毕业设计(论文)-浅析高速公路沥青路面早期破坏现象及防治.doc
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1、毕 业 设 计(论 文)用 纸浅析高速公路沥青路面早期破坏现象及防治摘 要:在高速公路的建设中,我国的绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面。沥青混凝土路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点,因此获得越来越广的应用。随着我国国民经济的快速、协调发展,我国道路交通量日益增大,车辆迅速大型化且严重超载,使公路路面面临严峻的考验。沥青混凝土路面的一些问题不容忽视,在各种因素的影响下,很多公路沥青路面均呈现出不同程度的早期破坏,如开裂、泛油、剥落、车辙等现象,有的道路甚至当年通车就发生了病害,正常维修期提前,影响了车辆的运行,同时增大了养护
2、管理资金的投入。现有高速公路的有效服务时间普遍未能达到其设计使用年限,常常在通车2-3年便出现了较为严重的早期破损现象。在当前公路建、养资金严重不足的情况下,研究沥青路面的早期破损原因及防护具有特别重要的现实意义。本文系统阐述了沥青路面常见病害的成因,并针对具体病害提出了相应的工程防治措施。关键词:早期破坏 病害成因 防治措施一 绪 论 (一) 概况沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。由于沥青路面使用沥青结合料,因而增强了矿料间的粘结力,提高了混合料的强度和稳定性,使路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比,沥青混凝土路面具有表面平整、无
3、接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等诸多优点,因而获得越来越广泛的应用。50年代以来,各国修建沥青路面的数量迅猛增长,所占比重很大。我国的公路和城市道路近20年来使用沥青材料修筑了相当数量的沥青路面。沥青路面是我国高速公路的主要路面型式。随着国民经济和现代化道路交通运输的需要,沥青路面必将有更大的发展。由于我国的高速公路起步较晚,发展速度极快,科研工作的相对滞后是导致我国高速公路沥青路面在运营期间出现早期破坏的原因之一。随着我国经济的迅速发展,高速公路的货车运输量增长非常快,某些部门从自身利益出发,超载严重,甚至达到了令人无法想象的程度。超载严重也是造
4、成早期破坏的主要原因之一。沥青混凝土路面的一些问题不容忽视。在各种因素的影响下,不可避免的会出现很多病害,沥青混凝土大部分设计年限为15年,然而部分地区局部路段路面使用年限2年都不足,既影响使用功效又浪费资源。(二) 选题的目的和意义随着我国国民经济的快速、协调发展,我国道路交通量日益增大,车辆迅速大型化且严重超载,使高速公路路面面临严峻的考验。现有高速公路的有效服务时间普遍未能达到其设计使用年限,常常在通车2-3年便出现了较为严重的早期破损现象。在当前公路建、养资金严重不足的情况下,研究高速公路沥青路面的早期破损原因及防治具有特别重要的现实意义。高速公路沥青路面在修路过程中与养护中会因种种原
5、因,造成路面的破坏,为了增强路面的质量,延长公路的使用寿命,提高公路的运输能力,对高速公路沥青路面病害的防治与处理措施进行浅析。(三) 研究方案1 对我国高速公路沥青路面常见病害进行介绍和分析。2 结合我国沥青路面常见病害分析高速公路沥青路面病害出现的原因,并对裂缝产生的原因及其防治措施进行了具体分析。3 针对沥青路面常见病害提出几点建议。(四) 论文研究的主要内容本文系统阐述了沥青路面常见病害的成因,针对具体病害提出了相应的工程防治措施,并对各种类型的裂缝现象、产生原因、预防措施、治理措施进行了具体的分析与研究。二 沥青路面早期破坏形成原因的分析 沥青路面因具有地质条件适应性强、初期养护时间
6、短、行车舒适,维护方便等优点而被广泛用于高速公路。在高速公路通车后,因行车荷载作用、外界环境影响,以及设计、施工中存在的不足,沥青路面会逐步出现多种路面病害。主要有:桥头跳车、沉陷、裂缝、车辙、坑槽、波浪、剥落、泛油、松散等。高速公路一旦出现路面病害,就应及时分析病害成因及时采取有效措施进行处治,否则不仅会降低道路的使用性能,影响行车的安全,舒适、快捷、通畅,而且会因处理不及时或措施不当而导致道路结构性破坏。本章针对沥青路面病害的现象,分析了高速公路沥青路面各种病害的形成原因。(一) 桥头跳车 桥头跳车一般是台背填土压实不足,导致填土在台背后数十米范围内下沉。其特征为:沉降在行车方向是渐变的,
