高速公路病害種類有很多,主要為裂縫、車轍和推移、坑槽和泛油四大類。
一、裂縫
裂縫病害有縱向裂縫,橫向裂縫和網(wǎng)裂三種形式,以下將分別介紹。
(一)縱向裂縫
縱向裂縫一般有兩種:一種主要發(fā)生在緊急停車帶或路肩部位,其形狀是沿路肩邊緣向內(nèi)逐步擴(kuò)大,呈月牙形,這種裂縫容易使路基發(fā)生滑移,危險(xiǎn)性很大;另一種是發(fā)生在行車道部位,多為縱向條帶狀,裂縫兩端未延伸到路堤邊緣。
1.縱向裂縫形成的主要原因有以下三個(gè)方面
(1)地基原因。有些路段處于丘陵低洼、河谷處,地基土天然含水量較高,在設(shè)計(jì)及施工時(shí)未做處理,在高填土后,由于地基承載能力的差別出現(xiàn)不均勻沉降,造成路面縱向開裂。
縱縫1
(2)路基施工原因。如果土基施工時(shí)天氣干燥,局部路堤填料土塊粉碎不足,路基壓實(shí)不均勻,暗埋式構(gòu)造處因構(gòu)造物長度限制,路基邊緣不能超寬碾壓,致使路基邊緣壓實(shí)度不夠,或者混合料攤鋪時(shí)縱向施工搭接質(zhì)量不好,都會造成縱向裂縫。
縱縫,形成寬縫,后期會形成坑洞
(3)水的滲透破壞。中央分隔帶、路表、邊坡等滲水,使局部路基受水浸泡后承載力值降低,在動靜荷載的作用下,路基滑動產(chǎn)生裂縫,另外填料若為弱膨脹土,如施工中未做處理,滲水后含水量變化,也會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。
(二)橫向裂縫
橫向裂縫是與路面中線近于垂直的裂縫,裂縫起初大多出現(xiàn)于路面兩側(cè)的硬路肩,逐漸發(fā)展而貫通全路幅。貫通裂縫沿路面大致呈均勻分布。
1.橫向裂縫通常不是由于荷載作用引起的。其成因主要有三個(gè):
(1)材料收縮引起橫向裂縫。一方面在基層成型過程中,因基層材料失水收縮而形成規(guī)則的橫向裂縫,另一方面基層材料因溫度驟降而發(fā)生低溫收縮開裂。這兩種收縮變形使面層底面承受拉力,當(dāng)拉力超過瀝青面層的抗拉強(qiáng)度時(shí)就使瀝青面層底部拉裂,并隨著溫濕的循環(huán)變化及行車荷載的反復(fù)作用而導(dǎo)致瀝青面層低面裂縫。
橫縫
(2)瀝青及混凝土的溫縮引起的裂縫。因?yàn)r青是一種對溫度變化比較敏感的粘彈性材料,溫度下降時(shí),瀝青混合料逐漸變硬變脆,并發(fā)生收縮變形.當(dāng)收縮拉應(yīng)力超過瀝青混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),瀝青路面表面就會被拉裂,并逐步向下發(fā)展,形成上寬下窄的橫向裂縫,這種溫縮裂縫在北方溫差較大地區(qū)初冬一般寬度為3~5mm,到嚴(yán)冬可加寬到10mm,最寬達(dá)到20mm,而到春季則又縮回。
橫縫,貫穿全車道
(3)差異沉降引起的橫向裂縫。在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理方法變化處或構(gòu)造物臺背與路段交接處,因地基或路基與構(gòu)造物差異沉降導(dǎo)致基層開裂,并反射到瀝青面層,形成橫向裂縫。
橋板伸縮縫反射橫縫
因?yàn)闇囟茸兓鸬臑r青面層本身收縮是造成橫向裂縫的重要原因,所以自由瀝青含量越多裂縫越多,選用符合重交通道路石油瀝青技術(shù)要求的瀝青,控制瀝青用量,精選礦料,準(zhǔn)確組成級配,或使用纖維等添加劑,均可有效減少裂縫。另外還應(yīng)設(shè)計(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)并且精心施工。
(三)網(wǎng)裂
網(wǎng)裂是相互交錯(cuò)的疲勞裂縫,形成一系列多邊形小塊組成的網(wǎng)狀開裂,它的初始形態(tài)是沿輪跡帶出現(xiàn)單條或多條平行的縱縫,而后,在縱縫間出現(xiàn)橫向和斜向連接縫,形成縫網(wǎng)。
網(wǎng)裂,又稱龜裂。
網(wǎng)裂主要是由于路面的整體強(qiáng)度不足而引起的。一個(gè)原因可能是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,路基路面壓實(shí)度不足,路面材料配合不當(dāng)或未拌和均勻等使瀝青與石料粘結(jié)性差;
網(wǎng)裂,此處下層路基出現(xiàn)問題反射上面
