半刚性基层浅析
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半刚性基层路面的病害及其分析摘要:本文通过对现今我国沥青路面主要使用的半刚性基层的分析,讨论了半刚性基层沥青路面存在的病害,主要是其裂缝形式,分析了裂缝的形成机理,并提出了预防裂缝产生的措施。
关键词:半刚性基层沥青路面裂缝形式形成机理预防措施1 引言随着我国经济的迅速发展,高等级公路的里程不断增加。
为适应高等级公路重交通、重载对道路的要求,以无机结合料稳定粒料(土)类为基层,沥青混凝土为面层的半刚性路面被大量用于高等级公路路面。
半刚性路面具有两个较明显的特点,其一是:具有较高的强度和承载能力。
其二是:半刚性基层刚度大,从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力。
然而,由于半刚性基层性脆,抗变形能力差,在温度或湿度状况变化时及在荷载作用下易产生开裂,这种裂缝往往要扩展到面层,随着道路使用期限的延长,路面裂缝仍然在不断增加和发展。
通过对国内已建成的高速公路使用调查表明,半刚性沥青路面裂缝问题日益突出,并已成为该结构的主要缺陷。
2半刚性基层沥青路面结构破坏模式2.1材料特点目前国内较多采用的水泥稳定碎石及石灰、粉煤灰稳定碎石二种半刚性基层,具有承载力大、刚度大、模量高、板体性强、弯沉小而且投资经济,缺点在于这种材料变形小,特别是温缩、干缩变形大,易开裂,属于脆性材料。
2.2半刚性基层路面的破坏模式由于半刚性基层材料温缩和干缩特性,以及材料本身的脆性,裂缝的产生不可避免。
裂缝的存在导致三种结果:首先当车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时,形成突变,并在裂缝处产生较大应力集中,表现为面层在裂缝处的上下剪切和层底弯拉,这些应力,加之温度应力的综合、反复作用,最终导致面层疲劳破坏而产生反射裂缝;其二,水沿裂缝渗入路面结构内,在行车荷载作用下,对基层、底基层、路基形成水力冲刷,将材料中的细料挤出,材料松散并形成坑槽,半刚性基层失去板体性,弯沉迅速增大,最终导致结构破损;第三,界面上水的存在改变了界面接触条件,于是结构不再连续,界面成为半连续甚至光滑接触模式,这种情况使得路面的受力状态变得十分不利,沥青层底有可能出现超过极限拉应力,导致沥青面层开裂,承载力降低,产生车辙等病害,成为导致路面破坏的又一原因。
半刚性基层沥青混凝土路面早期横向裂缝成因浅析摘要:公路建设中采用的半刚性基层沥青路面的早期横向裂缝问题广泛存在。
在国、省道建设中广泛采用了水泥碎石、水泥粉煤灰碎石等半刚性基层,取得了良好的社会效益和经济效益,而且施工技术日趋完善。
但是,随之而来的早期横向裂缝问题逐渐严重起来,笔者从不同角度对裂缝形成的因素进行了分析。
关键词:半刚性基层;横向裂缝;成因;分析1、概述1.1相关概念众所周知,采用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体并具有一定抗弯强度的基层称为半刚性基层。
横向裂缝是指垂直于路线方向的裂缝,而早期横向裂缝,是指在工程竣工前和竣工一年以内,主要由非荷载原因造成的横向裂缝。
1.2早期横向裂缝成因归纳对于早期横向裂缝产生的原因,各方面已进行了一定程度的研究,归纳起来主要归因于施工和养护过程中没有严格按照规范要求实施,例如没有严格按照配合比施工,养护中没有及时的保水养生等问题。
制定的防治措施也主要是集中在对施工质量的控制上。
但是一些施工管理严格,养护到位的工程也出现了一定数量的早期横向裂缝,这说明早期横向裂缝的产生不能仅仅从施工方面寻找原因。
2早期横向裂缝的理论分析2.1沥青面层温度收缩裂缝沥青面层温度收缩裂缝从上向下开展,沥青混合料铺设在基层上面且与基层粘附在一起。
当面层的温度随外界气温降低时,路面材料就会相应地产生收缩变形和收缩应力。
如果由此产生的内部拉应力超过沥青混凝土本身的极限抗拉强度时,沥青混凝土就被拉裂。
特别是沥青路面一般在一年中最热的季节施工,在冬季来临以后,其全年温差达到50℃以上。
这种拉裂主要是由于作为胶结材料的沥青的低温性能不好,延度较低,导致沥青混合料的低温抗裂性能较差,从而引起的开裂。
对于一定厚度的路面在低温作用下一般其表面温度比底面温度低,而形成温度梯度差因此,在某一气温条件下,路面上部与下部会产生较大的差动收缩应力,当上部拉应力达到或者超过沥青混凝土的极限抗拉应力时,即产生裂缝,然后逐渐向下扩展。
