（机械设计及理论专业论文）沥青路面裂缝和坑槽破损机理与修补技术研究.pdf

摘要 本文主要针对沥青路面的裂缝和坑槽的破损机理和修补技术进行了详细的 分析，对裂缝和坑槽的形成和修补机理进行全面、科学合珲的研究，为以后的裂 缝和坑槽修补提供了理论依掘和实际施工经验。 根据沥青路面裂缝和坑槽破损的几何形状及成因，对其进行了全面、细致的 分类，并对其大小和严重程度等级进行了划分。本文对提出的沥青路面六种典型 裂缝进行了深入分析，得出了产生裂缝的基本原因：并用表面张力理论对四种典 型坑槽的破损的产生进行分析，提出了获得理想维修效果的具体要求。 本文通过对裂缝修补机理和修补时机的分析，得出了裂缝修补时对裂缝的开 槽槽壁和灌缝材料的要求以及最佳的灌缝时间。本文对裂缝开槽的参数( 宽深比) 进行了分析，从开槽的理论宽度和实际施工的宽度进行详细的分析，得出了较好 的开槽的参数( 宽深比) 。根据接缝槽壁的混凝士弹性模量远大于裂缝修灌缝材 料的模量，本文对裂缝修复后的材料采用大变形有限元受力分析，得出了裂缝修 复后的灌缝材料的最大应力出现的角点，以及拉伸应力的方向角与剪切应力的方 向角之间的关系和最大应力的计算方法。 对沥青路面裂缝修补的材料进行分析和比较，得出了各种材料的适用范围， 同时提出了裂缝修补材料的五种评价指标，以及探讨了五种评价指标的试验方 法，对以后灌缝材料的试验研究提供了合理的研究方案。按永久性修补要求，归 纳提炼了裂缝修补施工工艺步骤，提出了可供沥青路面裂缝修补人员直接采用的 工艺方案。对裂缝修补设备进行合理匹配研究，得出了合理匹配的计算公式。 本文对填料式、挖补式、热烘式和喷射式四种坑槽修补技术进行详细的分析 和比较，得出各种坑槽修补技术合理的适用天气和温度。同时本文按照永久性坑 槽修补技术要求，研究了坑槽的施工工艺，归纳提炼出了坑槽修补施工工艺的步 骤。同时提出了称重修补坑槽技术的原理和思想，能进一步精确控制坑槽的填料 量和压实度。 关键词：沥青路面；裂缝；坑槽；破损机理：修补技术；有限元分析；施工工 艺 a b s t r a c t 1 r h i st h e s i sp r i m a r i l ya n a l y s e st h ed i s t r e s sm e c h a n i s m sa n dr e p a i rt e c h n i q u e so f t h ea s p h a l t sc r a c k sa n dp o t h o l e s s t u d yo nt h ec a u s e sa n dr e p a i rm e c h a n i s m so f c r a c k sa n dp o t h o l e ss c i e n t i f i c a l l ya n dr a t i o n a l l y n et h e s i so f f e r st h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o na n da c t u a le x p e r i e n c ef o rt h ec o n s t r u c t i o n a c c o r d i n gt oa s p h a l tr o a dc r a c k sa n dp o t h o l e sd i s t r e s sg e o m e t r i cf o r m sa n d c a u s e s ，t oc l a s s i f yt h ec r a c k sa n dp o t h o l e sr a t i o n a l l ya n dc a r e f u l l y ，a n dd i v i d et h e m a c c o r d i n gt ot h e i rs i z ea n ds e v e r i t yg r a d e n j st h e s i ss t u d i e so nt h es i xk i n d so f t y p i c a lc r a c k so ft h ea s p h a l tr o a dt h o r o u g l l l y t oo b t a i nt h eb a s i cr e a s o no ft h ec r a c k o c c u r r e n c e a n dw i t hs u r f a c et e n s i o nt h e o r yt oa n a l y s e st h ef o u rk i n d so c c u r r e n c eo f p o t h o l e s o b t a i nt h ei d e a le f f e c tf o rt h es p e c i f i cr e q u e s t a c c o r d i n gt oa n a l y z ec r