另一個(gè)原因可能是由于路面出現(xiàn)橫向或縱向裂縫后未及時(shí)封填,致使水分滲入下層,使基層表面被泡軟,在汽車荷載反復(fù)作用下,粉漿通過面層裂縫及空隙被壓到表面產(chǎn)生唧漿,基層表面被逐步淘空,產(chǎn)生網(wǎng)裂。
網(wǎng)裂
另外,瀝青老化和汽車嚴(yán)重超載,使基層產(chǎn)生疲勞破壞也是導(dǎo)致瀝青面層形成網(wǎng)裂的重要原因。
二、坑槽
路面上出現(xiàn)的坑槽,是龜裂、松散等其它損壞進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。
(一)坑槽的形成可歸結(jié)為水損害和油損害兩個(gè)主要方面
1.水損害形成坑槽是瀝青路面早期破壞的最常見的現(xiàn)象之一。
在開始階段,雨水由瀝青路面大空隙或破損處滲入,停留在基層表面上,在行車荷載反復(fù)作用下動水沖刷半剛性基層的細(xì)料并逐漸形成灰漿,使瀝青面層與基層脫開,灰漿被行車荷載擠壓,通過面層裂縫或面層混合料中的空隙唧到表面。在產(chǎn)生唧漿的位置,瀝青面層產(chǎn)生網(wǎng)裂,接著一些碎裂的小塊面層或基層材料被車輪帶走,而逐步形成坑洞,并不斷的擴(kuò)大,最后形成坑槽。
這是水害造成翻漿,后期會演變坑洞
2.車輛修理或機(jī)動車用油滲入路面,污染使瀝青混合料松散,經(jīng)行車碾壓逐步形成坑槽。
預(yù)防坑槽損害,首先要選用粘附性和抗老化性強(qiáng)的瀝青,恰當(dāng)采用集料,合理設(shè)計(jì)混合料級配; 其次要嚴(yán)格控制混合料的出廠、攤鋪、碾壓及終了溫度,確保壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求,確保瀝青面層的厚度和平整度;再次要確保路表排水暢通,以預(yù)防為主,對裂縫、小面積松散、沉陷等作用及時(shí)科學(xué)的維修,避免其迅速發(fā)展為坑槽。
坑洞,由于石子表面有大量灰塵,導(dǎo)致瀝青無法裹好,又遇雨水沖刷,后期出現(xiàn)坑洞
三、車轍和推移
車轍是在行車荷載重復(fù)作用下,路面產(chǎn)生永久性變形積累形成的帶狀凹槽。車轍和推移降低了路面平整度,當(dāng)車轍達(dá)到一定深度時(shí),由于轍槽內(nèi)積水,極易發(fā)生汽車飄滑而導(dǎo)致交通事故。
(一)車轍和推移形成的主要原因如下
1.行車荷載的影響。車輛按規(guī)定正常在行車道行駛,使得高速公路的交通渠化現(xiàn)象非常突出,隨著車輛荷載作用次數(shù)增加,行車道車輛輪跡處進(jìn)一步壓實(shí)并逐漸形成不同程度的車槽。
車轍
2.基層施工質(zhì)量差。因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養(yǎng)生不當(dāng)導(dǎo)致基層整體強(qiáng)度不足,由于荷載作用超過路面各層的強(qiáng)度,使得路表變形過大而形成轍槽和推移。
坑洞
3.瀝青面層高溫穩(wěn)定性差。由于瀝青混合料是一種彈塑性材料,如瀝青、礦料的選材不當(dāng)或混合料組成不當(dāng)會導(dǎo)致瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性差、抗塑性變形能力低,在高溫條件下,車輪碾壓反復(fù)作用,荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定極限,使流動變形不斷積累形成車轍和推移。
四、泛油
瀝青混合料中的瀝青在天氣炎熱時(shí)向上遷移到路面表面,而在冷天時(shí)又不存在逆過程,因而瀝青積聚在路面表面,形成一層有光澤的瀝青膜的現(xiàn)象為泛油。
泛油的成因如下:
1.混合料組成設(shè)計(jì)不當(dāng);旌狭现袨r青用量過多或空隙率過小,在車輛荷載反復(fù)作用下,多余瀝青由下部泛到路表形成泛油。
2.混合料拌和控制不嚴(yán)。細(xì)料含量過少,混合料比表面積較小,則瀝青用量相對較多,也易出現(xiàn)泛油。
3.粘層油用量不當(dāng)。噴灑過多或?yàn)⒉疾痪鶆蛞矔植砍霈F(xiàn)泛油。
噴灑粘層油
4.施工質(zhì)量差。攤鋪時(shí)混合料產(chǎn)生離析,局部細(xì)料過分集中,也易泛油。
5.水破壞。雨水滲入使下層瀝青與石料剝離,在水作用下瀝青膜剝落,上泛引起表層泛油。