浅谈半刚性基层路面反射裂缝的预防措施浅谈半刚性基层路面反射裂缝的预防措施摘要:由于半刚性基层自身的缺陷,导致半刚性基层沥青路面易出现反射裂缝,本文主要分析了半刚性基层防止反射裂缝产生的预防措施。
关键词:半刚性基层;反射裂缝;预防措施1引言我国高等级公路多采用半刚性基层。
半刚性基层在养生及使用过程中,容易产生干缩和温缩裂缝。
在行车荷载及温度应力的作用下,裂缝尖端的应力、应变高度集中,从而形成反射裂缝。
反射裂缝不仅降低了路面强度,而且提供了雨水进入路面的通道,造成面层局部破碎、层底脱空、唧浆等病害。
反射裂缝已成为影响我国高等级公路沥青路面使用寿命的主要病害之一。
本文主要介绍了半刚性基层的主要的预防措施。
2反射裂缝的预防措施目前国内外对减少半刚性路面裂缝的主要思路是:①使用防裂效果更好的面层或基层材料。
②通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝。
③从结构本身入手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝。
在沥青面层和半刚性基层之间设置一层弹性模量低,韧性好的材料作为应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝,目前这种方法是国内外工程实践中用得较多的一项工程措施。
针对半刚性基层沥青路面反射裂缝具体采取的措施有以下几种。
2.l增加沥青面层的厚度通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝,国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15~25cm。
增加加铺层厚度,一方面可以减少旧面层的温度变化,并降低加铺层的拉应力,另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度,降低接缝处的弯沉差,减少加铺层的剪切应力。
同时,可以延长其疲劳断裂寿命。
但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有其弊端,一方面增加加铺层厚度可能会受到路面标高的限制,另一方面增加加铺层厚度,必将大幅度增加路面造价;而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙,同时会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势,故而这一方法有很大的局限性。
2.2进行半刚性材料的合理组成设计通过进行半刚性基层材料的合理设计,如:调整结合料用量与比例,增加粗骨料含量并严格设计级配,以尽可能的减小其温缩和干缩系数,增加半刚性基层。
浅谈半刚性基层施工常见问题及控制摘要:讨论基层材料的选择,工地实验室的正确性,拌合站的操作和混合料摊铺的基本要求,可防止由于半刚性基层质量不好而引起的路面早期破坏现象。
关键词:基层材料室内试验施工注意事项Abstract: This paper discusses the choice of materials, the correctness of the laboratory construction site. It would stand operation and the mixture paving the basic demand, which can prevent road early destruction phenomenon because semi-rigid base quality is bad.Key Words: basic materials, indoor test, construction, points for attention 中图分类号:TU513 文献标识码:B文章编号:2095-2104(2011)12-0000--02由于半刚性基层具有许多优点,在我国已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。
然而,沥青路面的多种早期破坏现象,导致半刚性基层或底基层在某种情况下可能直接影响路面长期使用的性能和寿命。
所以,探讨半刚性基层施工质量和控制具有重要意义。
