半刚性沥青混凝土路面裂缝的成因及处理刘亚玲

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1、半刚性沥青混凝土路面裂缝的成因及处理 网络高等教育专 科 生 毕 业 大 作 业题 目：半刚性沥青混凝土路面裂缝的成因及处理学习中心： 奥鹏远程教育中心 层 次： 高起专 专 业： 土木工程（道桥方向） 年 级： 2009年 秋 季 学 号： 091003204083 学 生： 刘亚玲 指导教师： 屈威 完成日期： 2011年 9 月 15日 12摘 要结合涡阳乐行路路面病害调查和养护实践,介绍了半刚性沥青混凝土路面裂缝的类型,分析了产生裂缝的原因和裂缝发展过程 ,提出了防治和处理措施。关键词：半刚性 沥青混凝土路面 裂缝类型 原因 处理目 录摘 要I目 录II引 言11 概述22 半刚性沥青

2、混凝土路面结构调查33 半刚性路面开裂的原因分析73.1沥青路面裂缝的类型73.2 半刚性路面开裂的原因74 半刚性沥青路面裂缝的处理94.1裂缝的处理措施94.2新材料的应用105 结束语11参考文献12引 言我国经济进入快速发展阶段，作为基础建设的道路建设里程和等级都发生了显著的变化，我国已进入了公路建设的快速发展时期。道路在使用过程中受到了交通荷载与环境等因素的综合影响，会出现各种形式的沥青表面层开裂破损，产生各种危害，不但影响道路的使用，更会影响到交通的安全，造成很大的安全隐患。裂缝是沥青混凝土路面最普遍、也是最主要的病害类型之一。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能无明显影响,但随着表

3、面雨水和雪水的入侵,裂缝附近的土基含水量加大,甚至饱和,路面强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷和唧浆现象,使裂缝两侧的沥青面层碎裂,影响沥青路面的使用性能,并加速沥青路面破坏,严重的甚至导致路面产生结构性破坏。本文主要分析半刚性沥青混凝土路面裂缝的成因，并提出相应的处理措施。1 概述我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料。半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。在七五期间，国家组织开展了“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”的研究工作，对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性，沥青面层的开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层

4、设计和应用、半刚性基层材料的强度特性和收缩特性，组成设计要求等进行了深入的研究工作，提出了较为完整的研究报告，为高等级公路半刚性基层沥青路面的设计和施工提供了理论依据和技术保证。2 半刚性沥青混凝土路面结构调查典型结构调查要求选择的路线及路段具有典型性，公路等级要求是二级或二级以上的半刚性基层沥青路面，施工质量达到一定的水平，或者由专业队伍承担施工任务。施工质量检查比较严格，如有相应的试验路段，尽可能根据当时试验目的及原始测试数据进行跟踪调查。 选择的调查路段使用年限应达到三年以上，并有一定的交通量。路段应包括不同的路基结构(即填控情况)不同的地带类型，不同的路面结构(含不同材料和不同厚度)，

5、不同的使用状态(如完好，临界和破坏)和不同的交通量。被选择的路段的基层结构应符合公路路面基层施工技术规范的规定，即不是用稳定细粒土或悬浮式石灰土粒料做的基层。路段长度在100500m之间。为此，浙江、江苏和安徽分别选择320国道嘉兴段，104国道萧山段，206国道淮南段，205国道马鞍山段，合蚌路，312国道镇江、无锡、苏州段，310国道新墟段、徐丰线进行全面的调查和测试。根据选择路段的基本情况，本次典型结构调查路段选择具有以下特点：(1)反映了不同地区，不同的道路修建水平；(2)反映了不同地区，不同的路面结构组合类型；(3)包括了表处，贯入式等一般二级公路采用的结构，也包括了高速公路采用的结

6、构；(4)包括中间夹有级配碎石连结层的路面结构；(5)反映了经济和地区水平的差异；(6)包括了不同地区主要使用的半刚性基层材料。2.1路段测试内容及测试方法 本次路况测试主要包括：外观、平整度、车辙、弯沉、摩擦系数及构造深度。外观测试是裂缝、松散、变形等破坏的定量描述；弯沉由标准黄河车(后轴重10t)及5.4m(或3.6m)弯沉仪测试；摩擦系数由摆式摩擦系数测定仪测试；构造深度由25ml标准砂(粒径0.150.3mm)摊铺得；平整度为3m直尺每100m路段连续测10尺所得统计结果；车辙是3m直尺在轮迹带上所测沉陷深度。2.2数据采集方法 (1)合理性检验。由于实测数据存在偶然误差，因此，在进行