a c k sr e p a i rm e c h a n i s ma n dr e p a i rt i m e o b t a i nt h e r e q u e s to ft h e6 r a c k ss l o tw a l la n dp a t c h i n gm a t e r i a lw h e nc r a c kp a t c h i n ga n dt h eb e s t p a t c h i n gt i m e t h i st h e s i sa n a l y z e s t h ec r a c ks l o tp a r a m e t e r ( w i d t h d e e pr a t i o ) c a r r i e so nt h ed e t a i l e da n a l y s i sf r o mt h es l o tt h e o r yw i d t ha n dt h ea c t u a lc o n s t r u c t i o n w i d t h , t oo b t a i nt h eb e t t e rs l o tp a r a m e t e r ( w i d t h - d e e pr a t i o ) a c c o r d i n gt ot h ec o n c r e t e e l a s t i c i t yc o e f f i c i e n tf a rb i g g e rt h a nt h em o d u l eo ft h ec r a c kp a t c h i n gm a t e r i a l , t h i s t h e s i su s 器t h eb i gd i s t o r t i o nf e mm e t h o dt ot h ec r a c kp a t c h i n gm a t e r i a l a n do b t a i n t h eb i g g e s ts t r e s sp o i n t so ft h ec r a c kp a t c h i n gm a t e r i a l ，a sw e l la st h er e l a t i o n st e n s i o n s t r e s sa n g l eb e t w e e ns h e a rs t r e s sa n g l ea n dc o m p u t a t i o n a lm e t h o do fb i g g e s ts t r e s s 。 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sa n dt h ec o m p a r i s o nt ot h ea s p h a l tr o a dc r a c kp a t c h i n g m a t e r i a l ，t oo b t a i nt h ea p p l i c a b l es c o p eo fe a c hk i n d so fm a t e r i a l , s i m u l t a n e o u s l yt o p r o p o s et h ef i v ek i n do fa p p r a i s a l st a r g e to fc r a c kp a t c h i n gm a t e r i a l ，a sw e l la sd i s c u s s f i v ea p p r a i s a l st a r g e t st e s t i n gm e t h o d s ，t op r o v i d et h er e a s o n a b l er e s e a r c hp l a nf o r l a t e rt h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo ft h ep a t c h i n gm a t e r i a l a c c o r d i n gt o p e r m a n e n t p a t c h i n gr e q u e s t , r e f i n et h ec r a c kp a t c h i n gc o n s t r u c t i o nc r a f ts t e p s ，s u p p l yt h em e t h o d f o rt h ep e r s o n n e ld i r e c t l yt ot h ea s p h a l tr o a dc r a c k s t u d yo nt h ec r a c kp a t c h i n g e q u i p m e n tm a t c hr e a s o n a b l