路表水侵入面层内部并长期滞留在沥青层底部,在行车荷载的反复作用和动压水冲刷下,集料表面的沥青膜剥落成为自由沥青,并在水的作用下被迫向上部迁移,从而导致面层上部泛油而底部松散。
4)施工不当型:由于原因的复杂性和现象的多样性,施工不当型泛油无法归结为统一的泛油机理。常见的施工不当型泛油的原因有:骨料离析;混合料中矿料含水量超标;石油或柴油污染基层顶面;施工时改性沥青结合料易聚积在施工机械上,机械碾压过程中这些聚集的沥青从机械掉落下来,从而导致油斑现象。
2.2.1沥青路面泛油的防治
1) 空隙率过小型:该型泛油是系统性泛油现象,一旦发生,危害严重,影响范围大。预防关键是做好两方面的工作:一是国家主管部门要把好技术规范或标准关;二是国家应尽快实行行业准入制度,无资格认定的不准从事相关技术工作。
2) 压密型:压实度标准偏低或压实度不足,不仅造成车辙和压密型泛油,还造成水损害等早期破坏,影响交通安全和路面耐久性。我国新规范明确指出:沥青路面的成败与否,压实是最重要的工序,许多高速公路沥青路面发生早期损坏,多与压实不足有关,因此压实度的评定至关重要。针对原规范在压实度和压实工艺方面的不足,新规范采取了两项措施:一是将原来的压实度标准提高了1%;二是对沥青路面的压实度采取重点对碾压工艺进行过程控制,并适度钻孔抽检压实度的方法。新规范在压实度控制方面是观念上的重大转变,从原来的钻孔试件测定压实度改为以压实
工艺控制为主、钻孔检测作为抽检校核的手段,将事后检查转变为过程控制,即实行施工过程中的在线监测。
3) 动水作用型:由于大空隙率、高速行车和水的综合作用是动水作用型泛油的主要原因。因此,在混合料设计上对不同空隙率的混合料不应使用相同的粘附性标准,应根据沥青混凝土面层中各层孔隙率的不同,对沥青与集料的粘附性要求应随设计空隙率的变化而变化。混合料的空隙率越大,其内部遭受水侵蚀的影响越大,沥青与集料的粘附性要求应越高。对于孔隙率与路面水损害之间的关系,新规范认为孔隙率过大会造成“路面渗水情况严重,并造成严重的水损坏”,如“桥面沥青昆合料的空隙率过大,残余空隙率超过6%-8%,在汽车荷载作用下会产生很强的动水压力,加速铺装层的水损害破坏”。因此,“沥青混合料配合比设计时,最重要的指标莫过于空隙率”。新规范认为原规范的II型沥青混合料空隙率普遍偏大,不适用于多雨潮湿地区的路面使用。对于设计孔隙率指标,新规范结合我国实际情况,规定一个空隙率范围,以适应于不同的需要,这个范围根据公路等级、气候、交通条件不同而有所不同。
4)施工不当型:防范施工不当型泛油的关键是观念转变,重点抓施工质量过程控制,而不仅是传统的最终质量,在材料和施工工艺两个方面严把质量关。
2.3 纵向形变和裂缝 2.3.1纵向形变产生原因
1)地基的固结形变。在未填筑路堤之前,地基上没有任何荷载,地基处于平衡状态,一旦填筑路堤后地基受到外加恒载的作用(未计行车荷载),
填土路堤愈高,地基受到的外加恒载愈大。1m高的路堤让地基承受的恒载常达17kN/m2~18kN/m 2以上,外加恒载使地基原有的平衡状态遭到破坏。地基土在路堤恒载作用下逐渐产生固结形变,直到达到新的平衡状态为止。地基产生固结形变的大小,既与填土高度有关,又与地基内部各层土的性质(压缩性)有关。即使是非软土地基,在土的压缩性大的情况下,在约10m高的路堤作用下,产生的固结形变可能高达50cm以上。