7、误差分析之前，须去除观测数据中那些不合理的数据，代之以较合理的数据，进行合理性检验。实际工作中常用3原则和戈氏准则，3原则较近似，戈氏准则较合理。 (2)代表值的确定。代表值是在最不利情况下可能取得的值：97.7%的保证率，取2.0；95%的保证率，取1.645。在后面计算中，代表值确定如下：弯沉取；平整度、车辙为；摩擦系数、构造深度为 X=-1645S。2.3路面使用品质分析2.3.1平整度 根据公路养护技术规范，不的道路等级对平整度有不同的要求。但本次调查结果表明：各路段的平整度与结构层组合与施工组织状况有关。由于选择路段路面结构使用了沥青贯入式，沥青贯入式是一种多孔隙结构，整体性较差，在

8、行车荷载的重复作用下被再压实，导致纵向出现不平整现象。同时施工时各层纵向平整度的严格控制对路面表面平整度控制有十分重要的意义。2.3.2车辙 沥青路面车辙是高等级公路重要病害之一。国外设计方法中A法以控制土基顶面压应变为指标，shell设计方法则通过分层总和法直接从沥青面层厚度及面层材料诸方面控制车辙。我国还没有采用车辙指标，作为设计控制值，而是通过材料动稳定度或其它指标达到减少车辙的目的。对半刚性基层沥青路面，由于土基顶面压应力较小，在重复荷载作用下土基产生的再压实的剪切流动引起的。在调查路段，沥青贯入式结构由于其级配较差，在重复荷载作用下极易产生剪切流动和再压实，同时其高温稳定性较差，调查

9、路段车辙量较大。2.3.3抗滑能力 沥青路面抗滑性能评价方法主要是测定面层的摩擦系数和纹理(构造)深度。沥青面层纹理深度与矿料的抗磨能力(磨光值指标)和沥青混合料高温时的内摩阻力和粘聚力有关。纹理深度达到要求必须合理选定矿料级配、沥青材料满足高等级道路石油沥青技术标准。 调查路段面层矿质材料为石灰岩，磨光值只有37左右，达不到高等级公路和大于42的要求。面层磨擦系数普遍较小，不满足抗滑性要求。2.4路面结构强度分析 调查路段经过两年的弯沉及交通量实测，结果表明：不同调查路段由于承受的交通量不同，虽然路面结构相同，但强度系数不同。因此，只有根据强度系数才能判别路面结构是否达到使用寿命。同时，有些

10、路段其路面结构组合及厚度明显不符合设计要求或施工质量较差，因此必须调整设计厚度及结构组合。2.5沪宁高速公路无锡试验路综合调查 沪宁高速公路无锡试验路段是本次调查唯一针对高速公路特点的路面结构，通过近三年的运行和观察，对高速公路设计与施工提出了许多有益的结论。(1)半刚性基层路段弯沉在(2.138.25)(1/100mm)范围，级配碎石段(X、X)弯沉为0.122mm和0.135mm，但在裂缝边缘弯沉值明显大于没有裂缝处的弯沉，裂缝边缘弯沉最大达20(1/100mm)。因此，在试验路段弯沉绝对值能满足高速公路强度要求，但必须注意裂缝对半刚性路面结构强度影响。(2)路面平整度基本没有改变，并能满

11、足要求。(3)1994年夏季高温持续时间长，对沥青路面高温稳定性提出了严峻的考验。1994年观测结果表明，试验路段车辙较1993年基本没有变化。(4)路表面在行车碾压作用下，行车带渗水很小或根本不渗水。(5)从路面构造深度和摩擦系数二方面分析，面层摩擦系数较1993年减少约(914)，在1993年新铺路段，摩擦系数从65.4(LK-15A)，61.9(LH-20)分别减少到35.4和32.0，减少约30。对同一级配来说，LH-20玄武岩径一年行车碾压后的摩擦系数值比行车碾压二年后砂岩(LH-20)的摩擦系数值还要小，说明玄武岩的抗摩擦能力小于砂岩。对LK-15A加铺层段，LK-15A段的摩擦系

12、数LH-20加铺层路段摩擦系数大。(6)对比英国产摩擦系数仪，英国产摩擦仪测试结果较国产摩擦仪增大范围是：(16.623.65)平均约21.0，其回归关系式为f上=1.13f东+16.9。式中：f上为上海测试值；f东为东南大学测试值。(7)半刚性路面裂缝较为严重，经二年运行，裂缝间距宽约为7090m，窄的约为1525m。裂缝宽度在110mm之间。而在层的开裂是面层开裂的主要原因。2.6调查路段综合结论 (1)本次调查涉及高速公路结构，一级公路、二级公路，因此，调查工作可靠，对提出典型结构具有指导意义。(2)调查路段路面结构有许多贯入式结构。虽然这种结构整体稳定性不好，但调查结果表明，由半刚性材