y o b t a i nt h er e a s o n a b l em a t c hf o r m u l a 1 1 l i st h e s i sa n a l y z e sa n dc o m p a r e st h ep a d d i n gt y p e ，t h ed i g g i n gt y p e ，h o td r i e s t h et y p ea n dt h ej e tt y p ep a t c h i n gt e c h n o l o g y , o b t a i nt h es u i t a b l ew e a t h e ra n dt h e t e m p e r a t u r eo fe a c hk i n d so fp o t h o l e sp a t c h i n gt e c h n o l o g y 。s i m u l t a n e o u s l ya c c o r d i n g t op e r m a n e n tp o t h o l e sp a t c h i n gs p e c i f i c a t i o n ，s t u d yt h ec o n s t r u c t i o nc r a f to ft h e p o t h o l e s ，r e f i n e dt h ep o t h o l e sp a t c h i n gc o n s t r u c t i o nc r a f ts t e p s i m u l t a n e o u s l ys u p p l y t h ep r i n c i p l ea n dt h et h o u 【g l i to ft h eh e a v yp o t h o l e sp a t c h i n gt e c h n o l o g y , i m p r o v et h e c o m p a c t n e s sa n dc o n t r o lp o t h o l e sp a d d i n gq u a n t i t yp r e c i s e l y k e yw o r d s ：a s p h a l tr o a d ；c r a c k s ；p o t h o l e s ；d i s t r e s sm e c h a n i s m s ； p a t c h i n gt e c h n o l o g y ；f e ma n a l y s i s ；c o n s t r u c t i o np r o c e d u r e s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 五丐波 山。毛年6 月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 可诫乙 导师签名：_ 肠士纽 ) 年6 月罗日 孑气咒，6 年舌月9 日 第一章绪论 我国在过去的几十年中，高速公路建设的速度很大，规模也达到顶峰时期， 并且在将来的一段时间中也将持续的发展，同时公路运输完成的运输量也在迅速 的增加。由于我国高速公路的建设起步比较晚，技术力量的储备也不雄厚，并且 我国的气候和交通荷载条件恶劣，车辆超载严重，优质的道路石油沥青等原材料 缺乏等原因，铺筑的高速公路路面结构还存在种种问题，一些路段的建设水平不 如人意，甚至通车几年就发生了车辙、严重丌裂、泛油、坑槽等一些早期损坏现 象，这样就必须进行大面积的维修。通过大量的调查研究认为，我国高速公路早 期建成通车不久，短期内发生不同程度的如开裂、车辙、水损坏等早期损坏，这 些病害基本上都是局部的、个别的。大部分表现为局部的坑槽、松散等水损坏， 车辙、推拥的流动性变形，各种裂缝可以通过局部性的维修得到缓解。如果沥青 路面出现了裂缝，在汽车运营过程中，会受到水的冲刷作用，裂缝向下发展，随 着时间的推移，路面容易形成坑槽，甚至大面积破坏，影响高速公路的正常运营。 对高速公路早期损坏进行小型维修是很必要的，特别是对裂缝和坑槽的修补，可 以延缓高速公路的破坏，延长公路的寿命，对社会和经济效益都有很大的作用。 1 i沥青路面裂缝和坑槽修补技术的现状与发展方向 详细了解国内外该课题的情况和发展方向，有利于正确的认识沥青路面小型 养护技术和养护设备的研究程度，在认真吸收其他研究成果的基础上，更进一步 做好研究课题，以便于提出更好的养护方法和思想，为沥青路面的养护提供一些 宝贵的意见。也只有在明确小型养护的发展方向以后，才能从实际施工中提高养 护技术，同时给社会带来更大的经济效益。 1 1 1 国内外公路小型维修的发展状况 进入八十年代中期，国外发达国家新建公路速度趋于平缓，公路养护工作已 成为公路部门的工作重点。裂缝填封和坑槽修补作为养护部门最常见的两项日常 养护工作，不论在国内还是在国外都受到了有关部门的广泛重视。 