一、施工中基层材料的选择(一)选择集料的最大粒径按照JTJ034-2000规范规定:高等级公路路面基层集料的最在粒径为31.5mm,大于26.5 mm颗粒含量不超过10%。
如:集料最大粒径过大,对拌和机、摊铺机的磨损就大,同时影响基层的平整度和表面的均匀性。
集料粒径越大,基层表面的离析就愈严重,摊铺层的平整度也很难达到规定要求。
因此在实际工作中,高等级道路的路面基层材料应尽可能减小最大粒径的集料。
(二)集料的级配集料的级配对混合料,特别是水泥混合料的强度和耐久性有显著影响。
半刚性基层裂缝成因分析及防治措施半刚性基层作为沥青路面结构的主要承重层,在目前高速公路及高等级路面中普遍应用。
而半刚性基层的裂缝成为沥青路面早期破坏的主要原因,因此分析半刚性基层开裂原因及寻求有效防治措施十分必要。
标签:半刚性基层收缩裂缝成因分析防治措施半刚性基层具有结构强度高、稳定性好、刚度大、荷载分布均匀、水稳性可靠及施工成本低等优点,因此,广泛用于修建高等级路面的基层。
但半刚性基层沥青路面最大的缺陷之一,是随温度和湿度的变化容易产生收缩裂缝,然后自基层向上扩展到沥青表面形成反射裂缝。
反射裂缝是由于受拉疲劳、受拉屈服与剪切屈服单独或联合作用的结果。
在荷载作用特别是重车的反复作用下,使沥青结构层产生拉应力超过材料的疲劳强度,底面先裂并逐渐向上扩展到路表面,当行车通过时,基层裂缝两端之间产生竖向位移,在面层中引起面层剪切搓动和剪切疲劳破坏而导致开裂,随着大面积的使用,人们逐渐发现半刚性基层在强度形成过程中及运营期间容易产生干缩和温缩裂缝进而使沥青面层过早开裂,并引起路面早期破坏。
1 实例分析某路面工程,水稳碎石基层设计厚度20cm,设计强度3.0MPa(7d无侧限抗压强度),水泥计量4.0%,摊铺机摊铺,重型振动压路机+大吨位胶轮压路机组合碾压。
当天施工温度为16~20℃,采用薄膜养生;一周后施工透层和改性乳化沥青稀浆封层,封层厚5mm,做渗水试验,满足规范要求;二周后温度下降10℃,低温天气持续一个星期。
裂缝调查:1道/30米(封层施工前),1道/20米(封层施工两周后),所有裂缝均为横向裂缝。
相关参数如下表:■上述实例表明:水稳碎石基层在施工后一周内已出现了收缩裂缝,主要表现形式是基层顶面出现规则的横向裂缝;封层施工后,随着气温骤降,裂缝数量增多,并继续发展,已反射到封层上。
2 半刚性基层裂缝成因机理分析半刚性基层形成裂缝的直接原因是:材料收缩产生收缩应力,当收缩应力大于材料的抗拉强度时出现裂缝。
浅探半刚性材料在我国电厂道路基层中的应用摘要:本文分析电厂道路基层常用的水泥稳定类、石灰稳定类、石灰工业废渣稳定类及综合稳定类等四种半刚性材料的各自路用性能特点,探讨其在力学刚度强度指标、收缩性能、稳定性能、经济性能及工程因素上等四个方面的路用性能特点的差异,指出半刚性路基的材料需根据道路所在地区的气候、地质、地材等当地条件选定,并结合典型电厂道路基层设计实例予以说明。
关键词:半刚性材料;基层;路用性能;电厂道路。
1.半刚性基层概述1.1半刚性基层的研究背景及目的随着我过车载质量和轴载的增加并且重车比例明显提高,以往使用的路面材料和基层材料不能适应新的交通状况,许多路面发生了严重的早期损坏现象,严重影响了道路的使用质量和使用寿命。
在我国的公路建设中,半刚性材料以其较高的强度,较低的造价和广泛的原材料来源,被大量地应用于各地的各等级公路之路面基层中。
这种半刚性材料包括水泥稳定类、石灰稳定类、石灰稳定工业废渣和综合稳定类。
虽然半刚性材料已成为我国路面结构中常用的基层或底基层材料,但是目前设计规范中只单纯强调半刚性基层的抗压强度和粒径等要求,而忽视了各地区气候、地质、地材等的差异性对半刚性基层路用性能特点选材要求的不同,已建成的许多道路仍旧出现了早期损坏、不同程度的裂缝、稳定性不足、冲刷唧浆等问题。
因此,如何根据不同地区气候、地质、地材等条件的不同,选择合适路用性能特点的半刚性材料作为道路基层材料,是本文研究的主要目的。
1.2半刚性基层概念界定在《道路工程术语标准》中,半刚性基层【semi-rigid type base】指的是用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体并具有一定抗弯强度的基层。
在《公路沥青路面设计规范》中,半刚性基层【semi-rigid base】指的是采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。
