赤道幾內(nèi)亞瀝青路面破壞成因以及預(yù)防

赤幾涅-恩經(jīng)援路工程瀝青路面早期破損原因及預(yù)防措施1．概述赤道幾內(nèi)亞（以下簡稱赤幾）位于非洲中西部，西臨大西洋，北鄰喀麥隆，東、南與加蓬接壤。國土面積28051平方公里，截止到2006年底，人口約為106萬。該國屬熱帶雨林氣候，年均降雨量2112.6毫米,年平均降雨天數(shù)152天，日最大降雨量144毫米，小時暴雨強(qiáng)度為23.5毫米；全年分為兩個雨季和兩個旱季，3－5月份和9－11月份為雨季，12－2月份和6－8月份為旱季。年平均氣溫24～26℃,氣溫變化在攝氏15度和32度之間；年平均相對濕度為88.8%；年平均日照5小時，一、二月份平均日照最長，在6小時以上；九、十月份平均日照最短，在4小時以內(nèi)。2000年，中國路橋集團(tuán)總公司（現(xiàn)中國路橋工程有限責(zé)任公司）獲得了援助赤幾的涅方－恩圭公路工程的授權(quán)。該項目位于赤幾大陸西北部，路線經(jīng)過地區(qū)為山嶺重丘區(qū)，道路全長33.2km。該項目于2001年2月份開工，2003年5月份竣工，保質(zhì)期一年。公路等級為三級（山嶺重丘區(qū)），設(shè)計行車速度為40Km/H，路基寬9m，路面寬7m，兩側(cè)各有1m的表處硬路肩。橋涵設(shè)計荷載為汽-20掛100，路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100KN。路面結(jié)構(gòu)自上而下為2.5cm厚的AK-13I的細(xì)粒式瀝青混凝土磨耗層，4cm厚的AC16I的中粒式瀝青混凝土面層，20cm厚的水泥穩(wěn)定天然級配礫石基層，30cm厚天然級配礫石底基層。2003年5月赤幾總統(tǒng)為這項工程頒發(fā)了榮譽(yù)獎?wù)隆?.路面破損現(xiàn)狀和成因分析赤幾原屬世界貧窮國家倒數(shù)第三位，自1994年發(fā)現(xiàn)石油并從1996年石油大規(guī)模開采以來，該國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由林業(yè)和農(nóng)業(yè)為主轉(zhuǎn)向石油和林業(yè)為主；經(jīng)濟(jì)連年高速增長，國內(nèi)生產(chǎn)總值由1994年的1億美元上升到2006年的87億美元,人均國內(nèi)生產(chǎn)總值由1994年的259美元上升到2006年的8787美元。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該國社會車輛急劇增多，重車也成倍增加。自2004年6月涅方-恩圭公路養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后至今，一些路面出現(xiàn)局部破損。下面分別就該公路上出現(xiàn)的主要破損形式和形成原因逐一進(jìn)行分析：2.1橫向裂縫2.1.1現(xiàn)象裂縫與路中心線基本垂直，縫寬不一，縫長有貫穿整個路幅的，也有部分路幅的。2.1.2原因分析該公路的橫向裂縫成因主要有以下兩種：一是半剛性基層收縮裂縫的反裂縫，二是橋梁或涵洞兩側(cè)的填土產(chǎn)生固結(jié)或地基沉降。2.2網(wǎng)狀裂縫2.2.1現(xiàn)象裂縫縱橫交錯，縫寬1mm以上，縫距40cm以下，1m2以上。2.2.2原因分析：該公路的橫向裂縫成因主要有以下兩種：該公路的網(wǎng)狀裂縫成因主要有以下兩種：二是路面出現(xiàn)橫向或縱向裂縫后未及時封填，致使水分滲入下層，加劇了路面破損，二是瀝青層層間粘結(jié)差，水分滲入滯留在半剛性基層表面，不能很快排出，加速裂縫的形成。2.3局部沉陷2.3.1現(xiàn)象:路面上有較大的不平整和凹陷變形，并伴有龜裂。2.3.2原因分析：該公路的局部沉陷成因主要有以下兩種：一是軟土地基處理不善，二是橋梁兩側(cè)回填不善，兩側(cè)的填土產(chǎn)生較大的不均勻沉降。2.4坑槽2.4.1現(xiàn)象：表層局部松散，形成深度2cm以上的凹槽。