裝配式建筑工程知識分享：簡析公路路基路面破壞特征及成因

一、公路路面破壞的特征及成因

引起瀝青混凝土路面的早期破壞有多種原因，表現(xiàn)為多種形式。

1.變形類

填土路堤上的路面竣工后以及開放交通后，路基會產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致其上路面頂面產(chǎn)生波浪式的不平整。在未填筑路堤之前，地基處于平衡狀態(tài)。填筑路堤后，地基受到動靜荷載的共同作用產(chǎn)生固結(jié)形變，直到達(dá)到新的平衡狀態(tài)為止。地基產(chǎn)生固結(jié)形變的大小，既與填土高度有關(guān)，又與地基內(nèi)部各層土的壓縮系數(shù)有關(guān)。填土路堤地基存在橫向承載能力顯著不均勻的特性，兩側(cè)地基的承載力小，中部承載力大，路堤產(chǎn)生不均勻沉降，路堤兩側(cè)邊部產(chǎn)生外傾式沉降，將路面和路基掰開，在路面上產(chǎn)生寬度較大的縱向裂縫，其特點(diǎn)是上寬下窄。

2.松散類

由水破壞產(chǎn)生松散變形類病害尤其廣泛，主要表現(xiàn)為幾種不同情況：第一種是由于雨水較快的透入空隙率較大的瀝青混凝土表面層后，由于其下層比較密實(shí)，在進(jìn)入表面層的水還未來得及往下層滲透前，表面層就開始產(chǎn)生水破壞。表現(xiàn)為瀝青路面的表面層產(chǎn)生圓形坑洞。第二種情況是由于透入表面層的水較快滲入中面層，滯留在中面層的水因難于或來不及透過中面層進(jìn)入底面層之前，中面層瀝青混凝土強(qiáng)度變?nèi)?，瀝青剝落，甚至松散，導(dǎo)致表面層首先在行車道底輪跡帶上產(chǎn)生網(wǎng)裂形變，有的甚至產(chǎn)生明顯轍槽。第三種是由于透入表面層的水透過中面層進(jìn)入底面層，如果在底面層表面有粘結(jié)防水層，或有質(zhì)量好的下封層，同時進(jìn)入的水量不大，則滯留在底面層的水會使底面層瀝青混凝土強(qiáng)度減弱，進(jìn)而瀝青剝落，甚至瀝青混凝土松散，導(dǎo)致瀝青混凝土路面表面產(chǎn)生網(wǎng)裂形變。

水破壞的重要內(nèi)因是所用瀝青混凝土的空隙率較大。所用瀝青混凝土，特別是表面層瀝青混凝土的實(shí)際空隙率較大，雨水較易進(jìn)入表面層，并導(dǎo)致水破壞。水破壞的另一重要內(nèi)因是片面強(qiáng)調(diào)平整度，忽視了壓實(shí)度。水破壞的第三個重要內(nèi)因是瀝青混凝土的不均勻性大。由于礦料質(zhì)量、施工技術(shù)要求和工程管理等多方面原因，我國公路面層所用瀝青混凝土的離析現(xiàn)象和不均勻性較大，在面層表面隨機(jī)分布這數(shù)量不一的薄弱點(diǎn)位。在降雨過程中，雨水在一些薄弱點(diǎn)位被快速行駛車輛輪胎下產(chǎn)生的較大動水壓力壓入表面層。水破壞的第四個內(nèi)因是瀝青混凝土面層的裂縫。由于瀝青混凝土是一種熱脹冷縮的材料，它的溫縮系數(shù)是半剛性基層材料的4倍左右。新瀝青混凝土面層剛產(chǎn)生的裂縫，往往僅深入表面層的上部。過一個冬季或一定時間后，裂縫又會深入到下層底部，甚至引發(fā)基層在相同的位置開裂。造成基層上部沖刷甚至松散的原因，是表面水的反復(fù)進(jìn)入和沖刷的結(jié)果，不是基層本身“衰老”的結(jié)果。