本文研究的半刚性基层是以水泥、石灰等无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的能结成板体并具有一定抗压强度的基层,根据无机结合料的不同,半刚性基层大致可分为水泥稳定类、石灰稳定类、石灰稳定工业废渣和综合稳定类等四种类型。
江苏省半刚性基层沥青路面使用性能调查与分析[摘要]我国高速公路绝大多数采用半刚性基层沥青路面的结构形式,由于沥青路面工程的复杂性、多变性及早期设计不成熟和施工质量控制等种种原因,建成通车后,由于交通量的迅速增加和货车严重超载等问题,高速公路路面在服役一段时间后会出现不同程度的损坏,其中以路面车辙和横向裂缝为主要地破损形式。
设计、施工和运营各个环节都会影响路面使用性能,并且大部分因素都具有不确定性,所以关于半刚性基层沥青路面的使用性能需要进行长期的调查与分析。
江苏省高速公路同样以半刚性基层沥青路面为主,且结构类型单一。
本文主要介绍半刚性基层沥青路面的结构特点,针对江苏省宁沪高速公路、沿江高速公路和镇溧高速公路进行了观测分析,并提出了半刚性沥青路面的养护防治措施。
[关键词]高速公路;半刚性基层;沥青路面;路面病害;路面养护作者简介:代明(1986年07月),男,汉族,江苏省徐州市睢宁县人,工程师。
引言随着国民经济的迅速发展,我国高速公路在20世纪80年代后得到了迅猛地发展,截至2021年底,全国高速公路总里程已经突破16万公里。
随着高速公路的总里程数和使用年限不断增长,我国高速公路的建设已从快速建设阶段向养护管理阶段转型过渡,路面养护工程的占比也逐步增大。
因半刚性基层具有整体强度高、稳定性好、板体性强等优点[1],其被广泛应用于高等级公路沥青路面的基层或底基层,且在未来一段时间内半刚性基层沥青路面仍将是我国高速公路的主要路面结构形式。
我国早期主要以高速公路建设为主,忽视了养护技术的发展与研究,随着我国高速公路使用年限的延长和交通流量的增加,高速公路的病害发展速度也随之增加,高速公路将进入养护的“高峰期”,且对高速公路技术状况的检测、诊断、养护等技术的需求将不断増大[2]。
江苏省是我国的经济大省,境内交通运输系统发达,高速公路网已经基本建成,并江苏省高速公路已经逐步从“建养并重”跨入“以养为主”的时代[3]。
浅谈半刚性基层沥青路面的反射裂缝的成因和防治措施发布时间:2021-06-28T04:09:38.131Z 来源:《防护工程》2021年6期作者:宋益[导读] 半刚性基层的沥青路面是现阶段我国高等级公路所采用的最广泛的路面形式。
该种路面结构形式中会不可避免的产生反射裂缝。
本文通过对反射裂缝的成因进行分析,提出一系列防治措施,可为该种路面结构设计提供借鉴。
宋益重庆交通大学土木工程学院重庆 400047摘要:半刚性基层的沥青路面是现阶段我国高等级公路所采用的最广泛的路面形式。
该种路面结构形式中会不可避免的产生反射裂缝。
本文通过对反射裂缝的成因进行分析,提出一系列防治措施,可为该种路面结构设计提供借鉴。
关键词:半刚性基层沥青路面;反射裂缝;防治措施1 引言近年来,我国经济不断发展腾飞,不断实现我国走向现代化的阶段性目标。
而且高速公路作为一个国家走向现代化的重要标志,大力发展高速公路是实现现代化的重要手段。
半刚性基层路面由于其一众优点被广泛应用于我国高等级公路的路面结构设计中,其中沥青路面是由于其表面平整、易于连续施工且养护维修方便等特点被广泛应用为我国高等级公路的面层结构。
但是这两种结构组合形成的路面结构容易产生一种自基层往上延伸的“连锁裂缝”——反射裂缝。
其产生的基本原因为半刚性基层在运营过程容易产生收缩裂缝,由此破坏了基层的传力性和层间的连续性。
2 反射裂缝的类型及产生原因反射裂缝从其裂缝扩展路径上可分为反射裂缝和对应裂缝两种。
其中,对应缝隙是沥青路面结构由于基层(或老路面)开裂促成较厚的沥青面层(或罩面层)由顶面到底面产生的裂缝。
从反射裂缝形成原因上又将其分为两类:即荷载型反射裂缝和非荷载型反射裂缝。
其中非荷载型反射裂缝又包括温度裂缝、干缩裂缝、材料不合格或者沥青面层过薄所产生的裂缝等。
荷载型反射裂缝:荷载型反射裂缝是在车辆荷载作用下形成的,参考相关文献[1-3],荷载对反射裂缝的作用的整个过程分为了三个阶段:当车轮荷载在经过基层裂缝所对应的面层区域时,整个由荷载对面层的应力影响线可由图看出:①当车轮荷载还未经过裂缝,只是在其一侧时,此时在沥青面层中会产生比较大的剪应力;②当车轮荷载正处于裂缝顶面正对的顶面时,沥青面层中产生的弯拉应力是主要的应力。