在水的侵蝕和行車的作用下，凹槽進(jìn)一步擴(kuò)大，或相互連接，形成較大較深坑槽，嚴(yán)重影響行車的安全性和舒適性。2.4.2原因分析：該公路的坑槽成因主要有以下三種：在搶工期階段拌和樓夜間施工時沒能很好地控制和調(diào)整礦料顆粒組成的變化（體現(xiàn)在細(xì)料偏少和拌和不太均勻），從而導(dǎo)致鋪就的瀝青混凝土的不均勻性，在雨水和行車等作用下，面層材料性能日益惡化松散，開裂，逐步形成坑槽。攤鋪時，下層表面泥灰，垃圾等未徹底清除，使上下層不能有效粘結(jié)。養(yǎng)護(hù)不及時。當(dāng)路面上出現(xiàn)松散，脫皮，網(wǎng)裂等病害時，或在機(jī)械行使中被刮鏟損壞后，未及時養(yǎng)護(hù)修復(fù)。2.5松散2.5.1現(xiàn)象：面層集料之間的粘結(jié)力喪失或基本喪失，路表面可觀察到成片懸浮的集料或小塊混合料，面層的部分區(qū)域明顯不成整體。干燥季節(jié)，在行車作用下可見輪后粉塵飛揚(yáng)。2.5.2原因分析：該公路的松散成因主要有以下四種：礦料潮濕或不潔凈，與瀝青粘結(jié)不牢。雨天攤鋪，水膜降低了集料間的粘結(jié)力?；鶎訌?qiáng)度不足，或呈濕軟狀態(tài)時攤鋪瀝青混凝土，在行車作用下可造成面層松散。在瀝青路面使用過程中，溶解性油類的泄漏，雨雪水的滲入，降低了瀝青的粘結(jié)性能。在赤幾的雨季，行車道上的局部網(wǎng)裂逐漸松散。2.6啃邊2.6.1現(xiàn)象；路面邊緣破損松散、脫落。2.6.2原因分析：路邊積水，使集料與瀝青剝離、松散。路面邊緣碾壓不足，面層密實度較差。路面邊線基層松軟，強(qiáng)度不足，承載力差。3路面破損的綜合分析及點滴建議公路的設(shè)計，施工和養(yǎng)護(hù)任何一個環(huán)節(jié)，都于公路的使用壽命有著密切關(guān)系。下面筆者將從設(shè)計，施工和養(yǎng)護(hù)三個環(huán)節(jié)綜合剖析該公路路面破損的原因。3.1設(shè)計因素3.1.1交通量設(shè)計未能滿足實際增長需要，引起路面疲勞開裂疲勞開裂是瀝青混凝土在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的，其原因是:(1)施加的荷載超過了結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。(2)實際交通且超過了設(shè)計交通量。(3)各結(jié)構(gòu)層承載能力的降低。瀝青路面在車輪荷載的作用下，產(chǎn)生壓縮、彎曲和剪切變形。荷載長期反復(fù)作用會使瀝青表面逐漸產(chǎn)生疲勞開裂。在交通量急劇增加、重型車輛增多或路基路面強(qiáng)度不足時，路面在車輪荷載作用下產(chǎn)生的彎沉值過大，會大大加速瀝青路面的疲勞破壞。瀝青路面在車輪荷載的沖擊、震動、擠壓作下，礦質(zhì)顆粒接觸點處產(chǎn)生的擠壓力和剪切應(yīng)力，有時可以超過礦石材料的極限強(qiáng)度，而使礦質(zhì)顆粒產(chǎn)生碎裂而破壞。同時，礦質(zhì)顆粒之間的摩擦也會引起粒料表面的磨損，使瀝青混合料中的粉料增加。瀝青混合料級配組成的改變，使瀝青混合料內(nèi)摩阻力降低，抗剪強(qiáng)度下降。由于集料的破損面上不覆瀝青層，使顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致瀝青路面強(qiáng)度衰降，這也是造成路面破損的重要因素。河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院于1999年7月份抵達(dá)赤幾后，在對交通量的調(diào)查研究中沒有充分考慮到大量基礎(chǔ)工程項目擴(kuò)張而帶來的重型施工車輛的急劇增加。從2003年涅－恩路竣工以來，赤幾的基礎(chǔ)建設(shè)迅速膨脹，全面開花。