沥青路面层间接触不良危害及影响因素分析

沥青路面层间接触不良危害及影响因素分
析
2011年第l0期
(总第212期)
黑龙江交通科技
HELLONGdlANGdlAOTONGKEJI
No.10,2011
(SumNo.212)
沥青路面层间接触不良危害及影响因素分析
赵丽
(邯郸市青红高速公路管理处)
摘要:路面层间接触条件会影响道路性能.首先分析沥青路面层间接触不良的危害,并借助Bisa~.0软件
分析了层间接触不良的影响因素.无论对于规范修订还是生产实践都具有现实意义.
关键词:层间接触;危害;Bisar3.0;影响因素
中图分类号:U416.217文献标识码:C文章编号:1008—3383(2011)10—0150—01 我国沥青路面的设计理论基于弹性层状体系理论,由于
行驶车轮荷载的瞬时性,从而将沥青路面简化的弹性半空间
体.为进一步分析路面结构的应力应变响应,其一项最基本
的假设就是沥青路面各层是连续的,完全弹性的,均匀的,各
向同性的.然而在我国高速公路建设中,由于设计方,施工
方等对层间粘接的不重视,出现了许多人为地,过早地造成
沥青路面层间包括沥青面层之间,面层与基层间,基层与底
基层之间等不连续的现象.
1层间接触不良的危害
(1)网裂:一般认为路面轮迹带产生的网裂是路面结构
承载能力不足的标志,说明路面产生了荷载型的结构破坏. 由于水损坏造成的网裂一般是由于水分在路面结构中从下向上作用,造成了沥青面层内部混合料的剥落,松散,或基层混合料的冲刷,脱空,在行车荷载的作用下导致沥青面层混合料产生龟裂,进一步发展的结果就是坑洞和沉陷.
(2)唧浆:外界水不断渗入并积存于基层顶面,基层结
合料在水的浸泡下形成泥浆或灰浆,行车荷载的反复挤压和泵吸作用下,从裂隙中冒出来,这种现象称为唧浆.产生唧
浆必须要有水进入和灰浆挤出的通道.唧浆现象中,水侵入路面结构内部的途径大多是路面上已经出现的裂缝,同时, 强大的有压水通过沥青层的空隙也能穿透结构完整的沥青面层,松散严重而未产生裂缝的路面也有灰浆出现.
(3)坑槽:坑槽根据面积大小可以分为点状坑槽和块状
坑槽,是沥青面层松散深度和面积不断加大,水损坏发展到后期产生的现象,是唧浆进一步发展的结果.
(4)沉陷:水损坏引起的沉陷一般与唧浆现象同步发
生.随唧浆的发展,基层结合料不断地被溶蚀并挤压到路表,造成基层顶面的不断脱空,沥青面层也就随着这种基层材料的流失不断下陷;沉陷变形过大导致沥青面层开裂,水侵入路面的途径更加通畅,使唧浆现象更加恶化,形成恶性循环.在沉陷位置钻芯取样时,有些芯样面层已经碎裂,有
些表面层比较完整,但中下面层已经全部松散和剥落了. (5)伴随裂缝的水损坏现象:裂缝类病害加剧了路面的
破坏.裂缝打通了水分进入路面结构的通道,在动水压力下一
部分水分沿着路面的薄弱面进入路面体系中,反复的动水压力下导致路面唧泥,从而产生内部更大的损坏.
路面出现这些病害,除了与交通状况,结构设计,材料性
能及施工技术有关外,还源于沥青面层内的层问结合不足,
沥青面层与基层间的层间粘结状况不好,面层内部材料不均匀,在结构层间存在薄弱面,混合料碾压不足等因素造成的沥青路面水损坏,在重载的作用下这些损坏将越发严重.
2层间接触状态影响因素
2.1交通量及轴栽的影响
近年来,车辆载重和交通量明显增大,对路面的承载能
力要求越来越高,由于无机结合料稳定类半刚性材料强度高,承载能力大,以它为基层的沥青路面结构已经成为我国公路的主要结构类型.但是由于交通运输的多轴数,重轴载,高轮压的新特点,使道路受力状况较以往发生了明显变收稿日期:2011一D7—11
作者简介:赵丽(1979一),女,工程师.
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化,加之半刚性基层的刚度较大,导致了基,面层间的剪应力大幅增加.
通过bisar3.0来分析重载对层间接触状态的影响.计
算结构组合为:两层厚6.5em的沥青层和20cm厚的砂砾
基层.结构层的模量为10000MPa,荷载为50kN.设行车
方向为x方向,道路横断方向为Y方向,竖直向下为z方向.