试析半刚性基层路面铺筑施工技术摘要:半刚性基层路面的铺筑施工中,其难度大、流程多,对施工技术有着更高的要求。
基于此,本文将通过具体的案例,阐述半刚性基层路面铺筑施工准备、材料拌和、摊铺与压实等环节的具体内容,旨在能够提高施工质量,为相关工程施工提供参考。
关键词:半刚性基层路面;铺筑施工;材料拌和;摊铺压实前言:半刚性基层路面具有承载力强、工艺易控、经济性好等优势。
目前,在大多数的公路施工之中,已经广泛应用半刚性基层路面铺筑施工技术,涉及水泥混凝土路面、沥青路面等不同的路面施工。
但是,由于半刚性材料的收缩特性较强,导致在路面投运以后,常常会发生裂缝等问题,影响道路的稳定性。
所以,在半刚性基层路面的施工中,需要通过合理的技术对质量进行控制,避免发生的裂缝等问题。
一、工程施工概况在某公路路段的施工中,其依据工程改造合同的内容,该路段主线的基层结构中,为厚度20cm的水泥碎石,总长度为4.547km,均使用摊铺机进行施工。
在采用半刚性基层路面基层施工工艺的过程中,可以将其概括为:一重点、三区段、八流程。
其中,一重点为配合比;三区段包括摊铺区、压实区、整形区;八流程则是公路施工的流程:施工准备→施工放样→拌和→运输→摊铺整平→碾压→整形封面→洒水养生。
受本文篇幅的限制,本文将对半刚性基层路面基层施工的重点环节进行分析,强化路面施工质量。
二、半刚性基层路面铺筑施工准备在半刚性基层路面基层施工中,其施工准备环节中的工作内容包括:(1)材料。
采用32.5级别的散装缓凝水泥,保证初凝时间为3h,终凝时间大于6h,禁止使用其他强度、规格的水泥。
另外,将碎石的粒径控制在31.5mm以下,集料压碎的程度则小于30%,其中不能含有具有塑性指数的土。
对于施工用水而言,其中不能任何有害物质,保证水的质量,践行《公路工程水质分析操作规程》的内容。
(2)设备。
在半刚性基层路面基层施工中,需要准备设备包括拌和站、摊铺机、装置机、洒水车、压路机与各种配件,同时对其进行全面保养、检修以及试用,避免基层路面的铺筑施工环节中,发生任何故障而影响质量。
半刚性基层施工常见问题及对策探究摘要:现在的道路一般都是采用无机结合型的材料做基层,水泥稳定类半刚性基层应用较为广泛,但是在实际应用中裂缝问题较为严重,下面主要分析了半刚性基层裂缝问题及施工处理对策。
关键词:半刚性;基层;施工引言半刚性基层介于柔性基层与刚性基层之间,但半刚性基层与柔性沥青混合料面层模量差别较大,易形成反射裂缝,透水性差。
半刚性材料具有强度高、承载力大、水稳性好、板体性强等特点,原材料容易取得,但也存在着抗裂性不足、抗冲刷能力不足等缺点。
常见的半刚性基层有水泥稳定类基层、石灰稳定类基层。
半刚性基层材料的强度获得不仅要靠一定剂量的结合料,更要有良好级配的集料。
随着经济的快速发展,我国公路建设也突飞猛进,通车里程及质量均有了很大提高,同时汽车工业的发展更是前所未有,为适应大型车辆、重型车辆对公路的要求,提高公路的使用质量和使用寿命,我国在高等级公路上大部分采用水泥稳定类半刚性材料为基层,面层采用沥青混凝土路面,这种材料具有强度高、承载力大等特点,但通过使用,逐步发现水泥稳定类半刚性基层沥青路面也存在一些破坏的问题。
1水泥稳定类半刚性基层裂缝分析1.1基层强度不足引起的裂缝在车轮荷载作用下,水泥稳定类半刚性基层材料的抗拉强度如果低于车轮荷载引起的强度,那么,半刚性基层的底部就会很快开裂。
在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝会逐渐扩展到上部,并导致沥青面层也产生开裂。
但是,水泥稳定粒料类半刚性基层的强度较高,结构层厚度也可以满足要求,因此,由于水泥稳定类半刚性基层强度不足或疲劳引起的基层开裂情况是比较少见的。
但是,水泥稳定类半刚性基层中,如果路基的弯沉达不到要求或路基填土过高,也会引起路沉陷,从而导致基层开裂或下沉,最终引起路面破坏。
1.2温缩因素引起的裂缝沥青面层下的半刚性基层如果出现开裂,并且有垂直位移和水平位移,那么就会导致反射裂缝。
垂直位移指的是行车荷载引起的路面结构在裂缝处的差动位移;水平位移指的是温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。
半刚性基层裂缝成因分析及对策摘要:半刚性基层由于具有强度高、承载力大、良好的抗疲劳性能和抗冲刷性等优点,已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。
