吳杰 馬茂 彭陳璐

收稿日期：2024-03-20

作者簡(jiǎn)介：吳杰（1988—），男，碩士，工程師，從事市政道路橋梁設(shè)計(jì)工作。

摘要 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，市政道路容易出現(xiàn)病害。為了保證行車(chē)安全，文章以寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項(xiàng)目為研究對(duì)象，分析了裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車(chē)轍、泛油等病害的產(chǎn)生機(jī)理。同時(shí)，還提出了瀝青路面病害處理原則，針對(duì)單條裂縫、連片病害、路面修復(fù)等制定了處理方案，研究成果可為市政道路管養(yǎng)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 市政道路；瀝青路面；病害機(jī)理；病害處理；工程案例

中圖分類(lèi)號(hào) U418.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）11-0102-03

0 引言

市政道路是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)里程逐年增加。而瀝青混凝土路面具有承載力好、施工方便、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在市政道路中應(yīng)用廣泛。在市政道路運(yùn)營(yíng)期間，瀝青混凝土路面會(huì)受到車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，且所處的外界環(huán)境也處于動(dòng)態(tài)變化中，容易產(chǎn)生裂縫、坑槽、沉陷、車(chē)轍、泛油等病害，不利于行車(chē)安全[1]。此時(shí)，需對(duì)瀝青路面及時(shí)處理，然而很多技術(shù)人員在制定瀝青路面處理方案時(shí)，對(duì)各種病害的產(chǎn)生機(jī)理不夠清楚，導(dǎo)致處理方案的適用性差。因此，進(jìn)一步研究市政道路瀝青路面病害機(jī)理及處理措施具有重要意義。

1 工程概況

1.1 舊路路面結(jié)構(gòu)

該文研究對(duì)象為寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項(xiàng)目，其起點(diǎn)為與藍(lán)月谷路交叉口，終點(diǎn)為與一環(huán)路交叉口，設(shè)計(jì)道路全長(zhǎng)5 297.161 m，設(shè)計(jì)等級(jí)為城市主干路，紅線寬65 m，路基橫斷面為雙向八車(chē)道，主路設(shè)計(jì)速度為60 km/h。

由寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）段鉆芯數(shù)據(jù)可知：主路面層右幅厚度在80～160 mm，平均厚度為118.1 mm；主路面層左幅厚度在80～160 mm，平均厚度為116.9 mm；基層采用水泥混凝土，厚度在200～160 mm，平均厚度為250 mm；底基層采用碎石，厚度在150～250 mm，平均深度為200 mm。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)貫r青路面的常規(guī)做法，推斷出寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）的主路路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 病害情況

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，其瀝青路面損傷嚴(yán)重，路用性能和服務(wù)水平明顯下降，影響行車(chē)安全，需對(duì)其改造。為了確定瀝青路面改造方案，組織技術(shù)人員開(kāi)展了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，發(fā)現(xiàn)路面上存在裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車(chē)轍、泛油等。

圖1 寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）

主路路面結(jié)構(gòu)示意圖

2 瀝青路面病害機(jī)理分析

2.1 裂縫產(chǎn)生機(jī)理

2.1.1 橫向裂縫

橫向裂縫是寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）瀝青路面最多的裂縫，其擴(kuò)方方向與道路中線基本垂直，且裂縫間距不等。橫向裂縫的產(chǎn)生與車(chē)輛荷載及溫度相關(guān)，具體闡述如下[2]：一方面，在車(chē)輛荷載作用下，尤其是超載或重載車(chē)輛多的路段，路面結(jié)構(gòu)層基層層底會(huì)產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)層底拉應(yīng)力超過(guò)基層極限抗拉強(qiáng)度，層底開(kāi)裂，并向上不斷擴(kuò)展，直至裂縫貫穿面層，如圖2所示。另一方面，該公路所處區(qū)域四季分明，溫度變化大，而瀝青混凝土具有明顯的“熱脹冷縮”特性，即瀝青混凝土體積隨著外界環(huán)境的升降而膨脹或收縮，這會(huì)使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。短時(shí)間內(nèi)溫度變化越劇烈，路面結(jié)構(gòu)受到的溫度應(yīng)力越大。當(dāng)溫度應(yīng)力大于瀝青混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面會(huì)因脹縮而開(kāi)裂。

圖2 車(chē)輛荷載對(duì)瀝青路面橫向裂縫的影響示意圖

2.1.2 縱向裂縫

瀝青路面縱向裂縫方向基本平行于道路中線，其形成原因較多，可能包括[3]：第一，受雨水徑流影響，地基土含水量過(guò)高，在車(chē)輛荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生不均勻沉降；第二，瀝青路面分幅施工時(shí)接縫密實(shí)度不足，相鄰路幅的搭接質(zhì)量差；第三，路面結(jié)構(gòu)層下方的土基回彈模量不足，在車(chē)輛荷載作用下產(chǎn)生向外側(cè)產(chǎn)生剪切滑移，引起行車(chē)道開(kāi)裂。