由于赤幾的原材料供應(yīng)地集中在巴塔，所有的海運(yùn)物資都要通過巴塔港轉(zhuǎn)運(yùn)，所以無論是油料，水泥，鋼筋等都需從巴塔運(yùn)抵其他施工現(xiàn)場，重型拖車也滿載著機(jī)械設(shè)備或集裝箱從巴塔奔往各公司施工營地；另外，北京市政公司，福建武夷公司，意大利GENERALWORKS公司，法國SOGIA公司，南斯拉夫ECOSA公司的石料場都集中在距巴塔20公里附近的BINDUNG，在涅方至米克梅森的基礎(chǔ)建設(shè)石料運(yùn)輸基本上都從涅－恩路上經(jīng)過；再者，由于恩圭處在赤幾交通樞紐的位置，東到埃貝比因去喀麥隆，南到蒙戈莫去加蓬。所以隨著邊境貿(mào)易量的增長，從喀麥隆或加蓬方面來的重型車輛或中型車輛也日益增多。從上述情況可以看出，本條道路的兩車道累計當(dāng)量軸次嚴(yán)重失衡。從涅方－恩圭方向的累計當(dāng)量軸次數(shù)倍于恩圭－涅方方向的累計當(dāng)量軸次。這必然導(dǎo)致涅方－恩圭方向的道路提前達(dá)到疲勞壽命而產(chǎn)生疲勞破壞。另外，隨著赤幾經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，涅方－恩圭公路上的交通量逐年成倍增長。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計中的預(yù)期交通增長量。這也將導(dǎo)致該公路使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計壽命。3.1.2路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計欠佳該公路的設(shè)計因為考慮到資金問題，沒有考慮到道路的遠(yuǎn)景規(guī)劃和施工養(yǎng)護(hù)。赤幾水泥供應(yīng)嚴(yán)重短缺，而20cm，6%含量的無機(jī)結(jié)合料半剛性基層需用大量的水泥，這必然會導(dǎo)致施工延誤。另外，赤幾一年有半年雨季，在雨季里，施工現(xiàn)場周圍幾十公里也找不到干土，施工單位不得不在水泥穩(wěn)定礫石土中加大水泥用量。在含水量大的基層施工中，碾壓遍數(shù)可能存在不均勻情況，壓實度不足、厚度不夠等因素都會造成基層路面穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低。再者，半剛性基層的反射裂縫的根治一直是個難題。在多雨的赤幾，反射裂縫的出現(xiàn)加上養(yǎng)護(hù)欠佳必然會導(dǎo)致路面其他形式的破損從而縮短道路使用壽命。根據(jù)赤幾的山區(qū)地形，石料豐富，雨量充沛的特點，筆者認(rèn)為應(yīng)該采用下面的設(shè)計更加合理：三層瀝青表面處置處治磨耗層，15cm的高質(zhì)量粗粒式級配碎石，15cm的中質(zhì)量粗粒式級配碎石，30cm厚天然級配礫石底基層。采用這種結(jié)構(gòu)將不會使造價大幅度增加，而且路面結(jié)構(gòu)中的材料不易遭受疲勞，又可以避免高溫多雨的赤幾經(jīng)常發(fā)生的路面水損害。每隔8年可對路面做一次封層（單層表面處治），以恢復(fù)表面的抗滑性能。在公路設(shè)計不能滿足遠(yuǎn)景交通量時還可以在上面直接加鋪瀝青混凝土面層。3.1.3排水設(shè)計考慮不充分為防止瀝青路面因水而引發(fā)早期破壞，除要求路基、路面必須具備足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度外，還要求路面有較好的排水佳能。為此，路面排水應(yīng)成為路面設(shè)計中的重要內(nèi)容。路面排水可分為路表排水和結(jié)構(gòu)排水。路表排水是指水沿橫坡和路線縱坡所合成的坡度漫流到路基邊坡進(jìn)人邊溝。路面結(jié)構(gòu)排水在現(xiàn)階段的設(shè)計中考慮還不充分。3.1.3.1透層和下封層的設(shè)計該公路的透層采用噴灑乳化瀝青和撒石屑的做法，但是透油深度有限（小于5mm），筆者建議透層采用煤油或煤焦油稀釋中凝液體瀝青，下封層采用改性乳化瀝青做稀漿封層（4－6mm）。這樣既能起到很好的封水作用，又能減少基層直接受雨水沖刷并利于層間排水，從而避免路面出現(xiàn)水損害。3.1.3.2軟地基與高填土路基的橫坡排水設(shè)計考慮到軟土路基的沉降有一個較長的穩(wěn)定時段作用，在此時段內(nèi)路面也會沉陷，橫坡減小?？