据统计,我国90%以上的高等级公路沥青路面基层及底基层都是采用半刚性材料。
但半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低、脆性大,在温度或湿度变化时易产生开裂,形成路面反射裂缝,这已成为高速公路沥青路面早期损坏的重要原因之一。
考虑到我国作为水泥生产大国,原材料来源广泛且价格低廉,水泥胶结类材料在今后很长一段时间内仍将作为主要的道路建筑材料,因此对半刚性基层裂缝成因进行研究并探索一种新型基层混合料类型以最大程度的限制裂缝成为了公路行业亟待解决的问题。
本文从半刚性基层产生裂缝的原因及对策开始分析,水道渠成的道出了骨架密实型水泥稳定碎石混合料诞生的背景及理论支持。
关键词:半刚性基层裂缝干缩温缩对策骨架密实型一、半刚性基层裂缝形式半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样,但形成的主要原因可以分为两大类,即荷载型结构性破坏裂缝和非荷载型裂缝。
荷载型结构性破坏裂缝是由汽车动态荷载产生的垂直或水平应力,在基层内部产生超过材料的容许抗拉极限应力的拉应力所造成;非荷载型裂缝则是环境作用的结果,主要是湿度和温度的影响,由干缩、温缩和疲劳作用导致,个别情况下也可能是由于路基不均匀沉陷造成。
此外,在冰冻地区的沥青路面上,还可能发现由路基冻胀引起的裂缝。
对于半刚性基层,裂缝往往不是由交通荷载作用引起的。
由于水分蒸发及温度变化的影响,很容易产生裂纹,在半刚性基层承受荷载之前,就已经存在大量的微细裂纹和孔洞。
因此,实际上它是在带有裂纹的状态下承受交通荷载作用的,半刚性基层的干缩和温缩是引起裂缝的“罪魁祸首”。
二、干缩裂缝和温缩裂缝的成因了解裂缝的成因才能“对症下药”,从根本上限制半刚性基层的裂缝。
(一)干缩裂缝干缩裂缝是指半刚性基层在干燥空气中硬化时,随着水分减少体积收缩变形而产生的较为均匀的裂缝。
半刚性基层沥青路面开裂问题的分析与解决措施摘要:半刚性基层沥青路面抗变形能力较差,易出现裂缝。
本文就几种常见的病害问题的出现及原因进行了分析,主要针对半刚性基层沥青路面的开裂问题进行了探讨。
关键词:沥青路面;半刚性基层;病害成因;防治措施半刚性基层沥青路面在交通荷载的反复作用下,裂缝会扩展到沥青面层而形成反射裂缝,结果可能会导致路面强度明显降低,在大量行车荷载反复作用下,产生冲刷和喷浆现象。
这种现象会导致这些裂缝两侧的沥青面层碎裂,从而破坏路基的强度和稳定性,影响沥青路面的使用性能,导致路面过早地破坏。
因此,有必要采取切实有效的技术措施防治或延缓沥青路面开裂和反射裂缝的产生,并对已发生的裂缝进行处治,使半刚性基层沥青路面在技术上更合理、经济上更有效,以适应我国城市道路事业迅速发展的需要。
1.半刚性基层沥青路面损坏原因目前,我国修建的沥青路面通常采用的结构组合设计是强基薄面。
但由于各地的施工水平不同及环境温度变化和水损害等因素的影响,导致半刚性基层沥青路面出现很多病害问题,致使其承载能力下降。
总体来说,出现的病害问题分为:结构性破坏和非结构性破坏。
其中结构性破坏分为翻浆、龟裂和结构性辙槽。
非结构性破坏分为裂缝和变形。
1.1龟裂龟裂现象一般表现为路面被一些相互小错的小裂缝分割成外表似龟纹小块,这些裂缝的宽度一般在3mm以上10cm以内。
龟裂可以总结为局部网裂的延续,当路面由于整体强度不足而在大负荷行车的情况下出现疲劳裂缝时,这些裂缝并未得到及时护养,在雨天行车时,路面上高速行驶的轮胎会产生很强的“泵吸”作用,雨水渗入基层而导致其材料损失,长此以往,逐渐使裂缝加剧,最终形成了龟裂。
1.2车辙半刚性基层路面的沥青混合料属于弹塑性材料,当路面的荷载较高,气候温度较高时,两者的共同作用会致使沥青路面在沿车轮轨迹的方向产生变形,即纵向带状的辙槽,称为车辙。
由于沥青材料的特殊性,使得车辙成为该路面特有的病害。
一旦出现较为严重的车辙,处理办法只能铣刨后重铺沥青面层。
长期以来,我国习惯于注重对硬件的引进,全国公路部门花了大量的外汇进口了很多筑路机械、施工设备、试验仪器设备,以及大量的沥青材料,可是偏偏没有在引进国外的技术上花功夫。我们习惯于立足“自力更生”,强调我国的“国情”与国外的情况不同,特别看重自己的 研究 成果。这本来无可厚非,但如果民族自尊心变成了虚荣心,盲目地排外,也就很容易产生轻视 学习 国外先进技术的另一种倾向,这种情况已经影响 到公路领域。
