论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对某高速公路沥青路面早期水损害的原因,提出了结构设计设计方案。对一般路段和长大纵坡路段处治结构分别进行考虑。并提出在结构设计中采用沥青稳定碎石排水层ATPB-25排除路面结构内部积水。
【关键词】沥青路面;早期水损害;ATPB
The Structure Design for Dealing the Premature Water Damage of Asphalt Pavement in a Highway
Guo Fang1,GuWei2
(1. Hunan Communication Polytechnic College Changsha Hunan 410004;2. Hunan Province Hua Gang Plan Design & Research Institute of Communication Changsha Hunan 410076)
【Abstract】According to the reasons of the premature water damage of asphalt pavement existing in one highway,proposing the maintenance program of the structure design. And Considering the general section and the large longitudinal slope section separately. In the structure design,proposing a suggestion to adopt ATPB-25 to eliminate the water inside the pavement structure.
【Key words】Asphalt pavement;Premature water damage;ATPB
沥青混凝土路面因具有力学强度高、行车平稳舒适、噪音低、施工期短、维修方便等众多优点,在高等级公路建设中越来越占主导地位。但大部分高速公路在建成通车后不久,短的几个月,长的不超过两三年,就出现了水损害现象。水损害已成为我国沥青路面严重的早期病害之一[1]。
1. 概况
某高速公路地处亚热带季风气候区,不同季节气候变化显著。原沥青面层混合料采用Superpave 沥青混合料设计方法设计,上面层为4 cm Sup - 13 ,中面层为5 cm Sup - 20 ,下面层为7 cm Sup - 25 。由于各方面的原因,通车两年来,沥青路面产生了较为严重的水损害,在雨季,维修进度已跟不上破坏速度。为全面了解该高速公路使用现状,对路面进行了全线和主要病害区段的现场调查、检测及芯样室内试验。现场调查结果表明:该高速公路沥青路面早期水损害严重,98%以上都出现在行车道,通车两年后全线行车道水损害路段占33.9%,尤其是在长大纵坡路段,水损害现象特别严重主要表现为坑槽、露骨、唧浆、网裂等(典型照片见图1~3)。
图1 芯样中面层松散图2 骨料表面油膜脱落图3 唧浆
2. 简要成因分析
通过现场调查检测发现,该高速公路沥青路面产生水损害的原因主要有:
2.1 沥青与矿料粘结力不足。在现场取芯过程中发现该沥青路面中面层松散,并且骨料表面油膜脱落十分严重。
2.2 沥青混凝土路面空隙率大。这主要是由于沥青混凝土材料配合比设计不够合理,沥青路面低温施工造成混合料压实不足等原因引起的。
2.3 路面结构排水系统不畅。经过调查检测,该高速公路中央分隔带横向排水管有将近一半堵塞,而且部分路段地下水位较高的路堑路段没有设纵向渗沟。
2.4 由于水总是往坡降大的地方渗流,所以长大纵坡的内部积水主要沿纵坡往下渗流,长大纵坡内部积水的渗流路径要比一般路段长度大,路面的内部积水时间更长。沥青面层承受较大的水平剪应力、较长的荷载作用时间以及较长时间的内部积水造成长大纵坡水损害更加严重[2]。
3. 结构设计