7、延续距离相对较长,路面的整体强度未受破坏,路表面也少有损坏,但行车时具有明显的“波浪”感。(二) 沉陷 沉陷一般是由基层局部成形不足,强度不够,在行车荷载和自然因素等作用下形成的。对于大面积沉陷往往是由于路基(高填方地段)不均匀沉降或局部滑移面引起的。(三) 裂缝 裂缝一般是由于施工基层碾压不实,或新旧接缝处理不当而形成裂缝;面层含水率逐年积聚,在不利季节,引起路面强度降低而产生裂缝;混合料质量差,碾压温度又不当,引起的碾压裂缝;混合料摊铺时间长,由于基层温度、湿度的变化,结构发生胀缩而产生裂缝;结合料老化,面层性能退化,路面整体强度不做而产生裂缝。(四) 车辙 车辙是指路面上沿行车轮迹产生的
8、纵向带状凹槽,深度1.5cm以上,在行车荷载重复作用下,路面产生的永久性变形积累形成的带状凹槽。车辙降低了路面平整度,当车辙达到一定深度时,由于辙槽内积水,极易发生汽车飘滑而导致交通事故。1 结构性车辙 由于荷载的作用,发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形。这种车辙宽度较大,两侧没有隆起现象,横断面成凹字形。 2 磨损性车辙 由于车辆不断地磨损路面,特别是大量重型超载车辆渠化行驶在主车道上,磨损路面也会形成车辙。3 流动性车辙 在高温条件下,车轮碾压反复作用,荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限,使流动变形不断积累形成车辙。这种车辙一方面车轮作用部位下凹,另一方面车轮作用甚少的车道
9、两侧反而向上隆起,在弯道处还明显向外推挤,车道线或停车线因此可能成为变形的曲线。4 压实不足引起的车辙 由于沥青面层压实不足,致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密,在交通荷载的反复作用下,空隙率不断减少,达到极限残余空隙率才趋于稳定。它不仅产生压实变形而且平整度迅速下降。(五) 坑槽 坑槽是由于基层压实不够,厚度不够,强度不均,基层不平,起初局部龟裂松散,在行车荷载和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。1 压实不足性坑槽 一般情况是施工时混合料温度太高,使沥青老化,粘结力降低,脆性增加,导致压实不够,粘结不牢,在行车载荷作用下,形成坑槽;另一种情况是混合料温度太低,摊铺不均匀,压实不充分,导
10、致压实度不够形成坑槽。2 厚度不够性坑槽 路面下面层局部标高控制不严,导致沥青上面层个别地方厚度不够,在行车作用下,部分混合料易被“带走”,形成坑槽。3 水损害性坑槽 这种坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中常见的坑槽,其形成过程可归纳如下: (1)在开始阶段,水分侵入沥青与集料的界面,以水膜或水气的形式存在,影响沥青与集料的粘附性。(2)在反复荷载的作用下,沥青膜与集料开始剥离。(3)渐渐地,路面开始麻面、松散、掉粒。最后形成坑槽。水损害破坏是沥青混凝土路面在水或冻融循环的条件下,由于汽车轮动态荷载的作用,进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用,水分逐渐渗入沥青与集料的界面
11、上,使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力,沥青膜从集料表面脱落(剥离),沥青混合料出现掉粒、松散,继而形成沥青混凝土路面水损性坑槽。(六) 波浪 由于路面组成材料不合理或施工质量差,导致路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用;在纵坡段由于高温的原因也会出现这种病害。(七) 剥落 由于沥青混合料中使用了中性或酸性石料,将会造成集料与沥青之间的粘附性不足,在行车荷载作用下,集料从路面剥落,使路面形成麻面,进而可能发展成为坑槽、松散等病害;施工时混合料离析也是产生剥落的原因之一。(八) 泛油 沥青混合料中沥青含量过多,空隙率较小,高温稳定性差,是产生泛油的主要原因。沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动,使
12、表面有过多沥青的现象称作泛油。新建沥青混凝土路面在通车后的第一个高温季节,特别在连续多天高温后,在大量行车特别是在重载车辆作用下进一步压实,易导致沥青混凝土内部过多的自由沥青向上移动,产生泛油现象,油石比偏大地段表现的尤为明显。高温季节雨水侵入沥青混凝土内部后,如沥青与矿料的粘结力不足,沥青很快会从集料表面剥落并向上移动,产生更严重的泛油现象。在绝大多数情况下,泛油仅产生在行车道上,而且是间断式的片状分布。(九) 松散松散是由于沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落,从表面向下发展的渐进过程。集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的主要原因。可能导致松散的情况还有:1 集料颗粒被足够厚的粉尘包裹
