(duì)應(yīng)，輪跡帶塊裂在面層往往僅能找到與基層對(duì)應(yīng)的縱縫。

3)半剛性基層病害具有同根病源表象多樣性、相同病害表象但影響范圍及程度不同等特點(diǎn)。同種表象的重度病害并不一定是由相應(yīng)的輕度病害發(fā)展而來(lái)的，如重度的整體性塊裂往往不是由輕度的整體性塊裂發(fā)展來(lái)的。

4)車輛荷載是病害發(fā)展、惡化的主要原因。從同一斷面的不同車道來(lái)看，重車行駛的車道(一般為最外側(cè)車道)病害明顯較其他車道嚴(yán)重得多;從同一路線的軸載、交通量不同路段來(lái)看，軸載大、交通量大路段的病害明顯更嚴(yán)重。

5)路面結(jié)構(gòu)層層間結(jié)合情況是一個(gè)需要特別關(guān)注的問(wèn)題［3－6］。路面結(jié)構(gòu)層層間缺陷是半剛性基層瀝青路面病害發(fā)展的重要載體和催化劑之一。

6)半剛性基層病害往往與水相互作用。基層病害為水提供了良好的通道和載體，水的存在加速了基層病害向更嚴(yán)重程度的發(fā)展。

半剛性基層病害的這些特征，極大增加了對(duì)高速公路半剛性基層病害認(rèn)知及病害維修設(shè)計(jì)的難度。

1.2 半剛性基層病害的分類方法

病害的分類對(duì)病害機(jī)理認(rèn)知、防治措施選取非常重要?；诂F(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查和相關(guān)資料的分析，筆者認(rèn)為可采用以下幾種方法對(duì)半剛性基層病害進(jìn)行分類:

1)按病害的表現(xiàn)形式分類:裂縫類病害、塊裂類病害、松散類病害等。

2)按病害產(chǎn)生的時(shí)期分類:早期病害、中期病害、末期病害等。

3)按病害產(chǎn)生的原因分類:內(nèi)部原因產(chǎn)生的病害、外部原因產(chǎn)生的病害等。

4)按病害區(qū)承載力狀態(tài)分類:病害區(qū)承載力足夠、病害區(qū)承載力部分不足、病害區(qū)承載力完全不足等。

其中，按表現(xiàn)形式分類是其他分類的基礎(chǔ)，本文將主要從表現(xiàn)形式方面對(duì)水穩(wěn)碎石類半剛性基層病害進(jìn)行分類和定義。

2 水穩(wěn)碎石基層病害的分類和定義

根據(jù)對(duì)廣東省部分高速公路大中修工程現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況的調(diào)查資料，按照開(kāi)挖銑刨后水穩(wěn)碎石基層的表現(xiàn)形式，將水穩(wěn)碎石基層病害分為裂縫類、塊裂類和松散類等三大類型病害。表1給出水穩(wěn)碎石基層病害類型及所占比例，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知通車5a以上的水穩(wěn)碎石基層病害以塊裂類病害為主，占病害總數(shù)近一半。

2.1 裂縫類病害

裂縫是水穩(wěn)碎石基層普遍存在的損壞現(xiàn)象之一，裂縫的存在導(dǎo)致兩種后果，首先裂縫進(jìn)水使基層、底基層、路基含水狀況惡化，結(jié)構(gòu)承載能力迅速降低，同時(shí)，瀝青層和基層界面條件改變，產(chǎn)生水力沖刷，出現(xiàn)灰漿，并形成裂縫處唧漿、坑槽;其次是車輪從裂縫的一側(cè)經(jīng)過(guò)到達(dá)裂縫的另一側(cè)時(shí)，荷載變化不再連續(xù)，使路面裂縫兩側(cè)發(fā)生大的應(yīng)力突變，形成很大的剪力和拉力［7－10］。