13、料引起的反射裂缝也相应减少。(3)对高速公路路面结构，面层厚度1216cm，基层底基层厚度5060cm。(4)对一级公路路面结构，面层厚度812cm，基层底基层总厚度4055cm1。(5)对二级公路路面结构，面层厚度610cm，基层底基层厚度3545cm。3 半刚性路面开裂的原因分析3.1沥青路面裂缝的类型按沥青路面开裂的主要原因,裂缝可以分为两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝主要是由于行车荷载造成的裂缝,非荷载型裂缝主要有温缩裂缝和干缩裂缝,其中温缩裂缝的产生与基层的类型无关,而干缩裂缝则是由于半刚性基层材料的干缩而产生的反射裂缝。3.2 半刚性路面开裂的原因涡阳乐行路全长26k

14、m,双向四车道,路面结构为: 4cm中粒式多碎石沥青混凝土+5cm粗粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土,路面基层为20cm水泥稳定碎石。涡阳乐行路于1997年12月建成通车。1999年1月路面调查时共计横向裂缝86条,纵向裂缝2条。至2001年横向裂缝2188条,纵向裂缝49条。随着路龄和交通量的增长,尤其在经过2002年雪量较大、气温低、昼夜温差较大的冬季后,更加剧了裂缝的产生。由于这些裂缝主要发生在降温过程中,所以温度应力是最直接的原因。通过观测与调查发现,涡阳乐行路的裂缝类病害以横向裂缝为主,在局部路段存在小面积网裂等病害形式。通过钻孔分析、探坑挖验,总结出横向裂缝产生和发展的主要过

15、程如下：(1)半刚性基层材料(水泥稳定级配碎石)的温缩和干缩特性,导致基层产生温缩和干缩裂缝。 (2)基层裂缝反射至面层 ,面层产生反射裂缝,路表面裂缝两侧沥青混凝土长期受水或水汽的侵蚀,在车轮荷载作用下逐渐松散剥离,产生啃边现象,裂缝开口逐渐增大,形成“V”字形,严重处发展为坑槽。 (3)雨水、融雪盐水等沿面层和基层裂缝渗入路面结构层内部,在石灰土底基层顶面,产生软化现象。 (4)在车轮荷载反复作用下,底基层顶面泥浆沿基层和面层裂缝向路表面唧出,形成唧浆现象。 (5)随着底基层顶面泥浆的唧出,基层和底基层之间产生脱空区,致使路面产生局部沉陷。在半刚性沥青混凝土路面非荷载型裂缝产生的过程中,有

16、两个重要的可控因素: (1)沥青的品种与质量。半刚性基层上较厚沥青面层的非荷载裂缝主要是沥青面层本身的温度裂缝,在采用收缩性小的优质半刚性材料做基层的情况下,沥青面层的裂缝与柔性路面没有明显的差别。所以沥青的品种和质量是半刚性沥青路面产生早期温缩裂缝和裂缝多少的最主要因素。 (2)半刚性基层材料的性能。它又包括几方面: 基层材料的选择。通过对不同段的调查表明,基层材料的种类对沥青面层的裂缝率有明显影响,即基层材料的收缩性愈小,面层裂缝愈少。其中石灰土碎石基层裂缝率最大,水泥碎石基层裂缝率次之,二灰碎石裂缝率最小。无机结合料稳定材料的含水量。干燥收缩是无机结合料的特性之一,当水量过大时,会加大材

17、料的干缩应变,使基层产生干缩裂缝,导致沥青面层产生对应裂缝。所以在施工中,一定要严格控制基层材料的含水量。半刚性基层的养生与暴晒时间。半刚性基层干缩应力的大小与混合料水分散失的速度成正比,特别是刚刚铺筑的半刚性基层,水分散失的速度非常快,混合料产生的拉应力较大,此时基层的抗拉强度还没有完全形成,若不能保证半刚性材料的含水量,即不能及时洒水养生,半刚性基层就会产生干缩裂缝。并且养生结束后,要及时铺筑面层,若让其暴晒基层迟早会产生干缩裂缝(可见和不可见两种裂缝),这种裂缝会很快反映到沥青面层,形成反射裂缝和对应裂缝,从而增加总的裂缝数量。4 半刚性沥青路面裂缝的处理涡阳乐行路管理处针对路面受北方气

