高速公路病害特征以及养护措施

2022-05-26 10:48

据中国汽车工业协会预测，2022年中国汽车总销量为2750万辆，同比增长5.4%，其中乘用车销量为2300万辆，同比增长8%；新能源汽车销量为500万辆，同比增长47%。

随着汽车的增加也大大的提高了高速公路的负担

高速公路也几乎全部是沥青铺设的路面，沥青混凝土是一种炒拌料，具有很好的透水性，即使在下雨天也不易打滑，大大的提高了交通的安全度。

沥青混凝土具有耐高温特性，天热了也不会熔化。而且沥青路面方便维修，使用沥青摊铺机一趟可铺12米以上的的路面，实现了机械化铺设。

然而传统的高速公路路面养护方式已经不适用沥青道路的养护，因为以往采用的是矫正性养护，在高速路面已发生明显病害甚至导致了事故后才进行人工养护，而这导致养护的成本大大提高，还加大了道路事故的发生可能性。

矫正性养护的施工工程量大、施工维修周期长影响道路的使用，造成路段交通堵塞，缩短了路面的使用寿命。

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一、高速公路沥青路面预防养护的必要性

1.1提高道路使用寿命，减少道路维护成本

沥青路面预防养护在建路初期充分考虑到特定路面结构可以达到的使用寿命，从经常遇到的问题中总结经验，在预定期内采取预防方案。

1.2创造良好出行环境，提升交通安全度

随着生活质量的不断提高，使用汽车等代步工具的频率越来越高，对于道路安全性的要求也在逐步提高。

高速公路路面的反映型养护已经不能及时解决道路问题，满足国民对交通的要求。因此要采用预防养护的方式防患于未然，在道路问题出现之前采取措施进行维护，避免出现事故，保证城市交通的流畅。

二、沥青路面病害特征及形成原因

2.1车辙

车辙是指由于重复沿着机动车行车轨迹的车轮碾压而导致沥青路面变形、沥青层的厚度减小、路面硬度减弱，以及因此而导致的其他路面损害。

比如雨天积水，会影响道路交通，拖慢行车速度，引发行车安全问题；冬季路面积水结冰，也可能导致滑车危险。

车辙的形成主要是因为在行车荷载过大的情况下，路面结构和土基会产生补充压实的结果,路面的结构层中材料发生侧向位移，从而产生了累积永久变形。

车辙根据形成原因不同又分为结构性车辙、沥青混合料的流动性车辙或失稳性车辙、磨耗性车辙以及施工不良造成的车辙。

结构性车辙：是由于交通负荷大大超出了路面每个结构层的承载度，而导致沥青面层以下的各个结构层发生变化。从路面外观上看，呈现“凹”状，宽度比较大，两边没有明显的凸起。

沥青混合料的失稳性车辙：是由于沥青混凝土层发生了侧向的流动而导致路层变形，由于车轮碾压的反复作用，交通负荷大大超出了沥青混合料能够达到的稳定度极限。

从路面外观上看，呈现“W”状，两边有凸起。

磨耗性车辙：是由于连续不断的车轮磨耗以及恶劣的自然环境的影响下，高速公路的沥青路面结构的顶层材料连续损失而成。

施工不良造成的车辙：是由于土、油和石的配比控制不合格，导致沥青混凝土的空隙率不达标，在车辆的反复碾压下空隙率发生变化。

2.2裂缝

裂缝实际上是指沥青混凝土的表层开裂，形成原因主要是两个方面：

一是施工质量控制不严格、基层和路基的压实度不均匀；

二是车辆超载严重，致使拉应力超过其疲劳强度而出现断裂现象。

裂缝分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。

横向裂缝：不是由于荷载因素引起，而是因为温度变化。极限拉伸应变，便会产生开裂。

纵向裂缝：是指因为路基不够压实问题而产生不均匀路基沉陷，或者是因为沥青路面接茬处未处理好而导致的快速渗水情况。

网状裂缝：是指由于路面结构设计不科学，尤其是路基的压实度不达标而导致的沥青路面的整体强度不合格，这种情况会使得水分快速渗入地层，比如融雪期间雪水深入地层而导致的路面破坏，从而沥青面层形成网裂。