表1 水穩(wěn)碎石基層病害類型及比例

從形態(tài)上可分為三類:橫向裂縫、縱向裂縫、縱橫交叉裂縫等。裂縫類病害分類及比例見(jiàn)表2，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知橫向裂縫和縱橫交叉裂縫病害為主要的裂縫類病害，各占裂縫類病害近40%。

按裂縫寬度分為輕、重兩種程度，其中:

輕:裂縫寬度在3mm以內(nèi)，裂縫壁無(wú)散落或有輕微散落。

重:裂縫寬度大于3mm，裂縫貫通整個(gè)基層，裂縫壁有散落并伴有少量支縫。

表2 裂縫類病害分類及比例

2.1.1 橫向裂縫

定義:橫向裂縫是與道路中線近于垂直的裂縫，是水穩(wěn)碎石基層發(fā)生較多的一種裂縫類病害。

特征:橫向裂縫一般以5～20m間距規(guī)則分布，多為貫通裂縫。見(jiàn)圖1。

原因分析:基層材料的干縮和溫度收縮、車輛荷載作用是引起基層產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。

2.1.2 縱向裂縫

定義:縱向裂縫是與道路中線基本平行的裂縫。

特征:縱向裂縫多沿輪跡帶分布，多數(shù)裂縫壁有散落現(xiàn)象，有時(shí)伴有少量支縫。見(jiàn)圖2。

原因分析:車輛荷載疲勞作用、分幅施工、局部土基或基層壓實(shí)度不足及填挖交界處或橋涵過(guò)渡段等原因均可能產(chǎn)生縱向裂縫。

圖1 基層橫向裂縫現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

圖2 基層縱向裂縫現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

2.1.3 縱橫交叉裂縫

定義:縱橫交叉裂縫是指一條或多條縱縫與一條橫縫相交，或一條縱縫與一條或多條橫縫相交而形成的裂縫。

特征:無(wú)法明顯判斷縱、橫向裂縫的主次，縱、橫向裂縫相互間影響，能改變彼此的發(fā)展方向，可進(jìn)一步衍生成縱橫交叉塊裂。見(jiàn)圖3。

原因分析:縱向裂縫與橫向裂縫的產(chǎn)生原因也是縱橫交叉裂縫的產(chǎn)生原因，對(duì)于其中縱、橫向裂縫產(chǎn)生的先后順序及縱橫交叉裂縫產(chǎn)生后的發(fā)展變化規(guī)律，需要進(jìn)一步調(diào)查和分析。

圖3 基層縱橫交叉裂縫現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

2.2 塊裂類病害

塊狀裂縫是指水穩(wěn)碎石基層板塊被裂縫分割為兩塊以上，塊度2m以內(nèi)的情況。塊狀裂縫是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的體現(xiàn)。

從形態(tài)上可分為4類:整體性塊裂、輪跡帶塊裂、縱橫交叉塊裂、沉陷性塊裂。塊狀裂縫類病害分類及比例見(jiàn)表3，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知縱橫交叉塊裂病害為最主要的塊狀裂縫類病害，占?jí)K裂類病害近一半。