引进成熟技术的必要性我国沥青路面(水泥混凝土路面也有类似情况)的结构和设计就是一个典型,我们的许多做法与国际上通行的做法不同,并没有取得良好的效果。国际上绝大部分国家早在20世纪70年代起,就采用柔性基层沥青路面、全厚式路面作为重载 交通 路段的常用的路面结构,而惟有我国千篇一律地采用半刚性基层沥青路面,甚至于结构层的厚度都差不多。对沥青路面的力学模式,国际上都采用沥青层的弯拉应变和土基模量作为设计指标,惟有我国钟情于表面弯沉这个指标,其他指标实际上都没有作用。其他还有许许多多与国际上不一致的地方,遗憾的是多半多被自己认为是最先进的。 我国最早修建的京津塘高速公路,当时基本上是参照国际上的路面结构和沥青混合料的级配做的,广深珠高速公路也吸收了国外的结构,这2条高速公路使用10余年来,情况基本良好。京津塘高速公路的外国监理在我国开了一个严格执行“菲迪克条款”的先例,实行了动态质量管理,取得了良好的效果,成为我国质量最好的高速公路之一。然而,自此以后的工程就“本土化”了,监理的素质明显下降,开始了具有我国特点的“评分、评奖、评优”质量检验评定和验收管理办法。施工质量数据弄虚作假已经成了公开的秘密。表面上“像模像样”,实际上“沆瀣一气”一起造假,其结果是工程验收的分数都快接近100分了,优质工程比比皆是,经常是奖状到手,路也坏了。
我国是世界上第一个采用弹性层状体系进行路面结构 计算 的国家,这一点始终处于世界的最先进水平。可是,“先进的 方法 、落后的参数”并没有对设计起多少作用。设计参数都是“想当然”地自由取值,脑子里想什么结构,想多少厚度,都能计算成什么结构,多少厚度,实际上还是拍脑袋。其结果是“天下设计一大抄”,路面设计成为“数学游戏”。全国都千篇一律地使用几乎相同的较薄沥青面层的半刚性基层沥青路面结构。 沥青路面早期病害成心腹大患“质量是工程建设的永恒主题。交通作为向 社会 提供公共产品和公共服务的部门,在新的 历史 时期,我们应向社会、向人民、向国家交一份什么样的产品呢?是经久耐用、外表美观、使用方便的优秀成果,还是金玉其外、败絮其中的劣质产品?这是关系交通行业形象,关系到交通行业是不是一个负责任行业的大问题 。”交通部部长张春贤在2004年全国交通工作会议上说,“质量是工程的生命,更是一个行业的生命。如果几年后我国建成的几万公里高速公路没到大修年限就大面积翻修,我们今天所为之奋斗的事业就可能被否定。”当我们看到张部长的这一段讲话时不觉汗颜。现在许多地方都在进行高速公路大修,而且多半是“开膛破肚连根拔式”的大修,对社会和交通影响极大,成为各地交通厅和工程部门最头痛的大事。之所以造成这种状态,原因是复杂的。
交通部公路 科学 研究所承担的交通部西部大开发研究项目“高速公路早期病害预防措施的研究”课题对高速公路沥青路面的早期病害发生的原因、如何预防进行了认真的研究。通过研究认为,高速公路沥青路面的早期损坏有两种不同的类型。 一种是在沥青路面建成不久,在当年或者2-3年沥青路面就发生程度不同的车辙、坑槽、网裂等早期损坏,许多属于水损害或伴随着疲劳产生的损坏。这些损坏最直接的原因是施工质量不到位及离析造成。这些工程大部分经过维修养护或者局部铣刨重修能在短时间内逐渐趋于相对的稳定。这种类型的早期损坏经常与管理上抢工、使用的材料不好、有严重的离析、压实不到位、排水设计不合理有关,而且往往有严重的超限超载车辆通过,有些与路基变形也有关系。这些工程施工结束时的弯沉往往并不大,甚至小到个位数,几乎接近于零,但基层开裂比较严重,或者路面离析严重,从路表裂缝和孔隙中进去的水不能很快从基层排走。基层与沥青面层的层面成为不连续的状态,有些路面的沥青层由于施工污染严重也不连续,使沥青层处于不利的受力状态,在重载交通的作用下,出现大的拉应变发生裂缝,产生唧浆、坑槽,这些水损坏如果得不到有效的维修和控制,将很快发展 成为大面积的损坏;另外有些路段,尤其是大的上坡路段,在高温状态下,很低的劲度模量不能抵抗重载交通很大的剪切变形而出现车辙。
另一种类型的早期损坏是指普遍达不到路面设计要求的设计年限(大部分是15年,少数是20年),更不能与国际上更长的设计年限20年乃至30-40年相比,充其量7-8年,或者10年左右就必须进行大修。这种大修经常是“开膛破肚”式的,不仅仅对沥青面层维修,还必须同时维修基层甚至底基层。这种大修不仅成本很高,而且对工程所在地的社会影响很大。这种使用寿命短、耐久性不足的情况使我们十分忧虑。在日本,自1963年名神高速公路起,到1998年7月己建成高速公路总里程达6450公里,其中建成10年以下占34%,10-20年占32%,20年以上占34%;使用年限超过20年的高速公路约占总里程的30%.尽管沥青路面的设计年限为10年,但都已经远远超过了规定的设计使用年限,但发生结构破坏的段落很少,一般都只在表面进行反复维修就一直使用延续至今。维修的里程按路面损坏原因分析 ,车辙超过60%,因裂缝而进行维修保养的里程约占20%,其中许多是由于路面表层老化所引起裂纹的修补,这种情况与我国沥青路面的使用寿命相比形成了鲜明的反差。