2)路堤的固结形变。路堤固结形变的大小与填土高度、土的性质和压实度密切相关。通常土的性质不好,路堤产生的固结形变可能大;土的压实度不好(偏小),路堤产生的固结形变就大;路堤愈高,总的固结形变量就愈大。增加路基的压实度可以显著减少路堤的固结形变,同时增加路基的强度和稳定性。
2.3.2减少早期纵向裂缝
客观上每条高速公路都有或多或少的纵向裂缝。路堤下的地基在横向不可能是均匀一致的,路堤的压实度在横向也不可能均匀一致,因此细而短的纵向裂缝几乎是不可避免的。但是,有的高速公路路面产生纵向裂缝过多、过早,裂缝的宽度过大和长度过长,严重影响路面的使用性能和使用寿命。路线设计和路基施工都应该尽力避免产生严重的早期路面纵向形变。产生严重早期纵向裂缝有下列多种不同情况:
1)路线从局部洼地通过,路堤位于洼地内,洼地的土层上部往往土质较细。
2)路堤位于坡面上。
3)路堤边部压实度不足,其实际密实度与路堤中部的密实度有显著差异。
4)路堤外侧有挡土墙,部分高速公路路堤外侧有挡土墙。 为了预防或减轻这类纵向裂缝,可考虑或使用下述两种方案之一: 1)需要设置较深的盲沟,或将盲沟与排表面水的边沟相结合,即在边沟下再设置盲沟,并将盲沟中的水设法引出到附近的河沟中。在无天然河沟的情况下,也可以在路堤附近设置一个集水蒸发池。这些预防措施宜尽早实施,愈早实施,愈有利。
2)靠近挡土墙的路堤宽度内选用小型压实设备(如小型振动压路机,爆破夯等)进行压实。同时要显著减薄压实层的厚度,尽可能达到要求的压实度。在条件许可的情况下,在此宽度内采用砂砾、砂或石屑等透水性较大的材料。
3)在上述宽度内,用二灰、二灰土、石灰土或水泥土分层填筑和分层压实。这些材料的强度不需要符合用做底基层时的强度标准,要求可以低得多。
2.4 优质基层
十多年的我国高速公路的使用经验表明,半刚性基层的设计通常没有明显的问题或不足。从设计厚度看,特别是近10年来往 往具有较大安全储备,或者说一些高速公路的半刚性基层设计成两层,通常是过厚的。在材料设计上唯一不足的是,有些高速公路设计文件中没有针对本路的具体交通条件,对所采用的半刚性基层提出具体的强度要求,而是笼统照抄《公
路路面基层施工技术规范》(JTJ034)中针对多种不同交通状况规定的强度范围。
上述设计上的不足,一般不会导致路面早期破坏,在某种情况下可能影响路面的长期使用性能和使用寿命。因此,由基层质量不好引起的多种沥青路面早期损坏,通常是由基层施工质量不好或基层施工管理不善和控制不严引起的。以下就基层施工中值得注意的几个问题简述如下:
2.4.1基层材料
1)集料的最大粒径。《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034)中规定用作高等级公路路面基层的集料的最大粒径为31.5mm,大于26.5mm的颗粒最多可达10%。
2)集料级配。集料级配对混合料,特别是水泥混合料的强度有显著影响。例如,对于级配不好的缺细集料的天然砂砾,要用7%~8%水泥稳定才能达到规定的强度。而添加部分细集料使其达到最佳级配后,只要用4%~5%水泥稳定就可以达到要求的强度。水泥稳定最佳级配砂砾的强度比稳定天然砂砾的强度高50%~100%。为了满足冻融试验的要求,最佳级配砂砾只要用2%水泥,而天然砂砾要用5%~6%水泥。
2.4.2半刚性材料拌和厂
拌和厂的任务是根据室内确定的各种不同粒级矿料的配合比,特别是规定的级配范围、结合料剂量和最佳含水量拌制均匀的混合料。通常实际拌和时的含水量较最佳含水量大1%~2%左右,以弥补混合料在运输和摊铺过程中的水分损失,使碾压时混合料的含水量在最佳含水量与最佳含水量加