3.車轍

車轍、擁包等流動變形損壞當(dāng)公路車輛渠道化以后，車轍問題逐漸成為主要病害。由于我國普遍采用半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)，基層本身的變形不是主要的，多數(shù)都是瀝青混和料產(chǎn)生的流動性車轍。其主要成因是路面在高溫情況下勁度模量大幅度降低，抗剪切變形能力不足以抵抗超載和重載車作用下的剪應(yīng)力，尤其是在長大縱坡上坡路段，由于重載車車況差、爬坡車速降低，更為嚴(yán)重。嚴(yán)重車轍的內(nèi)因是由于瀝青混凝土的礦料級配不合適。我國已通車的多數(shù)公路都使用規(guī)范中的連續(xù)式密集配。瀝青混凝土的高溫抗形變能力較差，不能承受重載交通的反復(fù)作用，容易產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽。

4.裂縫類

瀝青路面開裂是國際上最普遍的損壞現(xiàn)象之一，只不過是裂縫發(fā)生的早晚、多少及裂縫的類型有所不同。我國瀝青路面的裂縫有橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)裂、沉降裂縫等。

橫向裂縫是由于在寒冷季節(jié)氣溫驟降和反復(fù)的溫度變化后，因疲勞而產(chǎn)生的溫縮裂縫;半剛性基層的干縮和冷縮開裂造成的瀝青路面的反射性裂縫;或者兩者綜合作用產(chǎn)生的裂縫。溫縮裂縫至今國際上并沒有有效的根治措施，不屬于早期破壞。第二種是自上而下的表面裂縫。近年來國際上對瀝青路面自上而下的表面裂縫研究甚多，發(fā)現(xiàn)當(dāng)瀝青層較厚時，由于路表面瀝青容易老化，瀝青混和料的自愈能力逐漸喪失，極限拉伸應(yīng)變不斷減小，在車載荷載直接作用下，在輪跡部位產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力，導(dǎo)致路面產(chǎn)生開裂。但我國瀝青路面的表面裂縫有相當(dāng)部分與由于瀝青層的層間污染沒有很好粘結(jié)成為整體，首先使表面層或上、中層壓碎有關(guān)。第三種是自下而上的疲勞裂縫。

二、公路路基病害的特征及成因

1.基層

公路的半剛性基層厚度多在20cm左右，采用水泥穩(wěn)定碎石(或礫石)或石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石(或礫石)半剛性底基層厚20-40cm，采用的材料有石灰土、水泥土、二灰土、二灰砂、二灰和水泥石灰土等。半剛性材料層的總厚度通常不超過60cm，最薄為40cm.半剛性材料路面的承載能力取決于半剛性材料層的質(zhì)量和厚度因素，如果基層或底基層質(zhì)量不好或不均勻性大，不能形成一個完整的整體，容易導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生局部破損。在路面設(shè)計和施工都符合要求的情況下，半剛性路面的結(jié)構(gòu)性破壞常發(fā)生在行車道的輪跡帶上。在輪跡帶上先產(chǎn)生縱向細(xì)小裂縫，爾后產(chǎn)生通過輪跡帶的橫向裂縫，最后發(fā)展成網(wǎng)裂和形變。

2.巖土地基

填土路堤路基產(chǎn)生縱向不均勻沉降，使路面頂面產(chǎn)生波滾式的不平整。其產(chǎn)沉降的原因：一是原土地基產(chǎn)生固結(jié)變形，在填筑路堤之后，地基收到加載作用，產(chǎn)生壓縮變形。二是路堤本身產(chǎn)生固結(jié)變形，是與填土高度、土的性質(zhì)和壓實(shí)度密切相關(guān)。路基壓實(shí)度不夠產(chǎn)生的縱向裂縫由于地基和填土在槽向不可避免的不均勻性，特別是在有表面水滲入地基的情況下，瀝青路面和水泥混凝土路面或早或遲都會產(chǎn)生一些細(xì)而短的縱向裂縫。橋頭跳車是由路基路面沉降引起的，是路基路面縱向變形最嚴(yán)重的一種形式。它是由于橋頭填土較厚，路基路面容易產(chǎn)生大的沉降，而橋頭的沉降量很小，從而產(chǎn)生錯臺高差。這種現(xiàn)象在軟基路段、濕陷性黃土地區(qū)尤為嚴(yán)重。

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