表3 塊裂類病害分類及比例

輕:縫細(xì)、裂縫區(qū)無(wú)散落，主要裂縫寬度在2mm以內(nèi)，主要裂縫塊度大于1.0m。

中:裂縫區(qū)有輕度散落，主要裂縫寬度在2～5mm之間，主要裂縫塊度在0.5～1.0m之間。

重:縫寬、裂縫區(qū)有散落，裂縫寬度在5mm以上，主要裂縫塊度在0.5m以內(nèi)。

2.2.1 整體性塊裂

定義:整體性塊裂是指塊裂遍布整幅車道，裂縫塊度基本均一的塊裂類病害。

特征:整體性塊裂遍及整個(gè)車道，車道中間也存在塊裂。見(jiàn)圖4。

圖4 基層整體性塊裂現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

原因分析:①施工質(zhì)量等原因造成的整體性缺陷;②由輪跡帶塊裂和縱橫交叉塊裂等其他幾種塊裂類病害進(jìn)一步衍生發(fā)展而成。

2.2.2 輪跡帶塊裂

定義:輪跡帶塊裂是指塊裂基本位于輪跡帶上，呈條狀，往往會(huì)有1～3條主導(dǎo)性的縱向裂縫的塊裂類病害。

特征:輪跡帶塊裂一般多出現(xiàn)在右輪跡位置(超高路段則相反)，主要由輪跡帶處一條或多條縱縫衍生擴(kuò)散而成，塊度一般為30～50cm，并無(wú)明顯主導(dǎo)性橫縫，部分路段伴隨沉陷轍槽。若輪跡帶塊裂處部分橫縫發(fā)展成貫通裂縫，則可能進(jìn)一步衍生成整體性塊裂。見(jiàn)圖5。

原因分析:原路面基層或路基強(qiáng)度不足，在車輛荷載作用下輪跡帶位置疲勞破壞形成縱縫及支縫，支縫向兩側(cè)發(fā)展衍生成塊裂。

2.2.3 縱橫交叉塊裂

定義:縱橫交叉塊裂是指沿著縱橫交叉裂縫的交匯點(diǎn)衍生支縫，支縫與主縫相交形成塊裂類病害。

特征:縱橫交叉塊裂有一處或幾處明顯的縱橫縫交叉點(diǎn)，交叉點(diǎn)周圍的支縫成明顯的以交叉點(diǎn)為圓心的近似同心圓形式分布?？v橫交叉塊裂進(jìn)一步發(fā)展，最有可能衍生成整體性塊裂。見(jiàn)圖6。

圖5 基層輪跡帶塊裂現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

圖6 基層縱橫交叉塊裂現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

原因分析:縱橫交叉裂縫的交叉點(diǎn)一般位于輪跡帶位置，裂縫的出現(xiàn)極大的消弱了板體結(jié)構(gòu)的整體性，交叉點(diǎn)的產(chǎn)生則可以迅速降低板體結(jié)構(gòu)的承載力，形成絕對(duì)的薄弱點(diǎn)，在車輛荷載作用下可以加速支縫的產(chǎn)生和發(fā)展，形成塊裂。

2.2.4 沉陷性塊裂

定義:沉陷性塊裂是指由局部基層沉陷衍生而成的塊裂類病害。

特征:沉陷性塊裂主要表現(xiàn)形式是沉陷產(chǎn)生的裂縫由沉陷中心向外波紋形或放射形擴(kuò)散，無(wú)明顯的主導(dǎo)性縱縫或橫縫，銑刨機(jī)銑刨后中心有明顯殘余瀝青層。見(jiàn)圖7。

圖7 基層沉陷性塊裂現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

原因分析:施工質(zhì)量較差或使用過(guò)程中路面防排水較差致使大量水存留于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，造成基層或土基強(qiáng)度不足，局部沉陷，進(jìn)而導(dǎo)致沉陷基層周邊受拉形成由沉陷中心向外發(fā)散的塊裂。

2.3 松散類病害

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況，基層集料散失、粘結(jié)不緊密稱為松散。松散也是水穩(wěn)碎石基層普遍的損壞現(xiàn)象之一。

從形態(tài)上可分為兩類:整體松散、局部松散。松散類病害分類及比例見(jiàn)表4，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知局部松散為最主要的松散類病害，占松散類病害的三分之二。

表4 松散類病害分類及比例

輕:基層表層松散深度小于基層碎石最大粒徑。

重:基層表層松散深度大于基層碎石最大粒徑。

2.3.1 整體松散

定義:松散范圍波及到整個(gè)車道寬度的松散類病害。

特征:整體松散改變了路面結(jié)構(gòu)層的連續(xù)性條件，直觀表現(xiàn)是路表面的裂縫、龜裂、塊裂等裂縫類病害在基層卻找不到與之對(duì)應(yīng)的相關(guān)裂縫。見(jiàn)圖8。