一、沥青路面裂缝填封技术 裂缝填封处理的裂缝主要针对纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝以及反射裂缝。 通常裂缝的填封工艺为：缝宽在6 m m 以内的，宜将缝隙刷扫干净，并用压缩空气 吹去尘土后，采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵；缝宽在6 m m 以上的，应剔 除缝内杂物和松动的缝隙边缘，或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净，采用砂粒式或 细粒式熟拌沥青混合料填充、捣实，并用烙铁封1 2 1 ，随即撒砂、扫匀【1 l o 也可采 用乳化沥青混合料填封。当然，有些填封工艺还有所变化。如有的在灌缝前，用 液化气将压缩空气加热，对裂缝进行吹扫、烘干、预热，待缝壁加热至粘性状态 后，再把液态沥青或沥青砂浆喷抹到缝中，最后在缝口表面撒布热砂或石屑加以 保护。对细小成熟的裂缝，直接灌浆不很理想，所以要用盘式铣刀进行扩缝，然 后进行清扫、加热、灌浆等处理。还有的利用再生技术对裂缝处再生，先用加热 器，在裂缝处宽5 - - 1 0 c a 范围内，加热数分钟后，裂缝处的沥青混凝土便可变软， 缝深则加热时问长。此时再用油壶倒入适量沥青，掺入少量砂子或石屑，人工就 地热拌，使裂缝处自上到下左右两边形成含油量较大的新混合料，找平撒砂。此 工艺方法可吸收各种因素引起的应力，消除裂缝，但较费工、费时。而国外的裂 缝填封工艺的研究更深入些。 目前普遍采用的裂缝填封材料可分成三种类型f 2 l1 3 1 第一类是热灌式橡胶地 沥青，因其价格最为低廉，对施工人员的要求不苛刻而受到广泛采用。第二类是 有机硅树脂，由于其粘度太大，不宜充分渗入裂缝，且对施工条件要求高，既费 时又昂贵，故大多用于密封新建混凝土路面的接缝。第三类是冷灌式填缝料，是 以乳化地沥青为基本物质的填缝料，其受限制条件较少，不需加热使用，可用在 潮湿的路面、有灰尘的壁面，其性能影响较小 二、沥青路面坑槽修补技术 坑槽修补主要是针对坑槽、局部网裂、龟裂等病害的修补和加强，同时还可 对局部沉陷、拥包以及滑移裂缝等病害进行修补。通常沥青路面坑槽修补的施工 工艺为：测定破坏部分的范围和深度，按“圆洞方补”原则，划出大致与路中心 线平行或垂直的挖槽修补轮廓线( 正方形或长方形) 。开槽应开凿到稳定部分，槽 壁要垂直，并将槽底、槽壁清除干净。在干净的槽底、槽壁薄刷一层粘结沥青， 随即填铺备好的沥青混合料；新填补部分应略高于原路面，待行车压实稳定后保 2 持与原路面相平。而具体的坑槽修补方法较多f 4 1 ，一般有热补法、喷补法、热再 生法等三种方式。 ( 1 ) 热补法：其修补工序是首先用破碎工具铲除需补部位旧路面，然后喷洒 沥青粘结层，填充新的热拌沥青混合料，并摊平、压实。 ( 2 ) 喷补法：这种方法利用高压喷射方式，将乳化沥青经过喷管与输送来的 骨料相混合，通过控制喷管上的乳液、骨料和压缩空气3 个开关，把混合料均匀、 高速地喷洒到坑槽中。达到密实粘结效果，无需碾压，并不需沥青混凝土拌合厂 配合，且不受气候变化影晌。 ( 3 ) 热再生法：其修补方法是先将高效热辐射加热板放置到待补区域，使得 旧沥青路面软化，然后耙松被软化的沥青旧料，喷洒乳化沥青使旧料现场再生， 补充新沥青混合料拌合，并摊铺、压实。这种方法可对旧料进行现场再生利用， 减少了环境污染，资源浪费，降低了维修成本，进行修补作业时且不受气候变化 影响。 沥青路面裂缝和坑槽的养护维修技术，在国内、国外都有了较大的发展，。袒 是对于沥青路面裂缝的填封和坑槽的修补仍属于一种粗旷式的，特别是在国内。 当前，裂缝填封料和坑槽修补料种类很繁多，至于哪种更好、更适宜，养护部门 选用时很盲目，而且对于具体的裂缝填封工艺和坑槽修补工艺在国内外研究都很 少。比如：裂缝开槽填封是否有必要，开槽开多大为宜，开槽型式怎样，裂缝填 封时机的选择以及具体的填封步骤等；对坑槽修补来说，沥青路面破损处是否有 必要将其开挖成正方形或长方形，不开槽、开成垂直槽壁还是斜坡形的坑槽哪种 方式更利于保证其修补后的耐久性，不同槽深、不同修补料松铺量应为多大，具 体的修补步骤等。而日前的养护维修工艺中仍然存在诸如：修补材料压实度不足、 平整度较差、修补料与旧料壁面粘结不好等问题。单纯地研制填封料和修补料， 或单纯的研究填封工艺和修补工艺，都不是一种科学的、完各的、最终的办法。 为了彻底搞好沥青路面裂缝和坑槽的养护维修工作，必须从材料、工艺( 包括质 量控制) 、设备三方而进行综合研究，才能取得事半功倍的效果。 1 1 2 国内公路养护存在的问题 同国内外发达国家相比，我国高速公路建设起步较晚，尽管近几年来我国高 等级公路建设取得了突飞猛进的发展，但高速公路养护大部分仍处于传统养护方 3 式，仍受计划经济和小生产的严重影响f 熨。目前我国高速公路养护工作仍存在一 些需要解决的问题。 ( 1 ) 养护管理体制不顺； ( 2 ) 养护机械化程度不高； ； ( 3 ) 缺乏专业化养护队伍； ( 4 ) 养护技术科技含量较低； ( 5 ) 重建轻养思想严重； ( 6 ) 缺少养护施工定额与相应的指标。 随着我国高等级公路事业的飞速发展，在不久的将来全国高等级公路的联网 将实现，因而在诸如车辆分类、服务标准、技术标准等高速公路基础管理方面， 应尽快制订科学且完善的技术规范和相应的标准。 。， 1 1 3 公路养护施工发展方向 根据国家有关部门的规划和要求，2 0 0 2 年“两纵两横”国道主干道线基本 建成通车，2 0 1 0 年“五纵七横”国道主干线基本建成通车。公路里程特别是高 等级公路里程的增加，以及2 0 世纪8 0 年代末陆续建成的高等级公路逐步进入中 修和大修期，公路养护的任务势必愈加繁重。 ， 。 在目前我国公路建设飞速发展的新形势下，对沥青路面的养护技术要深入进 行研究，对行之有效的沥青路面养护科技成果加大推广力度，以使我国的沥青养 护技术水平迅速提高。在当前的沥青路面的养护工作中，就养护技术而言，要重 视以下几个方面问题： ( 1 ) 重视养护新材料的研究与推广。 ， ，。 ( 2 ) 重视养护工艺的开发研究。 ( 3 ) 重视旧沥青路面再生技术的开发研究。 ， ( 4 ) 重视养护机械的开发研究 ( 5 ) 重视高等级公路预防性养护技术的开发研究。 1 2课题的提出及研究意义 f 大量的沥青路面己经或即将进入养护维修期，特别是高等级沥青路面，给沥 4 青路面的养护维修提出了一个全新的课题。沥青路面也要对其不断进行养护维 修，才能满足其快速、安全、舒适、高效的交通运输特点，延长其使用寿命，使 其发挥最大的经济效益和社会效益。而在各类养护维修作业中对路面使用性能和 耐久性影响最大的则是路面的养护维修1 作。沥青路面的养护维修工作一般可分 为两类：预防性养护和矫正性养护。沥青路面的预防性养护是指那些带有保护路 面和以减缓路面使用性能恶化速率为目的的作业，它通常用于没有发生损坏或只 有轻微缺陷和病害的路面。沥青路面的矫正性养护是指那些用来改正某种特定损 害的作业，它通常用于已经发生损害但还只属于局部损坏状态的路面f “。沥青路 面出现裂缝，若不及时作填封处理，雨水顺着空隙渗入，在行车荷载作用下，会 发生卿泥现象，导致沥青路面的破碎，出现坑槽，降低了路面的使用寿命；若拥 包和车辙处理得不及时，可使路面行驶状况下降，甚至加速路面结构层的破坏。 因此对沥青路面进行及时、有效的养护维修，才能保证其良好的与公路等级相适 应的服务水平 ， 美国联邦公路管理局( f h w a ) 组织实施的关于维修柔性路面的长期路用性能 试验s p s - 3 ，对其5 年试验数据进行了分析。s p s 一3 研究认为：路面养护维修的实 施对提高路用性能是非常有益的，并且不论路面的状态是良好、一般还是较差都 非常有效。而且通过路面性能曲线及相应费用( 图1 - 1 ) 说明了预防养护维修概念。 从图中，我们可看出通过几次养护维修使路面始终保持在良好的使用状态；而不 进行养护维修，路面在使用的中后期，其路用性能下降很快。 r 一 p 、 拟囊一 、 ，2” 。- | 0、 r 0 ，聪雌_ 毯图蛏燃：恕嗯& 心闷 图l 1 路面性能曲线及相府费用比较 5 寿帝t 车 美国m i c h i g a n 州交通运输部门( d o t ) 在1 9 4 2 年组织实施了一项预防养护维 修计划，对里程大约为4 2 6 5 k m 的干线路面进行了维修处治从1 9 9 2 年1 9 9 6 年， 该项计划总共只花费8 千万美元，而若采用翻修、重建计划，其花费将是预防养 护维修计划的1 4 倍。当然，翻修、重建计划可使路面寿命延长更多一些，但是养 护维修也可使现有路面寿命延长5 - 1 0 年同。很显然，养护维修可减缓由于交通荷 载和自然因素所造成的路面破损的产生，并推迟翻修和重建期的到来。但是，如 果延误维修或维修不及时，不仅使路面破损增多，而且还可造成维修费用的急剧 增多。图卜2 、图1 3 为路面破损前和破损后采用预防性罩面和薄层罩面为达到同 样寿命周期所需罩面厚度的对比嘲从图中可看到在路面破损前采用2 i n c h 的预 量 墓 蓍 麓 l 寰等攮轴次 图l 一2 路面破坏前维修所需罩面厚度 一 埘 t 壤 * 簟 - 嗡 l 襄钥i 轴次 图l 一3 路面破坏后维修所需罩面厚度 防性罩面，在效果上相当于破损后的5 7 5 i n c h 的薄层罩面，而费用却只有其1 3 。 从国内情况来看随着公路等级的不断提高，特别是高速公路通车里程数的 迅速增加，对沥青路面的养护维修工作提出了新的、更高的要求。加快我国沥青 路面养护维修新技术的研究，必须尽快提到日程上来。为了大力推广和发展公路 养护机械，必须使养护机械的技术水平不断提高，为此要不断加强对养护维修新 材料和新工艺的深入研究，特别是加强新材料、新工艺和新设备的综合研究，将 会取得事半功倍的效果。 j 1 3 本文的研究内容及方法 随着改革开放的不断深入和国民经济的飞速发展，高速公路的建设如火如 茶。