18、候影响、春冬季易出现裂缝的情况,近几年不断加大治理力度。在裂缝处理方面坚持两个原则:一是早发现,早灌缝;二是积极探索新材料、新设备、新工艺,保证良好的灌缝效果。4.1裂缝的处理措施对于宽度小于3mm的裂缝,可不予处理,及时注意观测;在35mm之间的裂缝常采用非开槽法,直接将缝隙刷扫干净,并用压缩空气吹净尘土后,灌注较稠沥青,填入干净的石屑或粗砂并捣实;在525mm之间的裂缝常用开槽法修补。如果裂缝两侧出现一定宽度的网裂、沉陷、唧浆或破碎带等,在处理裂缝时要挖除沥青面层后重新铺筑。为了防止横向裂缝的反射,可在基层顶面裂缝两侧铺设一定宽度的玻纤栅。目前,涡阳乐行路上常采用开槽修补法处理裂缝。此方法

19、适用于裂缝宽度525mm之间的裂缝,使用的设备包括开槽机和灌缝机,补缝的材料采用针对裂缝修补专门设计的密封胶 (改性沥青聚合物),开槽宽度至少1cm,深度13cm,开槽的深度与宽度比不应超过21,深度比越低越好。开槽修补法工艺流程一般分为5个步骤: (1)准备工作。检查开槽机与灌缝机,确保其技术状况良好;根据路面裂缝的具体情况,确定补缝设计的方案;启动灌缝机并向密封胶加热罐内添加密封胶,将密封胶加热、搅拌至193,不能超过204;加热期间将灌缝机拖挂在卡车后面,并把密封胶、隔离墩、安全指示标牌、开槽机和肩背式吹风机等装在卡车上,拖到预定施工地点,将高速公路半幅的一半封闭作为施工区。 (2)开槽

20、。按照设计的开槽尺寸,预先调节好开槽机开槽深度,然后进行开槽作业。作业时根据裂缝宽度种类情况,及时调节开槽尺寸,满足最低设计要求。(3)清槽。用肩背式吹风机将槽内的碎渣及裂缝两侧至少10cm范围内的灰尘清扫干净。4)灌缝。若在气温低于4时补缝,灌缝机需配有预热设备对开槽部位进行预热,若在此温度下不预热就进行补缝,会降低密封胶的粘结力;如果在气温高于4时补缝,可不进行预热,一般预热后的效果较好。在密封胶加热温度达到193左右时,用灌缝机上带有刮平器的压力喷头将密封胶均匀地灌入槽内,并在裂缝两侧拖成一定宽度与厚度的封层。(5)养护。用密封胶灌缝,待密封胶充分冷却后,把路面的碎碴清扫干净,才能开放交

21、通,一般冷却时间为15min左右,具体开放交通时间可根据气温情况灵活掌握。裂缝一般在冬、春季出现较多,在这个季节施工,由于灌缝温度较低,一般要注意对开槽部位进行预热,保证沥青胶的灌注温度,并且不要灌注太满,防止在夏季温度上升时溢出。4.2新材料的应用 (1)改性沥青。即在沥青中加入天然的或合成的弹性材料或热塑性材料,使沥青混凝土达到某一更高的使用性能。最常用的改性剂是聚合物,如SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物)、SBR(丁苯橡胶)、EEVA(乙烯-醋酸乙烯脂共聚物)、PE(聚丙烯)等。(2)乳化沥青。乳化沥青稀浆封层越来越多地应用于高速公路养护

22、和建设中,它可使磨损、老化、裂缝、光滑、松散等病害迅速修复,同时在防水、防滑、平整、耐磨上有突出表现。(3)土工合成材料。作为沥青面层增强材料,铺设于原沥青路面的沥青加铺层底部,或新建道路沥青底部,能改变路面的结构应力分布,阻止反射裂缝的扩展,还可以减轻车辙的轧痕。土工合成材料一般宜选用玻纤网、土工织物等。5 结束语半刚性沥青混凝土路面裂缝的产生是不可避免的,在日常养护中,只有采取积极措施,及时发现裂缝,并采取新材料、新设备、新工艺及时加以处治,才能起到良好的养护效果,改善行车环境,有效延长路面的使用寿命。参考文献 1 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面 M.北京:人民交通出版社, 2001 2 JTJ073.2-2001,公路沥青路面养护技术规范 S3 刘锋,武轶杰,王进勇.水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制J.公路交通技术,2006年06期4 蔡成虹.水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制J.科技信息,2009年20期5 钱海潮.沥青路面的裂缝及预防J.交通世界(建养机械),2008年08期