稍谠O(shè)計路基時增加0.5％－1％的預(yù)拱度，以抵消路面橫坡的損失。3.1.3.3橋面鋪裝設(shè)計橋面瀝青鋪裝易損壞主要是由于表面水滲入水泥混凝土橋面鋪裝頂層不能及時通過泄水孔排出而滯留起來，因此設(shè)計泄水孔孔徑一定要大于瀝青面層的厚度，泄水孔孔底標(biāo)高要低于水泥混凝土鋪裝頂標(biāo)高，護(hù)欄邊緣15cm寬以內(nèi)的下面層改為瀝青碎石，空隙率大于15%，確保橋面和瀝青層之間的水及時排出。3.2施工問題3.2.1基層養(yǎng)生期不夠在水泥穩(wěn)定礫石土施工中，養(yǎng)生期間部分路段受地形所限，無法修建便道，在雨季也無法采用覆蓋措施。施工單位除灑水養(yǎng)護(hù)外，不能封閉交通，不能限制重車通行，也不能把車速限制在40km/h內(nèi)，致使水泥穩(wěn)定礫石土結(jié)構(gòu)層長期裸露，并在早期養(yǎng)生階段巳遭到潛在破壞。水泥的水化反應(yīng)及物理化學(xué)性質(zhì)不斷變化到達(dá)一定時間后，水泥的膠結(jié)作用使半剛性材料強(qiáng)度初步形成·此時重車荷載施加在此結(jié)構(gòu)上，使半剛性路面基層的整體性受到損壞，削弱了后期的板體性。3.2.2清掃不夠在鋪筑瀝青混凝土前，雨季施工無法封閉交通，在瀝青混凝土鋪筑時不可避免會有泥土被帶到已經(jīng)清掃完畢的基層面上或已經(jīng)灑過粘層油的下層瀝青混凝土上，在雨水作用下，泥土細(xì)料變軟被行車載荷擠壓成的高壓水流沖刷成漿，進(jìn)而涉及到瀝青面層表面。3.3養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)3.3.1漏油損壞赤幾目前還沒有對車輛的檢驗和監(jiān)督控制體系。任何能跑的車輛都可以在公路上行使。許多車況不佳的車在瀝青路面上行使，灑、漏柴油或機(jī)油現(xiàn)象非常普遍，出了事故車輛或拋錨車輛直接在路上修理，沒有任何公路保護(hù)措施。所有這些都會嚴(yán)重地使柴油，機(jī)油接觸面處的瀝青粘結(jié)力降低，出現(xiàn)松散、露骨等現(xiàn)象。3.3.2養(yǎng)護(hù)欠佳赤幾沒有道路養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。在路面出現(xiàn)小面積松散、坑槽、局部裂縫后沒有及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)，致使破損加大。道路排水系統(tǒng)受損嚴(yán)重。邊溝內(nèi)外雜草、灌木叢生，人為堵塞嚴(yán)重，局部地段的邊溝己經(jīng)消失，局部完好的邊溝過水?dāng)嗝孢^小。無人養(yǎng)護(hù)的排水系統(tǒng)導(dǎo)致排水不暢，從而導(dǎo)致路面破損。3.3.3法規(guī)不完善赤道幾內(nèi)亞目前還沒有公路法，對于車輛超載運(yùn)輸沒有明確的法律約束和制裁措施。4.路面破損的預(yù)防措施綜上所述，涅—恩經(jīng)援路瀝青路面早期破損的原因是多方面的，既有設(shè)計不周的原因，也有施工中的客觀原因和使用中的養(yǎng)護(hù)原因。下面筆者就涅—恩經(jīng)援路上的各種破損現(xiàn)象給出建議性的預(yù)防措施，以供以后的公路工程施工參考。4.1橫向裂縫：采取有效措施減少半剛性基層收縮裂縫：在施工時合理選擇水泥穩(wěn)定混合料的配比，控制細(xì)料數(shù)量；重視結(jié)構(gòu)層的養(yǎng)護(hù)，經(jīng)常灑水，防止水份過快損失，及早鋪筑上層或進(jìn)行封層，以利減少干縮。橋涵兩側(cè)填上充分壓實或進(jìn)行加固處理；施工后沉降嚴(yán)重地段事前應(yīng)進(jìn)行軟土地基處理和合理的路基施工組織。4.2網(wǎng)狀裂縫瀝青面層攤鋪前，對下臥層應(yīng)認(rèn)真檢查，及時清除泥灰，處理好軟弱層，保證下臥層穩(wěn)定，并宜噴灑0.3~0.6kg／m2粘層瀝青。