13、,使沥青膜粘结在粉尘上,而不是粘结在集料颗粒上,表面的摩擦力磨掉沥青膜,并使集料颗粒脱落。这种情况的产生主要是由于集料含泥量超标所造成的。2 表面离析处往往缺少大部分细集料,离析面上粗集料与粗集料相接触,但只有在少数接触点沥青膜与集料粘结。随时间增长,沥青会老化,沥青膜剥落会使沥青与集料的粘结力减弱,孔隙中的水冻结会破坏粘结力,或足够大的摩擦力会破坏离析面上的集料颗粒而产生松散。3 沥青混凝土面层要有高密实度才能保证沥青混合料的粘聚力,如果混合料密实度不够,集料就容易从混合料中脱落而形成局部松散。(十) 推移推移的产生一般与基层施工质量、透油层洒布质量、超载车辆比重加大、沥青混合料性能不良等因
14、素有关。在沥青混凝土路面铺筑前,由于基层表面清扫不干净、透层油洒布不均等都会容易造成沥青面层和基层粘结不良。沥青面层建成运营后在大量行车荷载(超载车辆)作用下,由于与基层粘结不良特别在沥青面层施工接缝处开始产生推移,随着时间增长,轮迹带两侧会产生壅包,甚至会出现由于推移而造成的严重裂缝。在基层平整度较差、面层厚度较薄的地段往往由于施工质量等原因,基层不平整会反映到沥青路面上,车辆荷载作用下面层不平整会愈加明显,形成波浪。三 避免早期破坏采取的预防措施 通过以上分析可以看出沥青混凝土路面早期破损与沥青混合料、路面设计、养护及交通气候条件的全部或部分有联系,而交通气候条件是客观存在的,所以沥青路面
15、早期破损防治应以路面设计、沥青混合料、施工及养护四个方面考虑:(一) 合理设计路面结构 沥青路面结构层次的合理选择和安排,是整个路面结构是否能在设计使用年限里承受行车荷载和自然因素的共同作用,同时又能发挥各结构层的最大效能,使整个路面结构经济合理的关键。根据理论分析和多年的使用经验,在路面结构组合设计中要遵循下列原则。1 适应行车荷载作用的要求作用在路面上的行车荷载,通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下,内部产生的应力和应变随深度向下而递减。水平力作用产生的应力、应变,随深度递减的速率更快。路面表面还同时承受车轮的磨耗作用,因此,要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力,在其下各层的强度和
16、抗变形能力可自上而下逐渐减小。2 加强沥青路面防水设计如何保证沥青路面的水稳定性,是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。在潮湿和某些种湿路段上修筑沥青路面时,由于沥青层不透气,使路基和基层中水分蒸发的通路被隔断,因而向基层积聚。如果基层材料中含土量多(如泥结碎是、级配砾石),尤其是土的塑性指数较大时,遇水变软,强度和刚度急剧下降,结果导致路面开裂破坏,所以沥青路面的基层一般应选择水稳性好的材料,在潮湿路段及中湿路段尤应如此。在季节性冰冻地区,当冻深较大,路基土为易冻胀土时,常常产生冻胀和翻浆,在这种路段上,路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层,路面总厚度的确定,除满足强度要求外,还应满足防
17、冻厚度的要求,以避免在路基内出现较厚的聚冰带,防止产生导致路面开裂的不均匀冻胀。防冻的厚度与路基潮湿类型,路基土类、道路冻深以及路面结构层材料热物理性有关。在冰冻地区和气候干燥地区,无机结合料稳定土或粒料的基层常常产生收缩裂缝。如果沥青面层直接铺筑其上,会导致面层出现反射裂缝,为此可在其间加设一层粒料或优质沥青材料层,或者适当加厚面层,但沥青面层的裂缝不只是反射裂缝,在正常施工情况下,大部分是沥青面层本身的温缩裂缝。一般来说厚的沥青面层易导致车辙的产生。3 考虑结构层的特点路面结构层通常是用密实级配、嵌挤以及形成板体等方式构成的,因而如何构成具有要求强度和刚度并且稳定的结构层是设计和施工都必须
18、注意的问题。影响结构层构成的因素,除材料选择、施工工艺之外,路面结构组合也是十分重要。例如沥青面层不能直接铺筑在铺砌片石基层上,而应在其间加设碎石过渡层,否则铺砌片石不平稳或片石可能的松动都会反映到沥青面层上,造成面层不平整甚至沉陷开裂。这类片石也不能直接铺在软弱的路基上,而应在其间铺粒料层。又如,沥青混凝土或热拌沥青碎石之类的高级面层与粒料基层或稳定土基层之间应设沥青碎石或沥青贯入式联结层。为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性,应尽量使结构层之间结合紧密稳定。在进行路面设计时,要按照面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求,贯彻因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则以及上述结