在处治结构设计中,按照处治一次到位,损坏到哪个层位(车道) ,就处理到哪个层位(车道) 的原则,确定各路段处治方案[3]。参考国内的处治工程实例,此高速公路的病害情况及维修工程的特点,对一般路段和长大纵坡路段处治结构分别进行考虑。各层均不再采用Superpave沥青混合料设计,主要的考虑是Superpave沥青混合料设计本身还不完善,它主要包括三个阶段设计,但后两个阶段设计(性能评价和预测)还有待完善。第一个阶段设计,在美国使用也有很大的争议。我国各地环境和交通特点,引进Superpave进行沥青混合料设计目前还处于研究阶段,修筑了一些试验路,成功和失败的例子都有,失败的例子主要体现在沥青路面水损害严重,因此本方案各层沥青混合料设计采用我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的设计方法进行。处治结构设计如表1 所示。
3.1 上面层。
从节省工程造价、便于施工和确保施工工期考虑,对于一般路段上面层推荐采用AC-13C。在长大纵坡路段,沥青上面层采用SMA-13而不采用AC-13,主要是考虑到SMA-13有较好的路用性能,特别是具有良好的抗车辙能力、结构强度及抗滑性能。考虑长大纵坡对抗滑要求较高,而且目前该高速公路采用常规的沥青混合料修补,根本无法解决水损害严重的问题。
3.2 中面层。
在处治方案中,沥青中面层均采用SBS改性沥青,针对该高速公路为山区高速公路,纵坡多,地处湿热多雨区,交通量较大、超载车多、长大纵坡多,沥青面层容易产生车辙,而中面层的最高温度虽比上面层低,但高温持续时间比上面层长,因此它也是影响沥青面层车辙大小的一个重要层次,采用改性沥青有利于提高中面层抗水损害能力。
3.3 下面层。
沥青下面层采用ATPB-25,主要的考虑是:路面结构任何一种结构处于水饱和都将导致结构强度的降低。水是损害之源,对待水的处理办法,首先是封(堵),可是现在的问题是沥青面层本身封不住水,就算是很致密的级配(SMA),也难免产生局部透水。如果水进入面层或基层,最好能排出,避免水的长期存在。如果下面层设置排水层,将积滞在路面结构内的水分迅速排除到路面和路基结构外,可以改善路面的使用性能,减少养护工作,提高其使用寿命。国外大量试验路证明,一旦水进入路面结构层后,最好的办法是在沥青路面结构中设置多空隙的沥青稳定碎石排水层(ATPB),是可以使渗入结构层的自由水迅速排出,从而改善路面其他各层工作状态。同时ATPB作为应力消散层,可以有效的减少路面结构中的应力集中现象,大大延缓路面反射裂缝的产生[4]。同时利用ATPB大孔隙率(20-25%),减少车辆荷载作用下的动水压力,减少沥青路面水损害。
4. 排水设计
水是导致路面破坏的主要原因,结合本条路的实际情况,主要考虑的方案为:
4.1 完善中央分隔带防排水。
(1)采用顶管技术,提高横向排水功能。(2)通过对路面沉降调查或中央分隔带的开挖,修复中央分隔带破坏了的纵向渗沟。(3)对中央分隔带路缘石与沥青面层相接处以及波形护栏周边重点进行封水处理。(4)采用雾封层方式,将防渗剂剂雾状喷洒中央分隔带开口处,使其表面形成一个隔水层,减少水渗入路面结构内部。同时在中央分隔带两侧路缘石处,钻孔形成泄水孔,将隔水层上部的积水通过泄水孔从路表排出。
4.2 完善地下排水方案设计。
K0+000~K103+650地下水位较高的挖方路段,边沟下增设渗沟,降低地下水位;同时,对K0+000~K103+650挖方路段,路肩下设了纵向渗沟的位置,要对渗沟出水口进行检查,堵塞的要疏通。
4.3 加强路面结构内部排水。
对挖方路段浆砌片石边沟内墙或填方段路肩碎石结构层外侧排水不良路段,在路肩下增补路面结构内部边缘排水的横向泄水孔,以达到原设计间距15m一处的要求;并修复堵塞了的泄水孔;对部分泄水孔位置偏低(距沟底不到20cm),泄水孔堵后,再重做新的泄水孔。
5. 结论
(1)高速公路早期水损害的结构处治设计,要结合各路段的具体损害情况设计处治方案,既要避免对未损害路段或层位的破坏,又要保证对既有病害一次处治到位。
(2)采用开级配沥青稳定碎石ATPB-25作为下面层,能较好地起到排除路面结构内部积水和延缓半刚性基层反射裂缝的作用。
(3)加强和完善路面结构的防排水措施是解决路面早期水损害的关键。
参考文献
[1] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]. 北京:人民交通出版社,2001.
