結(jié)構(gòu)內(nèi)排水技術(shù)在高速公路路面及橋面上的應(yīng)用

1、    結(jié)構(gòu)內(nèi)排水技術(shù)在高速公路路面及橋面上的應(yīng)用    司金友【摘要】闡述高速公路路面及橋面常見病害，分析病害成因，分別從材料選擇及結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行病害治理?！娟P(guān)鍵詞】高速公路；病害；治理隨著我國新一輪五年計劃的到來，在新一輪的基礎(chǔ)建設(shè)來臨之際，總結(jié)上一輪高速公路建設(shè)的經(jīng)驗教訓(xùn)，有針對性地解決高速公路瀝青路面建設(shè)中存在的問題，對提高高速公路建設(shè)質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義。一、 高速公路路面及橋面常見病害長期以來，由于瀝青材料和高質(zhì)量施工機(jī)械的缺乏、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的落后，為適應(yīng)交通量的發(fā)展和重載交通的需要，“強(qiáng)基薄面”成為我國瀝青路面建設(shè)的指導(dǎo)思想。半剛性基層瀝青路面

2、是當(dāng)前高速公路建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)形式。該基層具有良好的力學(xué)性能、較好的板體性及整體性，設(shè)計優(yōu)良的半剛性基層完全滿足高等級公路技術(shù)要求。但半剛性基層材料壓實成型后非常致密，幾乎成為完全不透水的層次。限于當(dāng)前路面施工水平，瀝青面層不能完全封住水的下滲，在多雨潮濕地區(qū)，降水易通過路面接縫和空隙滲入至路面結(jié)內(nèi)部，水將積存在基層表面而無法排走。在交通荷載作用下，積存水將形成動水壓力，沖刷著半剛性基層材料、面層，形成唧漿，面層易發(fā)生剝落誘發(fā)松散，成為瀝青路面水損害的重要原因。另外，由于半剛性基層材料存在自身難以克服的缺點，那就是很容易在溫度變化及水分散失時產(chǎn)生很大的收縮變形，會形成基層材料的收縮裂縫，鋪筑瀝青

3、面層后，瀝青層在路面荷載作用下，基層的收縮裂縫會逐漸發(fā)射到瀝青面層上而形成反射裂縫。該反射裂縫是目前半剛性瀝青路面存在的質(zhì)量通病，通常在通車一兩后出現(xiàn)，初期的路面裂縫對路面的服務(wù)性能影響很小，但是路面裂縫在行車荷載、雨水的作用下，產(chǎn)生唧泥、裂縫擴(kuò)展、路面沉陷等病害。橋梁作為公路建設(shè)項目中的重要組成部分，在高速公路特別是城市高速公路總里程占有相當(dāng)比例，其結(jié)構(gòu)的耐久性及橋面的使用功能直接關(guān)系到高速公路的運營質(zhì)量和服務(wù)水平。性能優(yōu)良的橋面鋪裝體系，不僅能為橋梁提供行駛性能良好而耐久的橋面，而且能為橋面板的有效防護(hù)體系，當(dāng)前絕大多數(shù)高速公路建設(shè)工程不做專門的橋面鋪裝設(shè)計，多采用與相鄰路段相同的中上面層

4、瀝青混合料直接加鋪，鋪裝層與橋面板之間采用鋪弱瀝青類防水連接層（如乳化瀝青，聚氨酯溶劑型瀝青粘結(jié)劑等）。由于橋面鋪裝在受力和使用上的特殊性，大多數(shù)已建成通車的橋面鋪裝基本先于主線產(chǎn)生破話，主要破壞類型包括：水損害、車轍、剪切等病害。二、 病害成因1.水損害橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中雨水不可避免地通過鋪裝面層孔隙或表面裂縫進(jìn)入鋪裝層內(nèi)部，且得不到及時排除，雨水長時間的浸泡以及行車引起的動水壓力反復(fù)作用會導(dǎo)致混合料的剝蝕，直至松散破壞，橋面鋪裝唧漿、坑塘現(xiàn)象明顯。水損害還會導(dǎo)致粘結(jié)層功能的喪失，加速橋面鋪裝破壞。防水黏結(jié)層設(shè)置不合理會導(dǎo)致滲水進(jìn)一步浸入結(jié)構(gòu)物，對橋梁結(jié)構(gòu)本身造成損害，增加橋梁的維修成本，縮短橋

5、梁的使用壽命。另外，作為橋面鋪裝重要組成部分的伸縮縫邊緣外，水損壞比較明顯。病害調(diào)查分析表明伸縮縫下端雖安設(shè)了泄水孔，但由于伸縮縫邊緣缺少透水通道，泄水功能得不到發(fā)揮，積水現(xiàn)象明顯。在交通荷載作用下，伸縮縫邊緣瀝青混凝土即發(fā)生水損害，例如上海已建成德爾高速公路、環(huán)線高架等橋面鋪裝，伸縮縫處跳車現(xiàn)象嚴(yán)重，便與此原因有關(guān)。2.車轍橋面鋪裝一般較薄，作為其基礎(chǔ)的水泥混凝土面板剛度很大，在車輛荷載的作用下，瀝青橋面鋪裝的受力狀態(tài)比普通路面的中上面層要苛刻得多，受到較大的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下，加上高速公路交通的渠化現(xiàn)象，行車道輪跡處的混合料產(chǎn)生較大的豎向變形。同時，瀝青混合料中級配不合理、瀝青含量偏大、

