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如何预防高速公路沥青路面出现水损害

建筑天下| http://www.667e.com |08-31 14:22:15| 综合辅导|人气:507

如何预防高速公路沥青路面出现水损害,岩土工程师考试真题,岩土工程师考试试题, 1 前言 

  近年来,由于交通量的不断增长,重车增多,大型货车超载严重和渠化行车的作用,给路面带来了明显的早期破坏逐渐增多。沥青路面研究有关的课题也集中在车辙、低温开裂和疲劳开裂这三大破坏形式上。近年来,另外两种破坏形式:水损害和反射裂缝也逐渐引起人们的注意,也已形成世界性范围的问题。我国在这方面的研究还很少,还没有引起人们足够的重视。直至最近,一些高等级公路发生了较为严重的水损害问题,也到了重视水损害问题的时候了。沈阳至山海关高速公路自2000年l0月通车,2001年有些路段出现了水损害现象,开始出现少量唧浆,并拌有轻微沉陷。随着时间的推移,特别是长期下雨后,路面的唧浆愈来愈多,并出现轮迹处路面向两边推挤而隆起,轮迹处继续沉陷,再发展,靠近轮迹的隆起部分破损,很快就出现松散、坑洞。松散的集料表面光溜溜的,沥青膜已剥落贻尽。这是典型水损害现象。 

  在我国南方多雨地区,水侵入路面结构内部的机会较多,行车造成的动水压力和抽吸力会使沥青薄膜剥落,并导致路面产生严重的水损害。北方冰冻地区,虽然降雨量小,但冻胀和翻浆同样会对路面造成严重破坏。特别在冬春季节,降雪和降水频繁,水渗入路面结构层内部后,夜间结冻,第二天白天化冻,夜间又结冻。这种连续的冻融循环不断加剧路面的破坏。因此,采取有效措施减轻并彻底解决水损害现象,是当前高速公路沥青路面早期病害研究所面临的主要问题。 

  2 水损害的原因 

  沥青路面的水损害是沥青路面存在水分的条件下,经受荷载和温度的反复作用,使沥青膜逐渐从集料表面剥离,并导致集料之问的粘结力丧失,而发生路面逐渐出现麻面、松散、坑槽等病害。这些损坏有以下特点: 

  (1)破坏发生在雨季,有时一场大雨就导致严重破坏。 

  (2)破坏之前一般先有小块的网裂,出现唧浆,然后松散形成坑槽。 

  (3)发生水损害的地方一般是透水或排水不畅通的部位,挖开可以看见下面有积水或浮浆。 

  (4)行车道破坏比较严重,超车道一般没有破坏,这与交通量、重载和超载交通有关。 

  (5)一般不会整个路面同时破坏,这显然是由于沥青混合料的离析造成粗集料集中,形成局部区域空隙率过大,使路面渗水。 

  沥青路面产生水损害现象既有内因也有外因。外因主要与降水量、交通量、交通组成和行车速度有关。通常降水量大的多雨潮湿地区,水损害现象较为严重。交通量大,超载车辆多,并且行车速度快的高速公路水损害现象非常突出。水损害的内因首先是由于沥青混凝土的空隙率较大以及压实度偏小,现场实际空隙率大,由于混凝土不均匀造成的局部空隙率更大。另外,沥青与碎石的粘结力不足也是重要原因。还有,路面设计时未考虑路面结构层排水,没有设置有效的防水层,不能很好的阻止水侵入结构内部,对于进入内部的水又不能很快的排出,这样就为水损害的形成提供了有利条件。 

  对于采用密实的I型级配路面结构,由于空隙率很小,理论上是不应该产生明显的水损害现象,但实际却不是这样。在调查分析中可以发现,水损害经常是一个个孤立的随机分布的小坑洞,有的路段数量较多,有的路段数量较少。事实上,铺成的沥青混凝土常是不均匀的。水损害常发生在沥青混凝土层空隙率较大和自由水容易透人的位置。当结构层不均匀性愈大时,空隙率较大的位置愈多,水损害现象也就愈严重。导致沥青混凝土不均匀性大的主要原因包括:矿料颗粒组成的变化,沥青混合料拌和不均匀(拌和时间不足),现场沥青混合料离析,沥青混合料温度不一致(摊铺机后面不同位置沥青混合料的实际温度常有明显差别,甚至高达40℃左右)。可见,沥青混凝土的不均匀性是造成密实的I型级配路面产生水损害的原因。