[2] 邵腊庚等. 某高速公路沥青路面破坏原因分析[Z]. 长沙:长沙理工大学,2006.10
[3] 邵腊庚等. 某高速公路沥青路面缺陷病害处治方案设计[Z],2006.10
[4] 谢洪斌,姚祖康等.沥青稳定碎石排水层材料的透水能力[J]. 中国公路学报,2000(4)
[文章编号]1006-7619(2010)09-27-884
[作者简介] 郭芳(1983-),女,汉族,湖南桃江人,硕士,湖南交通职业技术学院路桥工程系教师。顾维(1981-),男,汉族,湖南郴州人,湖南华罡交通规划设计研究院,工程师。
【关键词】沥青路面;早期水损害;ATPB
The Structure Design for Dealing the Premature Water Damage of Asphalt Pavement in a Highway
Guo Fang1,GuWei2
(1. Hunan Communication Polytechnic College Changsha Hunan 410004;2. Hunan Province Hua Gang Plan Design & Research Institute of Communication Changsha Hunan 410076)
【Abstract】According to the reasons of the premature water damage of asphalt pavement existing in one highway,proposing the maintenance program of the structure design. And Considering the general section and the large longitudinal slope section separately. In the structure design,proposing a suggestion to adopt ATPB-25 to eliminate the water inside the pavement structure.
【Key words】Asphalt pavement;Premature water damage;ATPB
沥青混凝土路面因具有力学强度高、行车平稳舒适、噪音低、施工期短、维修方便等众多优点,在高等级公路建设中越来越占主导地位。但大部分高速公路在建成通车后不久,短的几个月,长的不超过两三年,就出现了水损害现象。水损害已成为我国沥青路面严重的早期病害之一[1]。
1. 概况
某高速公路地处亚热带季风气候区,不同季节气候变化显著。原沥青面层混合料采用Superpave 沥青混合料设计方法设计,上面层为4 cm Sup - 13 ,中面层为5 cm Sup - 20 ,下面层为7 cm Sup - 25 。由于各方面的原因,通车两年来,沥青路面产生了较为严重的水损害,在雨季,维修进度已跟不上破坏速度。为全面了解该高速公路使用现状,对路面进行了全线和主要病害区段的现场调查、检测及芯样室内试验。现场调查结果表明:该高速公路沥青路面早期水损害严重,98%以上都出现在行车道,通车两年后全线行车道水损害路段占33.9%,尤其是在长大纵坡路段,水损害现象特别严重主要表现为坑槽、露骨、唧浆、网裂等(典型照片见图1~3)。
图1 芯样中面层松散图2 骨料表面油膜脱落图3 唧浆
2. 简要成因分析
通过现场调查检测发现,该高速公路沥青路面产生水损害的原因主要有:
2.1 沥青与矿料粘结力不足。在现场取芯过程中发现该沥青路面中面层松散,并且骨料表面油膜脱落十分严重。
2.2 沥青混凝土路面空隙率大。这主要是由于沥青混凝土材料配合比设计不够合理,沥青路面低温施工造成混合料压实不足等原因引起的。
2.3 路面结构排水系统不畅。经过调查检测,该高速公路中央分隔带横向排水管有将近一半堵塞,而且部分路段地下水位较高的路堑路段没有设纵向渗沟。
2.4 由于水总是往坡降大的地方渗流,所以长大纵坡的内部积水主要沿纵坡往下渗流,长大纵坡内部积水的渗流路径要比一般路段长度大,路面的内部积水时间更长。沥青面层承受较大的水平剪应力、较长的荷载作用时间以及较长时间的内部积水造成长大纵坡水损害更加严重[2]。
3. 结构设计