0.S
0.4
熏0.3
料0.1
O
-
3?2.5?2-1.5-1_0.S00.S11.522.53
_._100kN+120IcN十140kN160IcN180kN
Y方向髓寓
图1不同轴载作用对上面层底面所受剪应力
在Y方向分布的影响
图1说明随着轴重的增加,剪应力值也随之增加.在
荷载的作用下,路面结构产生较大的剪应力,在较大的剪应力的作用下造成路面破坏.同时由于我国沥青路面存在严重的超载情况,加剧了这种破坏的发展.一旦基层与面层脱离,变为完全滑动状态,下面层层底和路表轮迹带边缘均产生较大的弯拉应力,从而造成两头受拉的情况,这与路面结构沥青层从路表开裂向下发展或沥青下面层层底开裂向上发展两种都有可能出现的实际情况相符.
2.2结构及材料类型的影响
沥青层总厚度较薄又不适当地分成三层铺筑,沥青混合
料最大粒径偏粗,沥青混合料容易离析,混合料的空隙率较大(抗滑表层及Ⅱ型沥青混合料尤其如此),水不可避免从
这些空隙渗入路面.半刚性基层收缩裂缝的反射缝及其他裂缝往往无法避免,必然增大路表水下渗的可能性.在冰冻地区,冬季毛细管聚冰在春融期使水分过饱和,半刚性基层上的透层油透水效果很差,水将向上移动至基层表面,这些水最终将积存在基层表面,而我国半刚性基层又特别致密, 不透水,无法通过基层排走.再加上沥青面层较薄,作用到
沥青层底部的荷载压力较大,基层表面越容易破坏成为灰浆,又通过裂缝泵吸到路面上来产生唧浆,这样沥青层底部与半刚性层的联结状态变为趋向完全滑动,恶化了沥青层受力状态,降低了沥青层的疲劳寿命.
2.3施工的影响
施工对层间的接触状态有很大的影响.有些单位为了
降低工程造价在摊铺面层前基层不洒粘层油,或洒布工艺控制不严造成计量不准,油膜不均匀,基层表面清扫不干净或
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总第212期黑龙江交通科技第10期
相承的,纵断面拉坡时,应根据原有道路的弯沉计算路面补强厚度,按此填高尽量拟合旧路.
经计算,一般补强厚度按9cm控制,实际纵断补强厚度
在9～28cm之间,与旧路标高基本吻合.
同时,本案由于旧路为公路,坡度设计时较为平缓,主要
靠横坡排水,因此在改造设计时尽可能增加其纵坡度,以满足路面纵坡应大于等于0.3%的排水要求;对于调整困难的地段采用加密雨水井的处理办法.
4路面结构,路面结构补强及新旧路面接茬设计
4.1路面结构设计
主路新建道路结构由上至下:4cmAC一16F型中粒式纤
维沥青混凝土(掺加聚丙烯晴纤维2.0kg/t);5cmAC一20F 型粗粒式沥青混凝土;6cmAC一25C型粗粒式沥青混凝土; 20cm三灰碎石(8.5%石灰,1.5%水泥,15%粉煤灰,75%
碎石);20cm二灰碎石(10%石灰,20%粉煤灰,70%碎石);
20cm二灰土(10%石灰,20%粉煤灰,70%土),土工格栅.
辅路道路结构由上至下:4cmAC一16F中粒式纤维沥
青混凝土(掺加聚丙烯晴纤维2.0kg/t);5cmAC一20F粗粒式沥青混凝土;6cmAC一25C粗粒式沥青混凝土;20cm三灰碎石(8.5%石灰,1.5%水泥,15%粉煤灰,7%碎石);
20cm二灰土(10%石灰,20%粉煤灰,70%土);18cm二灰
土(1O%石灰,20%粉煤灰,70%土).
4.2路面结构补强设计
一
般路段利用旧路路表弯沉测定结果,计算出代表弯沉
值,并反算成旧路路面当量土基回弹模量,再按弹性层状体系理论计算加铺补强层厚度.
代表弯沉值:lr=(+o'SAr.
旧路路面当量土基回弹模量:用汽车测定时Es=
2l.41P/la.
当考虑旧路加铺时,其顶面计算回弹模量Es.=A.Es.
经计算该工程分两种情况进行补强设计:
补强结构一由上至下为4cmAC一16F型中粒式纤维沥
青混凝土(掺加聚丙烯晴纤维2.0kg/t);IIcm≥H≥
5cmAC一20F型粗粒式沥青混凝土,土工布补强结构二由上至下为4{3mAC一16F型中粒式纤维沥青混凝土(掺加聚丙烯晴纤维2.0kg/t);5{3mAC一20F型粗粒式沥青混凝土;
19cm≥日≥6{3mAC一25C型粗粒式沥青混凝土;土工布对旧路已有的病害应先处理后补强,在加铺前需刨毛旧沥青面层并应喷洒粘层油.