同时高速公路的沥青路面维修也逐渐进入了高峰期，对高速公路早期损坏的 小型养护也显得尤为重要。特别是对沥青路面裂缝和坑槽的修补，可以延缓沥青 路面的大面积的破坏。本文结合京珠高速公路湖北段的沥青路面小型养护项目对 6 一一 裂缝和坑槽的维修主要做以下的研究。 一、在综合分析沥青路面早期破损形式的基础上，着重研究裂缝和坑槽的形 成机理，分析路面使用过程中各种应力的作用原理。探讨各种因素对裂缝和坑槽 形成的影响规律，寻求裂缝和坑槽的修补与防治的理论依据。 二、进行修补裂缝时开槽形参( 开槽宽深比) 的研究。在进行丌槽灌缝时， 对开槽宽度和深度的比值进行详细的研究，找出较佳的开槽形参( 宽深比) 范围。 对灌入的材料的受力有很大的影响，合理的宽深比可以提高维修裂缝的质量，延 长公路的使用寿命。 三、裂缝和坑槽的修复质量很大程度上取决于灌缝材料的性质，本文对灌缝 材料的物理化学特性进行了分析，并研究灌缝材料特性的测试方法。分析各种灌 缝材料的优缺点和适用范围，有助于在裂缝修补时材料的选择，同时提出了灌缝 材料的试验研究方法，寻找优良的、适宜的填缝材料。 四、对裂缝修复后的灌入材料进行有限元受力分析。经过对灌入材料进行受 力分析，找出最大应力集中点和最大应力的计算方法，有助于确定合适的施工工 艺，提高修复质量，延长维修的间断期。 五、结合裂缝的破损机理和修补特性，对裂缝维修施工工艺和设备进行研究。 对裂缝开槽时的裂缝构造进行研究和分析，寻找更为合理、正确的裂缝开槽的构 造和维修施工工艺。对裂缝修补设备进行分析，充分利用先进的设备；并对设备 进行合理匹配研究，找出合理的匹配方案，力求提高施工的通顺性和经济性。一 六、结合沥青路面坑槽破损的维修特性，并对国内外现有的坑槽修补技术进 行分析比较，找出正确的、合理的坑槽修补工艺。同时对关键的坑槽修补设备进 行了分析，寻找较好的坑槽修补设备。同时提出了坑槽称重修补技术的思想，并 进行了理论分析。 7 第二章沥青路面早期破坏形式及沥青路面的养护类型 2 1沥青路面的早期破坏形式 由于多种原因，沥青路面早期损坏的现象时有发生。沥青路面病害的成因比 较复杂，由于环境、地点、气候条件的不同，病害情况也不一样。沥青路面损坏 主要表现为以下几种形式 9 1 【1 0 1 2 1 1 裂缝 裂缝是沥青路面最主要的损坏。沥青路面上出现裂缝，按照成因不同分为横 向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型。 横向裂缝是指垂直于行车方向的裂缝。按照成因不同，横向裂缝又可以分为 荷载裂缝与非荷载裂缝两大类。荷载型裂缝是由于路面结构设计不当或施工质量 低劣，或者由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过 其疲劳强度而断裂。非荷载裂缝是横向裂缝的只要形式，这种裂缝又有两种情况， 即沥青面层缩裂和基层反射裂缝。 纵向裂缝产生的原因有两种：一种原因是沥青层分幅摊铺时，两幅接茬处未 处理好，在车辆荷载与大气因素作用下逐渐开裂；另一种原因是由于路基压实度 不均匀或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉降而引起。 网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足而引起的。其原因可能是路面结构 设计不合理，路基路面压实度不足，路面材料配比不当或未拌和均匀等；也可能 是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，尤其在融雪 期间冻融交加，加剧了路面的破损。沥青在施工期间以及在长期使用过程中的老 化也是导致沥青面层形成网状的原因之一 2 1 2 坑槽 沥青路面产生坑槽的原因是面层的网裂、龟裂，若不及时养护，在车轮荷载 和水分的作用下造成路面混合料脱落而逐渐形成坑槽。基层局部强度不足，在行 车作用下也易产生坑槽。 2 1 3 其他沥青路面破损形式 其他沥青路面破损形式包括松散、拥包、泛油、沉陷、波浪，车辙、滑溜、 8 麻面、磨光、啃边、脱皮、搓板、翻浆。 以上的破损使沥青路面的承载能力和使用能力下降，造成路面的平整度差， 行车的舒适性不好，同时对行车时的安全性也受到影响。 2 2沥青路面的养护类型 在沥青路面的养护中，由于存在很多影响路面养护的因素，不同的区域和不 同的时期采取的养护方式都不一样，这样要对路面的情况的具体调查以后，才能 根据养护的目的选择合适的养护方式，使路面的使用性能得到提高，延长路面的 服务寿命。 2 2 1 沥青路面养护作业分类 根据现行的公路养护技术规范( i t j 0 7 3 - - 9 6 ) ，沥青路面养护作业工程可 分为以下四种类型f l o l 。 1 ，小修保养工程 主要工程内容为：清除路面上的泥土、杂物，保持路面整洁；排除路面上的 积水、积雪、积冰、积沙，撤防滑料、灭尘剂或压实积雪，维持交通；处理路面 泛油、拥包、裂缝、松散、波浪、啃边等病害；修补坑槽、沉陷。 