在处治结构设计中,按照处治一次到位,损坏到哪个层位(车道) ,就处理到哪个层位(车道) 的原则,确定各路段处治方案[3]。参考国内的处治工程实例,此高速公路的病害情况及维修工程的特点,对一般路段和长大纵坡路段处治结构分别进行考虑。各层均不再采用Superpave沥青混合料设计,主要的考虑是Superpave沥青混合料设计本身还不完善,它主要包括三个阶段设计,但后两个阶段设计(性能评价和预测)还有待完善。第一个阶段设计,在美国使用也有很大的争议。我国各地环境和交通特点,引进Superpave进行沥青混合料设计目前还处于研究阶段,修筑了一些试验路,成功和失败的例子都有,失败的例子主要体现在沥青路面水损害严重,因此本方案各层沥青混合料设计采用我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的设计方法进行。处治结构设计如表1 所示。
3.1 上面层。
从节省工程造价、便于施工和确保施工工期考虑,对于一般路段上面层推荐采用AC-13C。在长大纵坡路段,沥青上面层采用SMA-13而不采用AC-13,主要是考虑到SMA-13有较好的路用性能,特别是具有良好的抗车辙能力、结构强度及抗滑性能。考虑长大纵坡对抗滑要求较高,而且目前该高速公路采用常规的沥青混合料修补,根本无法解决水损害严重的问题。
3.2 中面层。
在处治方案中,沥青中面层均采用SBS改性沥青,针对该高速公路为山区高速公路,纵坡多,地处湿热多雨区,交通量较大、超载车多、长大纵坡多,沥青面层容易产生车辙,而中面层的最高温度虽比上面层低,但高温持续时间比上面层长,因此它也是影响沥青面层车辙大小的一个重要层次,采用改性沥青有利于提高中面层抗水损害能力。
3.3 下面层。
沥青下面层采用ATPB-25,主要的考虑是:路面结构任何一种结构处于水饱和都将导致结构强度的降低。水是损害之源,对待水的处理办法,首先是封(堵),可是现在的问题是沥青面层本身封不住水,就算是很致密的级配(SMA),也难免产生局部透水。如果水进入面层或基层,最好能排出,避免水的长期存在。如果下面层设置排水层,将积滞在路面结构内的水分迅速排除到路面和路基结构外,可以改善路面的使用性能,减少养护工作,提高其使用寿命。国外大量试验路证明,一旦水进入路面结构层后,最好的办法是在沥青路面结构中设置多空隙的沥青稳定碎石排水层(ATPB),是可以使渗入结构层的自由水迅速排出,从而改善路面其他各层工作状态。同时ATPB作为应力消散层,可以有效的减少路面结构中的应力集中现象,大大延缓路面反射裂缝的产生[4]。同时利用ATPB大孔隙率(20-25%),减少车辆荷载作用下的动水压力,减少沥青路面水损害。
4. 排水设计
水是导致路面破坏的主要原因,结合本条路的实际情况,主要考虑的方案为:
4.1 完善中央分隔带防排水。
(1)采用顶管技术,提高横向排水功能。(2)通过对路面沉降调查或中央分隔带的开挖,修复中央分隔带破坏了的纵向渗沟。(3)对中央分隔带路缘石与沥青面层相接处以及波形护栏周边重点进行封水处理。(4)采用雾封层方式,将防渗剂剂雾状喷洒中央分隔带开口处,使其表面形成一个隔水层,减少水渗入路面结构内部。同时在中央分隔带两侧路缘石处,钻孔形成泄水孔,将隔水层上部的积水通过泄水孔从路表排出。
4.2 完善地下排水方案设计。
K0+000~K103+650地下水位较高的挖方路段,边沟下增设渗沟,降低地下水位;同时,对K0+000~K103+650挖方路段,路肩下设了纵向渗沟的位置,要对渗沟出水口进行检查,堵塞的要疏通。
4.3 加强路面结构内部排水。
对挖方路段浆砌片石边沟内墙或填方段路肩碎石结构层外侧排水不良路段,在路肩下增补路面结构内部边缘排水的横向泄水孔,以达到原设计间距15m一处的要求;并修复堵塞了的泄水孔;对部分泄水孔位置偏低(距沟底不到20cm),泄水孔堵后,再重做新的泄水孔。
5. 结论
(1)高速公路早期水损害的结构处治设计,要结合各路段的具体损害情况设计处治方案,既要避免对未损害路段或层位的破坏,又要保证对既有病害一次处治到位。
(2)采用开级配沥青稳定碎石ATPB-25作为下面层,能较好地起到排除路面结构内部积水和延缓半刚性基层反射裂缝的作用。
(3)加强和完善路面结构的防排水措施是解决路面早期水损害的关键。
参考文献
[1] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]. 北京:人民交通出版社,2001.
[2] 邵腊庚等. 某高速公路沥青路面破坏原因分析[Z]. 长沙:长沙理工大学,2006.10
[3] 邵腊庚等. 某高速公路沥青路面缺陷病害处治方案设计[Z],2006.10
[4] 谢洪斌,姚祖康等.沥青稳定碎石排水层材料的透水能力[J]. 中国公路学报,2000(4)
[文章编号]1006-7619(2010)09-27-884
[作者简介] 郭芳(1983-),女,汉族,湖南桃江人,硕士,湖南交通职业技术学院路桥工程系教师。顾维(1981-),男,汉族,湖南郴州人,湖南华罡交通规划设计研究院,工程师。