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  3 水损害的预防 

  调查表明,造成沥青路面水损害破坏的非常复杂,可以归结为沥青混合料空隙率过大、压实度不足、路面渗水、路面厚度偏薄、沥青混合料抗水损害能力不足、排水设施不完善等。水损害的预防和治理是一项非常复杂的工作,它涉及到材料的级配,结构层的设计,施工的工艺水平以及通车后的长期养护。因此,必须从设计、施工和养护三方面综合考虑采取多种措施,才能有效预防水损害现象的产生。具体 

  (1)应该考虑如何使水不容易侵人路面结构层。例如,防止中央分隔带植草植树后水侵人路面,有的高速公路将中央分隔带封闭后,在其上摆大盆栽树是一种值得提倡的措施;防止凸型中央分隔带两侧缘石与面层沥青混凝土连接处粘结不好而透水,如京津唐高速公路那样不作凸型中央分隔带并取消路缘石,消除水透人面层的这一途径。此外,当出现纵向和横向裂缝时应该及时封闭,防止水沿裂缝侵人结构层。为较好的防止水侵人,可以使面层的各层都采用空隙率不大于5% 的密实沥青混凝土。实践表明,沥青面层中那一层空隙率大,一旦水进人,那一层就会产生水损害。某高速公路沥青面层的表层和中层都是密实的I型沥青混凝土,但底面层是空隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土,开放交通不久,在某些路段上产生了早期纵向裂缝。雨水从纵向裂缝进人并滞留在底面层,使沥青混凝土的强度显着减弱。虽然初期沥青面层尚未产生其他明显的水损害现象,但随着开放交通时间增长,路面逐渐产生了网裂等表面破损。因此,在保证面层混合料高温稳定性、低温抗裂性和抗滑性的基础上,应该尽量减小各层混合料的空隙率,最好全部面层结构都采用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土。 

  (2)应该提高沥青与矿料的粘结力。当水进人沥青混合料后,在快速重载车辆作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青剥落,改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性,需要增强沥青与矿料的粘结力。有关研究建议,为加强粘结力应该保证中面层和底面层的粘结力不小于4级,表面层的粘结力不小于5级。 

  (3)应该提高混合料压实标准,沥青混凝土的压实度不仅对沥青混凝土的物理力学性质有着重要的影响,而且是决定现场空隙率的主要因素。对于配合比设计空隙率为4% 的同一种沥青混凝土,在不同压实度下的现场空隙率有明显差别。在压实度为96%时,现场空隙率接近8% ;在压实度为98%时,现场空隙率接近6% ,前者的渗透系数明显大于后者。所以在实际施工中,要严格保证压实度达到设计标准,表面层压实度不小于98% ,中面层和底面层不小于97% 。 

  (4)应该在路面结构层中设置排水层和防水层。从我国沥青路面的早期破坏来看,往往表面水还没有渗透到中面层或下面层,表面层或中面层就已经开始破坏。鉴于当前我国高速公路建设中,很多人担心沥青面层薄了容易破坏,愿意用厚的沥青面层。在这种情况下,为了防止水渗人到面层下部造成破坏,可考虑将防水层设在表面层下面。同时,应该在基层顶面设置多孔隙沥青混合料排水层,使水能尽快排出路面结构层。 

  4 小结 

  (1)沥青混合料和沥青路面施工质量及一些外部因素可能会导致沥青路面剥落,主要是:路面排水系统不健全,路面压实度不足,混合料离析以及集料表面粉尘太多等。 

  (2)现行沥青路面施工技术规范关于水损害的三个指标,即粘附性大于4级强度、浸水马歇尔稳定度大于80% ,以及简化洛特曼法间接抗拉强度比TSRI≥70% ,存在一些缺陷,还控制不了水损害。 

  (3)AASHTO T283利用空隙率为7% 的试件来进行试验,模拟施工好的路面空隙率,更为科学合理,真空饱水条件更为严密,加上冻融循环,适合作为南方多雨有冰冻地区抗水损害的指标。(4)添加抗剥落剂能改善和提高沥青混合料抗水损害能力,但抗剥落剂(液体和石灰添加剂)对集料和沥青有选择性。因此,不能轻易得出某种抗剥落剂不好或是劣质产品的结论,应通过周密的试验设计来进行筛选。石灰是一种很有效的抗剥落剂,但使用比较困难。 

  (5)即使通过了AASHTO T283的TSR≥80%的要求,也只表明这种混合料水损害潜在的危险较小,还要有健全的排水系统、通过良好的压实等其它措施来保证。

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