圖8 基層整體松散現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

原因分析:整體松散一方面是由于施工過(guò)程中較大面積的材料離析、壓實(shí)度不夠、水泥等膠結(jié)料粘性不足等原因造成的;另一方面，半剛性基層鋪筑后到鋪筑瀝青層之間的養(yǎng)生階段，如果沒(méi)有做好下封層或透層油，很容易在施工車輛作用下形成浮灰、浮土、浮砂，在面層施工前未進(jìn)行有效處理，容易造成基層表層的松散。

2.3.2 局部松散

定義:松散范圍未波及到整個(gè)車道寬度的松散類病害。

特征:局部松散位置往往潮濕甚至飽水，是路面坑槽、唧漿產(chǎn)生的重要原因。見(jiàn)圖9。

原因分析:局部松散一方面是由于施工過(guò)程中局部范圍內(nèi)的材料離析、壓實(shí)度不夠、水泥等膠結(jié)料粘性不足等原因造成的;另一方面，各種形式的水進(jìn)入基層，在行駛車輛的擠壓和吮吸作用下反復(fù)沖刷，造成細(xì)集料侵蝕，粗集料松動(dòng)，形成松散。

圖9 基層局部松散現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

續(xù)圖9 基層局部松散現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖照片

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣東省部分通車5a以上的高速公路進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，本文主要得出如下結(jié)論:

1)半剛性基層病害具有普遍性和局部性、潛伏性、表象多樣性、原因復(fù)雜性等特征，這些特征極大增加了對(duì)高速公路半剛性基層病害認(rèn)知及病害維修設(shè)計(jì)的難度。

2)半剛性基層病害可以按病害的表現(xiàn)形式、病害產(chǎn)生的時(shí)期、病害產(chǎn)生的原因、病害區(qū)承載力狀態(tài)等4種方法進(jìn)行分類，其中，按表現(xiàn)形式分類是其他分類的基礎(chǔ)。

3)水穩(wěn)碎石基層病害按表現(xiàn)形式可分為裂縫類、塊裂類和松散類等三大類型病害，其中以塊裂類病害為主，占病害總數(shù)近一半。

4)通過(guò)對(duì)各類基層病害進(jìn)行詳細(xì)的分類、特征分析和原因總結(jié)，為科學(xué)、準(zhǔn)確、無(wú)損的病害診斷及分層、分類、微創(chuàng)處理的養(yǎng)護(hù)模式提供依據(jù)。

［1］沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］譚憶秋，姚 李.瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞層位分析及對(duì)策研究［J］.公路交通科技，201229(5):13 －18.

［4］田耀剛，韓 慶，等.半剛性基層瀝青路面層間病害調(diào)查與研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(4):169 －172.

［5］李美江，王旭東.瀝青面層層間粘結(jié)狀況對(duì)水損壞的影響分析［J］.公路交通科技，2008，25(3):13 －17.

［6］Hakim B． A． The importance of good bond between bituminous layers［A］． Proceedings of the 9thInternational Conference on Asphalt Pavements［C］． Copenhagen，2002．

［7］彭紅衛(wèi)，蔣功雪，等.湖南省高速公路瀝青路面裂縫病害調(diào)查與原因分析［J］.公路工程，2012，37(1):12 －15.

［8］陸長(zhǎng)兵，黃曉明，王仲碩.河南省瀝青路面使用性能調(diào)查與病害分析［J］.河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，33(3):82 －86.

［9］于 玲，劉 鋼.高速公路瀝青路面典型病害及分析［J］.沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，20(1):36－38.

［10］楊樹(shù)萍，鹿中山，程新春.半剛性基層瀝青路面病害的原因與防治［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，25(5):748－752.