瀝青面層各層應(yīng)滿足最小施工厚度的要求，保證上下層的良好連結(jié)；并從設(shè)計施工養(yǎng)護(hù)上采取措施有效地排除雨后結(jié)構(gòu)層內(nèi)積水。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)做好交通量調(diào)查和預(yù)測工作，使路面結(jié)構(gòu)組合與總體強(qiáng)度滿足設(shè)計使用期限內(nèi)交通荷載要求?；鶎颖仨氝x用水穩(wěn)定性良好的有粗粒料的石灰、水泥穩(wěn)定類材料。4.3局部沉陷在路基施工控制中要認(rèn)真處理好軟土地基，合理安排軟基固結(jié)沉降的工期，考慮施工后沉降量的影響，可適當(dāng)抬高路基施工標(biāo)高，盡量減少采用面層貼補(bǔ)沉降量的做法。路面施工安排宜在沉降趨于穩(wěn)定后進(jìn)行。路面瀝青層設(shè)計厚度可適當(dāng)減薄，分期實施。先鋪筑下層瀝青混凝土，待通車一段時間沉降穩(wěn)定后加鋪一層抗滑表層，這樣做可以大大減少因沉陷變形而采用瀝青混凝土貼補(bǔ)的巨大損失，做到既經(jīng)濟(jì)又趨于科學(xué)合理。橋梁施工應(yīng)盡量提前進(jìn)行，臺背回填應(yīng)盡量在土方施工前完成。橋頭兩側(cè)回填應(yīng)嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的要求選用合適的透水性材料分層填筑壓實至規(guī)范規(guī)定的壓實度。臺后地基若為軟土，應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的處理，在設(shè)計時盡量延長搭板設(shè)計長度（一般宜大于10m）。預(yù)壓沉降控制值應(yīng)在施工搭板前完成。4.4坑槽瀝青面層應(yīng)具有足夠的設(shè)計厚度，特別是上面層，不應(yīng)小于施工壓實層的最小厚度，以保證在行車荷載作用下有足夠的抗力。瀝青混合料配合比設(shè)計宜選用具有較高粘結(jié)力的較密實的級配。若采用空隙率較大的抗滑面層或使用酸性石料時，宜使用改性瀝青或在瀝青中摻加一定量的抗剝落劑以改善瀝青和石料的粘附性能。瀝青混合料拌制過程中，應(yīng)嚴(yán)格掌握拌和時間、瀝青用量及拌和溫度，保證混合料的均勻性，嚴(yán)防溫度過高瀝青焦枯現(xiàn)象發(fā)生。在攤鋪瀝青混合料面層前，下層應(yīng)清掃干凈，并均勻噴灑粘層瀝青。面層攤鋪后應(yīng)按有關(guān)規(guī)范要求碾壓密實。如在老路面上罩面，原路面上坑槽必須先行修補(bǔ)之后，再進(jìn)行罩面。當(dāng)路表面出現(xiàn)松散、脫皮、輕微網(wǎng)裂等可能使雨水下滲的病害，或路面被機(jī)械刮鏟受損，應(yīng)及時修補(bǔ)以免病害擴(kuò)展。4.5松散在瀝青混合料生產(chǎn)過程中，應(yīng)選用干凈的集料，集料的含泥量不得超過規(guī)定的要求；集料在進(jìn)人拌缸前應(yīng)完全烘干并達(dá)到規(guī)定的溫度；除按規(guī)定加入瀝青外，還應(yīng)在拌制過程中隨時觀察瀝青混合料的外觀，是否有因瀝青含量偏少而呈暗淡無光澤的現(xiàn)象，拌制新的級配的瀝青混合料時尤應(yīng)加強(qiáng)觀測；集料烘干加熱時的溫度一般控制不超過180度，避免過高，否則會加快瀝青中的輕質(zhì)油份揮發(fā)，使瀝青過早老化，影響瀝青混凝土整體性。瀝青混合料運(yùn)到工地后應(yīng)及時攤鋪，及時碾壓。攤鋪溫度及碾壓溫度偏低會降低瀝青混合料面層的壓實質(zhì)量。攤鋪后應(yīng)及時按照有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范要求碾壓到規(guī)定的壓實度，碾壓結(jié)束時溫度應(yīng)不低于70度；應(yīng)避免在氣溫低于10度或雨天施工。路面出現(xiàn)脫皮等輕微病害時，應(yīng)及時修補(bǔ)。4.6啃邊合理設(shè)計路面排水系統(tǒng)、注意日常養(yǎng)護(hù)，經(jīng)常清除雨水口進(jìn)水孔垃圾，使路面排水暢通。施工時