6、瀝青溫度敏感性高、粉膠比過大等都直接影響鋪裝材料的高溫穩(wěn)定性，加劇了橋面鋪裝的車轍破壞。3.剪切破壞瀝青混凝土橋面鋪裝的剪切破壞表現(xiàn)為兩種方式：鋪裝層內(nèi)部的剪切破壞和鋪裝層與橋面混凝土板之間的剪切破壞。行車水平荷載作用下，鋪裝層上部產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，夏季高溫時，瀝青混合材料抗剪強(qiáng)度降低，在鋪裝層內(nèi)部易發(fā)生不確定破壞面的剪切破壞。三、 采取對策通過對上述病害成因的分析，表面降水在高速公路橋面內(nèi)部的積聚是導(dǎo)致高速公路病害的重要原因。國外經(jīng)驗表明在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置排水基層，將積滯其中的水分排除到路面和路基之外，可以改善路面的使用性能，延長其使用壽命，加州大學(xué)伯克利分校的調(diào)查研究認(rèn)為：采用排水基層的瀝

7、青路面使用壽命可比不排水瀝青路面最少可延長4年，提高幅度達(dá)30%以上，另外美國加州交通運輸部調(diào)查結(jié)果表明：該州每年建造的路面，采用內(nèi)排水的路面能節(jié)省1100萬美元以上的維修養(yǎng)護(hù)費用，可見，采用內(nèi)部排水設(shè)施所增加的資金投入，可以很快從路面使用性能提高、使用壽命的增加和養(yǎng)護(hù)工作的減少中得到補(bǔ)償。該技術(shù)在法國、美國、日本等西方國家得到廣泛的應(yīng)用，我國對排水基層瀝青路面的研究尚處于起步階段。1.基層材料的選擇排水基層材料的性能研究是整個路面內(nèi)部排水系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。路面內(nèi)部排水系統(tǒng)的設(shè)置效果很大程度上取決于排水層材料的透水能力，同時，排水基層作為路面結(jié)構(gòu)的一部分，還需滿足一定的力學(xué)性能和耐久性要求。與傳

8、統(tǒng)基層材料不同，排水基層材料的級配組成、材料用量等方面都有專門或特殊的要求，既要保證良好的排水性能，又要保證該材料作為路面結(jié)構(gòu)一部分，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度。然而，高滲透性和強(qiáng)度兩者之間是此消彼長的矛盾關(guān)系，因此，有必要對排水基層材料的性能和材料的組成進(jìn)行深入細(xì)致的研究，已選擇具有良好性能的排水基礎(chǔ)材料，有效地指導(dǎo)排水層材料的設(shè)計。2.結(jié)構(gòu)調(diào)整通過對上海及周邊省份瀝青路面使用的經(jīng)驗、教訓(xùn)及課題研究成果的分析，對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：瀝青中下面層層厚應(yīng)作適當(dāng)?shù)脑龊?，瀝青面層與混合料分稱尺寸相協(xié)調(diào)，路面均勻性、壓實質(zhì)量、抗?jié)B能力得到大幅度提高，瀝青層的加厚可延緩反射裂縫的發(fā)生，路面早期損壞現(xiàn)象得到大幅

9、度地減少。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)部分，首先應(yīng)進(jìn)行橋面防水粘結(jié)層的選用，橋面防水黏結(jié)層主要起到防止水分深入橋面，連接上部瀝青結(jié)構(gòu)與混凝土橋面的作用。常用的防水黏結(jié)材料有熱融型黏結(jié)層、溶劑型瀝青橡膠黏結(jié)層和熱固性環(huán)氧黏結(jié)。其次是透水層混合料類型選擇，一般采用開級配抗滑磨耗層，該混合黏結(jié)層具有良好的高溫穩(wěn)定性和透水性能。再次是鋪裝面層sma混合料的選擇，一般采用改性瀝青配置不同粒徑的sma混合料。最后采用有限元軟件分板混凝土橋面的鋪裝層的受力特性，重點分析鋪裝層底部拉應(yīng)力、上鋪裝層內(nèi)部的水平剪應(yīng)力、各層次之間的剪應(yīng)力以及防水黏結(jié)層的內(nèi)應(yīng)力。通過上述步驟并結(jié)合相關(guān)實驗結(jié)果分析，提出透水橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式，同時設(shè)計橋面邊緣排水系統(tǒng)。采用結(jié)構(gòu)內(nèi)排水技術(shù)，可以降低動水壓力對結(jié)構(gòu)層的沖刷，對提高瀝青路面、橋面的使用性能有不可忽視的作用。在新一輪道路建設(shè)中處治這些路面病害，對提高高速公路瀝青路面質(zhì)量、延長高速公路路面及橋面的使用壽命、節(jié)約建設(shè)總體投資等都要有重