2.3水损害

沥青路面的水损害是指因为在沥青混凝土中存在空隙率，经过交通荷载的挤压、温度胀缩的反复作用，导致沥青路面的水稳定性不足，沥青层与集料层之间逐渐侵入水分，减弱了路层的粘结力，导致路面脱落、致坑洞、剥蚀等情况，根据其表现形式可分为变形类、松散类和裂缝类三种。

变形类

填土路堤上的路面竣工后以及开放交通后，路基会产生不均匀沉降，导致其上路面顶面产生波浪式的不平整。

在未填筑路堤之前，地基处于平衡状态。

填筑路堤后，地基受到动静荷载的共同作用产生固结形变，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压缩系数有关。

填土路堤地基存在横向承载能力显著不均匀的特性，两侧地基的承载力小，中部承载力大，路堤产生不均匀沉降，路堤两侧边部产生外倾式沉降，将路面和路基掰开，在路面上产生宽度较大的纵向裂缝，其特点是上宽下窄。

软土基层沉降是由于软土地基引起路面产生很大的不均匀沉降，使路面纵断面产生大的变形。

主要原因是施工期太短，在软基还没有固结沉降达到基稳定时就铺设沥青路面；另一重要原因是复合地基处理深度和置换率小。

松散类

由路面结构性破坏产生的网裂。所谓路面结构性破坏，是指路面结构的承载能力不能抵抗现有行车荷载的反复作用，而产生的路面结构性整体破坏。其外观特征为轮迹带上产生裂缝，进一步发展成纵向网裂形变带。

由水破坏产生松散变形类病害尤其广泛，主要表现为几种不同情况：

第一种是由于雨水较快的透入空隙率较大的沥青混凝土表面层后，由于其下层比较密实，在进入表面层的水还未来得及往下层渗透前，表面层就开始产生水破坏。表现为沥青路面的表面层产生圆形坑洞。

行车荷载生的水压力，使滞留水首先冲刷基层表面的水泥细料或二灰细料，接着向下冲刷并形成白浆，在行车荷载的泵吸作用下，白浆被唧到面层表面层，浆被唧出的过程中，沿途的沥青混凝土碎石上的沥青剥落，轻者表面产生网裂变形，重者很快产生坑洞，碎石被甩出洞外，洞中积水。

第二种情况是由于透入表面层的水较快渗入中面层，滞留在中面层的水因难于或来不及透过中面层进入底面层之前，中面层沥青混凝土强度变弱，沥青剥落，甚至松散，导致表面层首先在行车道底轮迹带上产生网裂形变，有的甚至产生明显辙槽。

第三种是由于透入表面层的水透过中面层进入底面层，如果在底面层表面有粘结防水层，或有质量好的下封层，同时进入的水量不大，则滞留在底面层的水会使底面层沥青混凝土强度减弱，进而沥青剥落，甚至沥青混凝土松散，导致沥青混凝土路面表面产生网裂形变。

裂缝类

沥青路面开裂是国际上最普遍的损坏现象之一，只不过是裂缝发生的早晚、多少及裂缝的类型有所不同。

我国沥青路面的裂缝有横向裂缝、纵向裂缝、网裂、沉降裂缝等。

横向裂缝是由于在寒冷季节气温骤降和反复的温度变化后，因疲劳而产生的温缩裂缝；半刚性基层的干缩和冷缩开裂造成的沥青路面的反射性裂缝；或者两者综合作用产生的裂缝。

温缩裂缝至今国际上并没有有效的根治措施，不属于早期破坏。

近年来国际上对沥青路面自上而下的表面裂缝研究甚多，发现当沥青层较厚时，由于路表面沥青容易老化，沥青混合料的自愈能力逐渐丧失，极限拉伸应变不断减小，在车载荷载直接作用下，在轮迹部位产生大的拉应力或剪应力，导致路面产生开裂。

基层结构松散，尤其在有雨水的不利季节，承载能力不足于承受超载车和繁重交通的作用，造成路面大面积损坏。

基层松散的原因少数是施工时没有成型，大部分是由于半刚性基层在施工过程中水泥剂量过高，强度过高，收缩严重开裂，使整层的半刚性基层分裂为大块，在使用过程中又逐渐破碎为小块，最后成为碎块。