沥青路面早期损坏的技术原因各种早期损坏发生的原因是复杂的,短期的损坏大都受施工影响更大一些,较长时间的损坏则具有某种共性,这种影响相对来说要更大些。我们决不能对我国沥青路面的耐久性差、使用寿命短的问题熟视无睹。 在经过认真的思考和研究之后,普遍认为这种情况与我国千篇一律地使用半刚性基层沥青路面的结构有一定关系,有时很可能是造成沥青路面耐久性不足的主要原因。正如张春贤部长在全国交通工作会议上谈到设计问题时一针见血地指出的那样,目前 在沥青路面建设中存在“设计上千篇一律,照搬照抄,死套标准的情况比较普遍”。张部长还指示我们,“要有针对性地引进国外成熟的技术、标准和规范。科研成果是实践经验的总结 ,是人类文明的结晶,我们要善于借鉴一切先进的科研成果。在公路建设和管理领域、国与国之间技术问题及其解决方法具有很多共性。发达国家研究早、实践早,积累了丰富的经验,许多技术、标准和规范属于政府所有,没有知识产权的障碍,我们要把技术引进作为公路交通实现新的跨越式发展的重要手段。”这些话确实是语重心长的,为解决公路早期损坏指出方向,我们必须按照部领导的指示,加快、认真执行。
在沥青路面结构问题上,我们也需要放眼世界。纵观国际上的高速公路和重交通公路,大量使用的是全厚式路面或者柔性基层沥青路面。相反半刚性基层沥青路面普遍使用于交通量不很大的公路,或者往往在半刚性基层下设臵一个碎石过渡层。水泥稳定碎石基层和贫混凝土基层是性质安全不同的两个类型,而我们则一直混淆不清。名义上铺筑的无机结合料稳定集料基层,却做成类似于贫混凝土的强度,却又没有按贫混凝土的方法去做。即使同样称为半刚性基层的水泥稳定碎石基层,在强度要求、具体做法上也有许多不同之处。这些问题现在已经开始引起普遍的重视,开始关注对沥青路面结构问题的研究,希望改变目前单一使用半刚性基层沥青路面的状况,使不同的路面结构得到合理的使用。
国际上在20世纪70年代以前,半刚性基层沥青路面也曾经用得很普遍,并发生了关于基层的“黑白之争”,后来,柔性基层和全厚式路面得到了很大的 发展 ,逐渐成为主流。其原因是半刚性基层在其优点的背后,也有不少缺点,有些无法克服。
1)半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝轻重不同地存在。在国外普遍采取对裂缝进行封缝,而在交通 量繁重或者高速公路上,这种封缝工作十分困难。而在我国,日前根本没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯,因而开裂得不到有效的处理。裂缝会导致2种后果:一是裂缝进水;二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时,荷载变化不再连续使路面裂缝两侧发生大的应力突变,还形成很大的上下剪切和表面受拉。 2)半刚性基层非常致密,它基本上是不透水或者渗水性很差的材料。水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。水进入路面的途径,除了降雨(尤其是梅雨、雨季集中降雨)、降雪、化雪的表面水外,还有多种来源。可以说,水进入沥青路面是不可避免的,如不能及时排走就将造成危害。所以都称“水”是造成沥青路面损坏的“元凶”,半刚性基层沥青路面的内部排水性能差是其致命的弱点。
3)半刚性基层有很好的整体性,但是在使用过程中,半刚性基层材料的强度、模量会由于干湿和冻融循环、在反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减。按照南非的理论 ,半刚性基层的状态是由整块向大块、小块、碎块变化,按照整体结构设计路面是偏于不安全的。
4)半刚性基层沥青路面对重载车来说具有更大的轴载敏感性。重载车换算为标准轴载时,对柔性基层通常是按4次方换算,而对半刚性基层来说,随着基层和沥青层的模量比的增大,换算荷载的次方数将不再是4次方,很可能是12~15次方。轴载加大1倍,对柔性基层的换算轴次是增大16倍,而对半刚性基层可能要变为数十万次。也就是说同样的