2.1.3 龜裂

瀝青路面上的橫向裂縫和縱向裂縫交織在一起，就會(huì)形成龜裂。龜裂是瀝青路面結(jié)構(gòu)承載力不足的重要表現(xiàn)，其形成原因包括：一方面，瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，沒(méi)能及時(shí)采取措施進(jìn)行封堵，雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部；另一方面，瀝青混凝土的壓實(shí)度不足或級(jí)配設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致路面空隙率大，雨水下滲速度快，并沖刷水泥混凝土基層，降低了基層對(duì)面層的支撐作用。

2.2 沉陷和坑槽產(chǎn)生機(jī)理

2.2.1 沉陷

瀝青路面整體沉陷與路基豎向變形過(guò)大有關(guān)，比如道路施工未嚴(yán)格控制路基填料粒徑和級(jí)配或填料中混入腐殖土、建筑垃圾等，會(huì)使得路基空隙率過(guò)大，抗變形能力差。在車(chē)輛荷載作用下，路基容易產(chǎn)生較大變形，使基層下方脫空，路面結(jié)構(gòu)層因失去支撐作用而沉陷。沉陷后的瀝青路面標(biāo)高明顯低于周邊路表，車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)安全性差。

2.2.2 坑槽

瀝青路面坑槽的出現(xiàn)與水分密切相關(guān)。在連續(xù)降雨天氣下，如果路面排水設(shè)施布置不當(dāng)，一部分雨水徑流浸泡瀝青路面，另一部分雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。此時(shí)，在瀝青和集料黏結(jié)處產(chǎn)生一層水膜，破壞了瀝青與集料的黏結(jié)界面，使得瀝青從集料表面剝落。受到車(chē)輛荷載的反復(fù)沖擊，部分瀝青混合料被帶走，從而產(chǎn)生坑槽[4]。

此外，市政道路養(yǎng)護(hù)資金受限，瀝青路面出現(xiàn)裂縫、局部松散等問(wèn)題后沒(méi)能及時(shí)維修，也會(huì)導(dǎo)致小問(wèn)題進(jìn)一步發(fā)展成坑槽。

2.3 車(chē)轍產(chǎn)生機(jī)理

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）所在區(qū)域夏季高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，路面受到車(chē)輛荷載作用后產(chǎn)生“中間下陷，兩側(cè)鼓起”的車(chē)轍病害。車(chē)轍病害包括結(jié)構(gòu)性車(chē)轍、失穩(wěn)性車(chē)轍、磨損性車(chē)轍等，不同車(chē)轍的產(chǎn)生機(jī)理不同：結(jié)構(gòu)性車(chē)轍是因?yàn)闉r青路面面層的強(qiáng)度不足，車(chē)輛荷載作用下面層發(fā)生較大的永久性變形；失穩(wěn)性車(chē)轍是因?yàn)闉r青路面攤鋪時(shí)的壓實(shí)度不足，在重載車(chē)輛碾壓下，瀝青混合料變得更加密實(shí)，并發(fā)生流動(dòng)變形；磨損性車(chē)轍大多是因?yàn)闉r青路面表層的材料被車(chē)輪持續(xù)磨損引起。

2.4 泛油產(chǎn)生機(jī)理

在泛油路段，瀝青路面的摩擦系數(shù)小，抗滑能力差，使得車(chē)輛經(jīng)過(guò)泛油路段時(shí)制動(dòng)距離長(zhǎng)，出現(xiàn)滑移或追尾事故的可能性大幅提升。瀝青路面泛油病害表現(xiàn)為塊狀或片狀油斑，主要出現(xiàn)在夏季高溫天氣。一般情況下，高溫天氣持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青路面泛油越明顯。

結(jié)合相關(guān)研究成果，瀝青路面泛油病害形成是因?yàn)闉r青從面層下方向上方遷移。因此，相對(duì)于普通路段，泛油路段的表層瀝青含量要明顯高。

3 瀝青路面病害處理措施

3.1 病害護(hù)理原則

相對(duì)于新建道路，舊路瀝青路面改造設(shè)計(jì)難度大、要求高。為了保證瀝青路面質(zhì)量，在選擇病害處理措施時(shí)建議遵循以下幾個(gè)原則：

首先，一次處理到位，即瀝青路面損壞到哪個(gè)層位就處理到哪個(gè)層位，對(duì)病害位置進(jìn)行開(kāi)挖至合格的下層。

其次，經(jīng)濟(jì)性好。在制定瀝青路面病害處理方案時(shí)，應(yīng)開(kāi)展技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比選，選擇施工工藝簡(jiǎn)單、施工資源消耗低、投資成本低的方案。

最后，對(duì)周邊影響小。選擇瀝青路面病害處理措施時(shí)要考慮其對(duì)周邊居民生活和交通出行的影響，比如噪聲不宜過(guò)大、粉塵不宜過(guò)多、中斷交通時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

3.2 病害護(hù)理方案設(shè)計(jì)