2.4沥青路面表面功能衰减

沥青路面表面功能衰减是指由于沥青路面的泛油和石料磨光，导致道路表面的抗滑性不合格，从而造成路面表面功能降低或损失。一方面，路面抗滑性不足,会导致刹车距离被延长，车轮沿曲线转弯时发生车轮侧滑等情况，产生一系列安全问题。

2.5沥青路面沉陷

沥青路面沉陷是指由于路面基层使用材料的质量问题或者路面压缩不稳定等因素引起的路面承载能力降低、路面产生很大变化的情况，比如在行车过度荷载影响下，车轮轨迹的地方会在路面呈现的凹陷变形，或者在道路凹陷的两边产生隆起。

三、沥青路面预防养护措施

3.1车辙预防养护措施

针对上述造成车辙的主要原因，道路施工时路面层没有压实或者压实度不够，行驶的重载或者超载车辆过多，土、油和石的调配比例不合理等问题，提出以下的路面预防养护措施。

一是合理调整材料配比

我们通过研究发现，增大集料的粒径大小可以提高沥青公路抗车辙的能力，前提是具有科学合理的集料级配,以求增大集料之间的密度，从而增大沥青路层的硬度。

因此集料品种要慎重选择，以嵌挤性、粘附性、表面粗糙度为主要依据。

二是沥青厚度适度

经研究如果沥青路面层厚度不合格，会较早导致路面早期破坏。所以沥青路面结构层的厚度应该和混合料层达成比例厚度，一般情况下，科学的设计结构层的厚度要求要大于集料厚度的3倍。

3.2裂缝预防养护措施

一是建设初期要具体考察道路附近的地质条件、交通荷载状况及常年的气候变化情况，经过科学分析之后，选择合适当地的原材料。

二是具体施工期间要注意使用预防裂缝的技术，在保证施工的效率、质量的前提下，做好裂缝预防工作。沥青路面裂缝预防措施：罩面处理、路面再生、灌缝、稀浆封层等，具体的修复方法要根据损害程度及实际工具选择。

3.3水损害预防养护措施

一是防止或减少高速公路路面的水分进入沥青混合料层，尤其是沥青与集料的界面中。

二是提高沥青与路层结构集料的粘附性,提高不同路层之间集料的互相粘结力。

三是尽量控制压实度以及路面孔隙率。

在路面的施工过程中，要采用科学的压实技术，即抗滑表层压实度要在98%以上，中面层和下面层的压实度在97%以上。

四是不同的材料选择要求，要求不同的黏附性与黏结力。沥青要选择路面结构层黏性较大的抗剥离剂；集料选用铁钙镁等高价阳离子材料；集料要满足强度、致密度和吸水率的要求，最好选择碱性的集料；混合料要选择合理的级配，保持其中的平衡。

五是改善沥青路面的排水条件。

路表排水不顺畅会导致水滞留在路面上，如果存在路层问题，会产生渗透而导致进一步的道路损害。所以应改善沥青路面排水条件，路肩和边坡进行结构调整，比如可以取消边路的缘石，改用沥青材料的拦水带；或者预留宽槽，并铺设碎石。尤其在降雨天气下，更是要防范雨水对于路面的损害，设计路面横坡的坡度为2%或合成坡度小于0.5%，以此排除降雨损害。

3.4沥青路面表面功能衰减预防养护措施

一是选材。

为了从根本上保证沥青路面具有合格的粗糙度，在选择石料时，要优先选择坚硬、耐磨、有棱角的材料。

二是配比平衡。

在配比之前，经过精确计算，要求抗滑性与耐久性两者兼顾考虑，不能过度倾向于抗滑性而忽略了耐久性，也不能因为提高耐久性而降低其抗滑性，慎重综合考虑之后再选用配比。

三是严格控制沥青的使用量。

根据道路维修经验总结来看，当沥青的用量大于最适度用量的时候,就会更容易使得道路的抗滑系数减小，从而产生安全问题。所以要在选择沥青标号时注意标号一定不能过大。

四是加强质量控制。

在施工队具体施工过程中，采用抽查或者定量检查的方式确保质量合格尤其是要注意混合料拌的比例。

3.5沥青路面沉陷预防养护措施

一是及时更换填土的材料，再次复填。

操作方法是将发生沉陷的位置替换上质量好的填土材料，比如选择塑性比较好的沙砾土。