2 、中修工程。 主要工程内容为处理路面严重病害，对路面整段进行封层和罩面。 3 、大修工程 主要工程内容为整线、整段用稳定材料改善路面基层；整段加宽、加厚原有 路面；翻修或补强、重铺原有路面。 4 、改善工程 主要工程内容为分段提高公路技术等级，并铺筑新的沥青混凝土路面。 2 2 2 沥青路面裂缝和坑槽的养护类型 当今由于养护资金的投入收到一些制约，要求再养护中用尽量少的资金维护 更多的路面，特别现阶段，国家和地方投入用来新建路面的资金较多，对养护的 资金投入很少的。其实对现有路面进行维修也是很重要的，而养护主要包括以下 三个方面1 1 l l 。 9 ( 1 ) 预防性养护：为了延长路面的使用性能和寿命，这种预防性养护是很 重要的，同时改变以往对路面维修的思想，可以减少路面的进一步损坏，也可以 减少例行养护的次数。 ( 2 ) 日常养护：也称为例行养护，它是当路面出现破坏再进行的养护和修 补，比如抗滑性能下降、中等或严重的车辙或大面积出现裂缝。这也是可以在二 次养护中使用的办法。 ( 3 ) 紧急养护：当出现紧急的破损情况时，比如路面的散开或严重的坑槽 等，必须马上进行修补时采用的办法。这只是对路面的紧急情况处理，暂时恢复 路面的使用性能。 很多路面处理可以采用预防性养护，正常养护和紧急养护，图2 - - 1 说明这 种养护的区别，从图中可以看出，这主要的区别是需要处治的路面的状况不一样。 其实也没有很明显的区别，比如预防性养护正常养护或正常养护时与紧急养护之 间。虽然这三种类型养护都很重要，我们主要还是推荐预防性养护，主要是它的 经济性很好，最主要是可以延长路面的使用性能。 一、预防性养护 预防性养护的计划是在合适的时间采用一些预防性养护的系统性办法。这样 时阿或充迫量 图2 - - 1 沥青路面的养护类型 可以提高路面的质量和延长路面的使用寿命，当预防性养护有一种协调性的计划 时，其真正的利益就可以看出。 较好的路面保养计划包括以下关键因素： ( 1 ) 选择合适的路段。 。 ( 2 ) 找出问题的原因。 1 0 ( 3 ) 选择和使用正确的处治方法。 ( 4 ) 选择正确的时间去完成这些工作。 ( 5 ) 观察情况。 选定预防性养护的时间是很重要的。当路面出现破坏时再进行预防性养护是 很不经济的。预防性养护的有效性主要与路面的情况有很大的关系，再比较好的 路面采用预防性养护对延长路面服务性能是非常有效的。不合适的修补( 不管时 问和方法) 都会加速路面的破坏。预防性养护是具有总体计划和自然循环性，其 目的是修复路面的破损，延长路面损坏和减少正常养护和维修工作。虽然这种养 护类型是不可能提高路面的承载能力的，只是能延长路面的使用寿命和服务水 平，图2 2 是路面状况与时间的相互关系。 肿问或交道量 图2 2 预防性养护的路面性能 预防性养护在以前没有采用，主要是存在以下的几个原因； ( i ) 认为很多预防性养护在高速公路上不合适。 ( 2 ) 处理已经破损的路面，政府部门支持重建而不支持预防性养护。 ( 3 ) 对预防性养护的性能和经济性缺乏了解 ( 4 ) 高速公路管理部门都想公路在运营中保持顺畅。 二、日常养护 日常养护与预防性养护的主要区别是资金的投入和时间，当路面还处于较好 的状况进行预防性养护，进行日常养护，因此它的费用较高。日常养护比预防性 养护的影响更大。在路面上有一定面积的破坏就采用的日常养护。 三、紧急处理与快速修复 当路面出现较大的破坏或坑槽等需要及时修补时，就采用紧紧处理办法，这 者e 是保证路面的安全和保持交通的正确运营，紧急处理也就是在重建公路前保持 路面的连续性当采用紧急处理时，维修方法就显得不是那么重要了，同时资金 也不考虑，只是考虑路面的安全和路面维修时间。 本章小结 本章根据沥青路面早期出现的损坏类型，包括裂缝、坑槽等，分析了各种养 护作业的特点沥青路面的养护作业可以分为小修保养工程、中修工程，大修工 程和改善工程而对于沥青路面的裂缝和坑槽的养护包括了预防性养护、日常养 护和紧急养护，本文对这三种方案进行了比较，得出了预防性养护中裂缝和坑槽 修补可以延长路面寿命的结论。 1 2 第三章裂缝与坑槽的形成机理研究 3 1裂缝的分类及其产生的机理 在进行裂缝修补静，要对裂缝进行认真的分析，在分清裂缝种类和其产生的 机理以后，才能采取恰当的措施对进行裂缝修补。 3 1 1 裂缝的分类 裂缝是沥青路面破损中最为常见的一种，而裂缝填封是沥青路面最普遍的一 项养护维修工作。路面出现裂缝，应进行及时填封修补，否则雨水及其他杂物就 会沿裂缝进入下面层结构及路基，导致路面承载能力下降，加速路面局部或成片 损坏。针对沥青路面裂缝破损形式进行分析，有助于在养护维修时对不同形式裂 缝的识别，有利于裂缝填封修补工作的开展，并可根据不同形式，不同严重程度 的裂缝采取相应不同的养护维修措施。 