3.2.1 單條裂縫處理

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）瀝青路面上的單條裂縫采用填縫法處理，處理流程[5]為：切縫—開(kāi)槽—清縫—填縫。

切縫：當(dāng)裂縫寬度≥1 cm，采用干切機(jī)向下切縫；當(dāng)裂縫寬度＜1 cm，可不進(jìn)行切縫。

開(kāi)槽：沿裂縫中線切割出寬1 cm、深4 cm的槽，開(kāi)槽完成后，應(yīng)切除加寬裂縫的毛邊。需注意，修補(bǔ)過(guò)的裂縫上不得再次開(kāi)槽。

清縫：用高壓空氣吹將裂縫內(nèi)和裂縫周?chē)膲m土、沙粒等吹干凈，槽口內(nèi)不得有水，并用噴筒或熱棒加熱槍加熱裂縫，以確保密封膠能穩(wěn)定地黏結(jié)在表面上。

填縫：將填縫料加熱至190～200 ℃后，通過(guò)專(zhuān)用灌縫設(shè)備從底部向上灌注，以防止氣泡影響填縫質(zhì)量。填縫時(shí)應(yīng)連續(xù)不間斷，并不得在路面潮濕或溫度＜4 ℃的環(huán)境中施工。對(duì)于寬度＞6 mm的裂縫，在整體加鋪面層前要粘貼抗裂貼，以避免裂縫反射到薄層罩面層。抗裂貼可采用SA自貼性抗裂貼（厚度2 mm，寬度32 cm），其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1：

表1 瀝青路面抗裂貼技術(shù)指標(biāo)規(guī)格

技術(shù)指標(biāo) 單位 規(guī)格

不透水性 0.3 MPa 120 min不透水

抗拉強(qiáng)度 縱向 N/50 mm ≥450

橫向 N/50 mm ≥450

剪切性能 N/mm 2.0

剝落性 N/mm 1.5

抗穿孔性 — 不滲水

3.2.2 病害連片處理

對(duì)于病害密集分布的路段，應(yīng)采用“連片銑刨+回填”的處理方案。

連片銑刨：銑刨按車(chē)道進(jìn)行，最小銑刨長(zhǎng)度不小于10 m，銑刨寬度為車(chē)道寬度，銑刨按車(chē)道進(jìn)行。同時(shí)，瀝青路面的面層應(yīng)分2層銑刨，銑刨厚度分別為4 cm、8 cm。開(kāi)挖面層后，如發(fā)現(xiàn)基層良好，無(wú)須處理。如發(fā)現(xiàn)基層有單一裂縫，填縫后要貼抗裂貼。如發(fā)現(xiàn)基層松散或塊狀破壞，應(yīng)將基層挖除。挖除基層后還應(yīng)檢查底基層狀況。如果底基層良好，無(wú)須處理。如果底基層有單一裂縫，填縫后要貼抗裂貼。如果底基層有嚴(yán)重塊裂，應(yīng)將底基層挖除。需注意，面層和基層分層銑刨時(shí)，縱向臺(tái)階寬度取40 cm，橫向臺(tái)階寬度如圖3所示：

圖3 瀝青路面病害區(qū)域銑刨橫向臺(tái)階寬度示意圖（cm）

回填：銑刨完成后，用水泥穩(wěn)定碎石回填基層和底基層，用細(xì)粒式和粗粒式瀝青混凝土分層回填下面層和上面層，且面層之間均勻噴灑SBS改性乳化瀝青黏層油。同時(shí)，回填材料的壓實(shí)度要滿足《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169—2012）的要求。

3.2.3 面層修復(fù)

寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）瀝青路面的面層修復(fù)方案應(yīng)結(jié)合病害種類(lèi)及嚴(yán)重程度確定，具體見(jiàn)表2：

4 結(jié)語(yǔ)

該文依托寧鄉(xiāng)市寧鄉(xiāng)大道（藍(lán)月谷路至一環(huán)路）提質(zhì)改造項(xiàng)目，研究了各種瀝青路面病害的產(chǎn)生機(jī)理及處理方案，得到以下結(jié)論：

（1）市政道路上分布較多的病害裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）、坑槽、沉陷、車(chē)轍、泛油等。

（2）瀝青路面出現(xiàn)裂縫是因?yàn)檐?chē)輛荷載、溫度變化、接縫處理不當(dāng)、混合料級(jí)配不當(dāng)?shù)龋料菖c路基豎向變形過(guò)大有關(guān)，坑槽與水分有關(guān)。同時(shí)，瀝青路面泛油病害是因?yàn)闉r青自下向上遷移。

（3）對(duì)于單條裂縫，可采用填縫法處理。如裂縫寬度＞6 mm，還需設(shè)置SA自貼性抗裂貼。對(duì)于病害密集分布的路段，應(yīng)選用“連片銑刨+回填”方案。

（4）市政道路面層修復(fù)應(yīng)結(jié)合病害種類(lèi)及嚴(yán)重程度確定。

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