洛栾高速公路沥青路面破坏原因分析
洛栾高速公路于2007年12月建成通车,使用一年后部分路段发现路面出现开裂现象,为此,2008年5月至2009年4月对损坏的情况进行了全面的检查、钻芯取样观察、弯沉测定、理论分析计算和修补方法的探索。认为造成路面局部开裂、凹陷、唧泥的原因主要来源于运输煤炭、水泥的车辆过量超载(载重5t车装运13t~18t),使沥青路面所承受的剪应力过大而破坏。
从路况调查表明:因上行线和下行线车辆载重的差异,行车一年半后的路况不同,病害状况也不同。从而同一断面或同一地段下行线没有横向、纵向裂缝,上行线有横向、纵向裂缝的情况分析,可以排除因路基不均匀沉陷,半刚性基层裂缝往上反射的可能性。
一、对芯样和挖孔观测
(一)网裂和凹陷的部位钻取的芯样,表面层和中面层层间粘接良好,中面层与底面层易分开;底面层AC-25-Ⅱ混合料水损害严重,中面层与底面层之间几乎已没有沥青;半刚性基层表层的1cm~2cm有软化现象;
(二)凹陷严重部位挖开观察,33cm分二次摊铺的半刚性基层,上层16cm已完全松散,下层17cm完好。这是面层开裂后地表水渗入半刚性基层表面并在行车冲击作用下引起的;
(三)紧急停车道和路面完好部位钻孔表明半刚性基层板结良好。
从上述取芯试验调查分析,各面层混合料配合比设计、施工配合比控制及现场压实情况基本正常,可以排除因施工质量造成路面损坏的疑问。
二、标准轴载计算及分析
按现行《公路沥青路面设计规范》推荐的各级轴载换算成标准轴载的公式,将各类车辆轴载换算为标准轴载当量作用次数。作为探讨,对大于130kN轴载仍按规范推荐的公式进行换算。
三、路面设计容许弯沉值 剪切应力分析
弯沉测定表明:①超载车行驶较少的超车道和下行线行车道的实测弯沉值均较小,整体强度高;②上行线的行车道弯沉值明显大于超车道,也就是行车道的路面结构在过量超载车辆的作用下,整体强度下降,不能满足考虑超载因素之后的容许弯沉值,应采取措施恢复其整体强度。
四、路面病害处理方案
(一)路面损坏的特征主要是裂缝和凹陷这二种类型。维修应根据类型采取不同的方法。对有裂缝而没有凹陷的地段,用针筒灌注乳化沥青2遍~3遍,特别是气温高的情况下尽量多灌一些,防止雨水浸入软化水泥稳定碎石基层,加速面层疲劳破坏。
对凹陷的地段修补,用切割机切开沥青面层,为防止修复后雨水沿着切割缝隙下浸,表面层切割范围应宽于中面层5cm~10cm,以便铺设防水卷材。用风镐整齐挖去凹陷的沥青面层和已损坏的基层。用C25干硬性水泥混凝土现场拌制填补基层,用垂直振动夯锤夯实,待2h后,洒上一层乳化沥青作为粘层油,先铺沥青下面层和中面层夯实,在中面层表面新旧沥青的接缝处铺设防水卷材再铺上面层混合料,压实后开放交通。这种处理方法的效果较好,通车后未发现修补坑槽的二次损坏。缺点是施工较麻烦。
(二)路面补强方案
1、对上行线行车道弯沉不足且损坏较严重的路段,铣刨8cm,分二层采用7%PE改性的AC-16Ⅰ型混合料铺筑至原路面标高;对上行线行车道其他路段,均铣刨4cm,用改性的AC-16Ⅰ型混合料铺筑至原路面标高。全路段用4cm7%PE改性AK-13A型加上3cm5%SBS改性SMA10型混合料进行全幅罩面;
2、对下行线除出现裂缝或网裂的地段进行特殊修补处理外,不作铣刨处理,用4cm5%SBS改性SMA10型混合料进行全幅罩面;
3、在全幅罩面之前,对铣刨的边缘均用20cm~25cm宽的防水卷材粘贴在沥青层接缝上。
五、防止超载车辆损坏高速公路路面的措施
(一)路政管理
由于高速公路路面维修困难、费用高、影响行车安全等特性, 过量超载造成路面迅速损坏,仅收点通行费得不偿失。考虑到高速公路收费还贷问题,以免交通量骤减影响收费,对数量最大的二类车来说,在管理的措施上,采取入口严格稽查的办法,不允许载货量超过交通部2000年2号令第三条第五款规定的车辆进入高速公路,是防止路面过早破坏的最有效措施。
(二)设计留有余地
1、分析交通量时,充分考虑转移交通量和超载的因素,应把超载车辆的荷载都换算成当量轴次,据此算出容许弯沉值,设计时应留有余地;
2、沥青中面层、上面层应采用抗车辙、抗浸水性能较好的改性沥青、SMA混合料路面。
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