一，按照裂缝破损几何形状及成因分类 1 、龟裂 一 此类裂缝形状呈一连串多边形( 或 呈小网格状) ，一股其短边长度不大于 l o c m ，如乌龟背壳上的花纹，放称为龟 裂( 如图3 一1 ) ，而在欧美则被被称为鳄 鱼皮状裂缝【1 2 1 龟裂是由于路面受交通 荷载作用，其变形和挠度过大，在沥青 路面的柔性不够及在重载车辆的反复碾 压下，由于路面材料的疲劳而形成的一 种裂缝，故有时亦将此类裂缝称为疲劳 裂缝。 2 、块裂 此类裂缝形状呈不规则的大块多边 形( 或呈大网格状) ，其在形状上和尺寸 上都有别于龟裂( 如图3 - - 2 ) ，通常其短图3 t 2 块裂 ， 边长度大于4 0 c m ，长边长度小于3 m ，且棱角较明显。块裂通常是由于铺设沥青 路面的沥青混合料采用了大量的低针入度沥青和亲水性集料，或沥青发生老化失 去弹性，而在交通荷载作用下导致脆裂；或由于在低温作用下使沥青混合料产生 缩裂，故有时亦将此类裂缝称为收缩裂缝。 。4 。文纵向裂缝 此类裂缝为沿路面行车方向分布的单根裂缝( 如图3 3 ) 一般成熟的纵向 裂缝都较长，达到2 0 5 0 j 1 3 1 在路表水渗入路堤下地基范围较小的情况，可能 仅在中央分隔带两侧行车道上，甚至接近硬路肩的一侧产生一条纵向裂缝；在路 表水渗入路堤下地基范围较大的情况下， 可能在中央分隔带两侧行车道上和超车道 上产生两条纵向裂缝，少数路段甚至有三 条纵向裂缝序 别是当路基边部压实不足， 路堤边部会产生沉降，导致在距离路边 。 3 0 c m 左右处产生纵向裂缝。在沥青混合料 摊铺时，由于纵向接缝处理不当，造成路 面早期渗水或压实压实度未达到要求，在 行车作用下亦会在纵向接缝处形成纵向裂 图3 3 纵向裂缝 缝。 4 、横向裂缝 。 此裂缝为与路面行车方向垂直分布的单根裂缝( 如图3 - - 4 ) 。由于地基或填 土路堤纵向不均匀沉降，或由于沥青混合料摊铺时横向接缝处理不当，会产生横 向裂缝，并伴有错台现象出现。在温 度变化的地区，夏季完好的路面到了 冬天会由于路面温度的降低，还会产 生纵向近似等间距的横向裂缝f 1 4 l ，通 常将这类横向裂缝亦称为温度裂缝。 沥青路面出现的绝大部分横向裂缝 是温度裂缝，该类裂缝一般从沥青面 层表面开始，逐渐向底面层和基层延 图3 4 横向裂缝 1 4 伸、扩展，从而形成了上宽狭窄的裂缝。 5 、反射裂缝 这类裂缝是由于下铺层的裂缝，向 上传递而导致沥青面层产生与下铺层 相似的裂缝( 如图3 5 ) ，一般多发生 在加铺层上，由于旧有的水泥路面的接 缝和裂缝，或旧有沥青路面的纵向裂 缝、横向裂缝和块裂等，在加铺时，未 加以适当的处理而导致加铺层产生与 图3 - 5发射裂缝 下铺层裂缝相似形状的反射裂缝。另外，在新建的半刚性沥青路面和底基层或基 层不连续处( 接缝或裂缝) 也容易产生发射裂缝。 6 、滑移裂缝 此类裂缝是在车辆刹车、转弯或 加速时产生的突然增大的水平力作 用下，在路表面上沿行车方向形成的 一种新月形状的裂缝。或称为u 形裂 缝( 如图3 6 ) 【埘，u 形的顶端常指 向作用力的方向。当滑移裂缝由社车 圈3 6滑移裂缝 引起时，滑移裂缝的末端( u 的顶端) 指向行车方向；如果滑移裂缝时由车辆加速引起的，裂缝的末端( u 的顶端) 将 指向车的后方。 。 二、按照裂缝破损的大小及严重程度分类 i 、线状裂缝( 针对纵向裂缝、横向裂缝及反射裂缝) 1 1 5 l ( 1 ) 微裂缝：此类裂缝宽 2 5 r a m ( 1 i n ) ，裂缝边缘有严重碎裂，并有较 多支缝。裂缝两侧有较大错台，会引起车辆剧烈跳动。 2 ，不规则裂缝( 针对块裂、滑移裂缝) 1 1 6 1 ( 1 ) 轻微破损：此类裂缝块度 l o o c m ，裂缝较细，且裂缝边缘无碎裂或仅 有轻微碎裂 ( 2 ) 中等破损：此类裂缝块度为5 0 - 1 0 0 c m ，裂缝较宽，裂缝边缘有中等碎 裂。且会引起车辆跳动。 ( 3 ) 严重破损：此类裂缝块度为5 0 - 1 0 0 c m ，裂缝宽，裂缝边缘有严重碎裂。 且会引起车辆剧烈跳动。 3 、龟裂 ( 1 ) 轻微破损：此类裂缝块度为2 0 - 5 0 c m ，裂缝区并未连片成网，裂缝较细， 裂缝边缘无碎裂和散落，裂缝区无变形。 ( 2 ) 中等破损；此类裂缝块度 ，而产生开裂现象。 除车辆重复荷载作用产生龟裂这一最主要原因之外，还有一些原因也会促使 沥青路面产生或过早产生龟裂破坏。如：沥青路面表面层空隙较大，自由水渗入 或冰雪反复冻融作用，造成路面结构强度降低，容许拉应力口。交小，造成路面 材料过早满足其断裂破坏条件；沥青路面材料中沥青用量偏少，或由于空气( 氧) 、 阳光( 紫外线) 、温度等气候条件的影响使沥青中轻质油分不断挥发，致使沥青变 1 8 i 。一 0 2 。 硬变脆，粘结性下降，造成路面材料的容许拉应力口。减小，使沥青路面更易产 生开裂破坏。 二、块裂破损机理分析 常见的原因是由于沥青和沥青混合料硬化( 包括沥青的针入度减小) 和粘聚 力下降，失去柔性而导致脆裂：或由于低温和温度循环作用下，造成沥青混合料 产生缩裂。当沥青面层宽度较大时，脆裂或缩裂在横向开裂的同时，也会产生纵 向开裂，从而形成块