19、构层组合原则,结合当地经验拟定几种路面结构方案、进行分析比较,并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案,做到技术先进,经济合理。(二) 严格控制沥青混合料的质量 1 沥青材料 沥青路面所用的沥青材料应选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下,可在沥青中掺加各种类型的改性剂,以提高基本性能指标。沥青路面所用的沥青材料有石油沥青、煤沥青、液体石油沥青和沥青乳液等。各类沥青路面所用沥青材料的标号,应根据路面的类型、施工条件、地区气候条件、施工季节和矿料性质与尺寸等因素而定。煤沥青不宜作沥青面层用,一般仅作为透层沥青使用。选用乳化沥青时,对于酸性石
20、料、潮湿的石料,以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青;对于碱性石料或与掺入的水泥、石灰、粉煤灰共同使用时,宜选用阴离子乳化沥青。对热拌热铺沥青路面,由于沥青材料和矿料均须加热拌和,并在热态下铺压,故可采用稠度较高的沥青材料。而热拌冷铺类沥青路面,所用沥青材料的稠度可较低。当地气候寒冷、施工气温较低、矿料粒径偏细时,宜采用稠度较低的沥青材料。但炎热季节施工时,由于沥青材料的温度散失较慢,则可用稠度较高的沥青材料。对于路拌类沥青路面,一般仅采用稠度较低的沥青材料。2 粗集料 沥青路面所用的粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等。碎石系由各种坚硬岩石轧制而成。沥青路面所用的碎石应具有足够的强度和耐
21、磨性能。根据路面的类型和使用条件选定石料的等级。碎石应是均质、洁净、坚硬、无风化的,并应不含过量小于0.075mm的颗粒(小于2%),吸水率小于2%3%。颗粒形状接近立方体并有多棱角,细长或扁平的颗粒(长边与短边或长边与厚度比大于3)含量应小于15%,压碎值应不大于20%-30%。碎石与沥青材料的粘附性大小,对沥青混合料的强度和耐久性有极大影响,应优先选用同沥青材料有良好粘附性的碱性碎石。碎石与沥青材料的粘附性用水煮法测定时,一般公路不小于3级,高等级公路应不小于4级。筛选砾石由天然砾石筛选而得。由于天然砾石是各种岩石经自然风化而成不同尺寸的粒料,强度极不均匀,而且多是圆滑形状,因此,筛选砾石
22、仅适用于交通量较小的路面面层下层、基层或联结层的沥青混合料中使用,不宜用于防滑面层。在交通量大的沥青路面面层,若使用砾石拌制沥青混合料,则在砾石中至少应掺入有50%(按重量计算)大于5mm的碎石或经轧制的砾石。轧制砾石系由天然砾石轧制并经筛选而得,要求大于5mm颗粒中40%(按重量计)以上至少有一个破碎面。路面抗滑表层粗集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、抗冲击性好、与沥青粘附性能好的碎石,不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料。用于高速公路的粗集料应符合规定的石料磨光值要求。为了保证石料与沥青之间有较好的粘结性能,经检验属于酸性岩石的石料,用于高速公路时,宜使用针入度较小的沥青,必
23、要时可在沥青中掺加抗剥离剂,或用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分,其用量宜为矿料总量的1%-2%,确保混合料的抗剥落性能,同时应尽量降低骨料的含水量。将粗集料用石灰浆处理后使用也可以有效地提高石料与沥青之间的粘结力。3 细集料粗细集料通常以2.36cm作为分界,沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒组成。热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂,在缺砂地区也可以用石屑。但由于一般情况下石屑的含泥量高,强度不高,因此用于高速公路沥青混凝土面层及抗滑表层的石屑用量不宜超过天然砂及机制砂的用量。细集料应与沥青有良好的粘结
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