本案由于原有道路纵坡较小,需要调整道路纵坡,因此
带来旧路补强厚度不一致,在找平层对不同厚度采用不同材料,主要有粗粒式沥青混凝土,沥青碎石等.在补强层与旧
路路面之间,为更好的控制反射裂缝及增加粘结力,此处采
用了橡胶沥青应力吸收层代替粘层油.
4.3新旧路面接茬设计
新建道路和旧路搭接设计时,需将旧路基分层挖成台阶
型,台阶高度宜为一层填土压实的厚度,其高宽比宜为
1:1.5,台阶底面应稍向内倾斜.快速路,主干路工程,在新
旧路面交接处,新路面层与基层之间,铺筑不小于1.5m宽
的路面防裂合成材料(本案采用聚脂长丝针刺无纺土工布).
5桥涵改造设计
(1)原桥涵是否满足设计荷载标准,不满足,能否通过
适当加固达标;
(2)原桥涵是何种结构形式,服务年限多长,使用状况
如何,利用价值是否大;
(3)原桥涵是否满足排洪要求,航道上桥梁是否满足通
航要求;
(4)是否限制路线平,纵面线形,使路线指标不能满足
技术指标,或能满足而导致不能充分利用老路,在经济上得不偿失.
对老桥涵进行上述四方面分析,在经济上,技术上进行
比选,根据实际情况决定老桥涵拆除重建或拓宽改造.本方案中桥涵荷载标准均较低,结构形式较差,全部进行拆除重建.
6总结
总的来说,对旧路的拓宽改造要做到充分的调查和分
析,取得可靠的资料数据,并根据采用的技术标准进行多方面的综合比较,科学决策,在各项技术指标允许的范围内,最大限度地利用旧有道路,做到功能强,施工易,造价省,综合
设计优.
参考文献:
[1]城市道路与桥梁设计规范[M].中国建筑工业出版社.
[2]道路设计资料集[M].人民交通出版社.
(上接第150页)
者施工的随意性及交叉施工干扰都会导致层间的粘结不好, 层间容易产生相对滑动,施工车辆通行造成对层间的破坏也是非常严重的.降低工程造价在摊铺面层前基层不洒粘层油,或洒布工艺控制不严造成计量不准,油膜不均匀,基层表面清扫不干净或施工的随意性及交叉施工干扰都会导致层间的粘结不好,层间容易产生相对滑动,施工车辆通行造成对层间的破坏也是非常严重的.
正确的做法是在保证基层强度的同时加强对存在浮浆
和污染的基层表面进行严格的清扫工作,对基层表面粗糙度
不满足检验要求的局部路段要进行相应的处理,达到一定技术标准后,方可设置效果好的粘结层,将层间紧密的粘结在一
起,在做层间处治时要严格管理施工车辆的通行,至于限速,禁止急刹车都是应当做到的基本要求.
2.4温度的影响
沥青是温度敏感性很高的材料,因此温度对层间材料的
影响非常大.由于沥青路面在夏季温度很容易达到60℃,
而通过60℃时的剪切试验可以看出,层间材料在6O℃时抗剪强度已经非常小了.所以在夏季高温的条件下,层间材料在重载作用下,抗剪强度大大降低,路面非常容易发生损坏, 从而使得层间的连续接触状态由连续发展到部分连续乃至完全光滑.因此在沥青路面层间结构设计中要重视温度对层间材料的影响.
2.5水的影响
《公路沥青路面设计规范》规定层间接触条件为完全连
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续状态.然而,从路面裂缝以及从沥青混合料较大的空隙渗入的水将不可避免,由于半刚性基层通常是不透水的并且半刚性基层上的透层油效果通常很差,这使得水分不能通过基层很快的扩散而滞留在基层顶面.沥青面层的下面层又往往是空隙率较大的沥青碎石或II型沥青混合料,空隙中充满了水分,繁重的车辆荷载反复作用,动水压力使基层冲刷破坏进而软化.当形成灰浆时,沥青层和基层的界面条件将从理想的连续状态变成半滑动或滑动状态.
3结语
为了处理由于层间接触不良而引发的各种问题,使路面
多层组合体系具有良好的结构承载力,耐久性,粘结力以及
提高抗水毁能力,施工单位同公路业主单位和科研部门在研究改进路面沥青混合料施工工艺的同时,也逐渐开始重视路面结构中层间接触状态的处理,一方面在于加强层间连接,
使各层面之间,面层与构造物之间粘结成一个整体,形成一
个过渡结构层,使路面结构具有连续性;另一方面是提高路
面的防水性.
参考文献:
[I]姚祖康.对我国沥青路面现行指标的评述[J].公路,2003,
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[4]苏凯,武建民,戴经梁,等.沥青混凝土路面基面层间结合材料的研究[J].公路,2005,(6).。