基于淅川县东环路项目分析二级公路沥青混凝土路面常见病害原因及应对措施.docx
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基于淅川县东环路项目分析二级公路沥青混凝土路面常见病害原因及应对措施.docx
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基于淅川县东环路项目分析二级公路沥青混凝土路面常见病害原因及应对措施
学号_______________
郑州成功财经学院毕业论文(设计)
基于淅川县东环路项目分析二级公路沥青混凝土路面常见病害原因及应对措施
系部名称:
XXXXXX
专业名称:
XXXXXX
学生姓名:
XXX
指导教师:
XXX教授
(宋体小3号)
2018年05月*日
(宋体3号)
摘要
在中国,高速公路建设非常迅速,不管是在国家经济方面,还是在整个社会发展方面,都起着非常重要的作用。
由于沥青路在全国范围内大面积普及,随之而来带来了诸多问题,最常见的问题就是怎样对沥青路进行有效的维护,同时它也是比较困难的一个问题。
在沥青路最开始投入使用的时候,人们会比较注意它带来的病害,比如可能发生裂缝的现象或者是泛油的现象等等。
这些问题都比较频繁的出现在公路质量问题中,从而使公路不能够被正常使用,因此,养护公路这一项任务就面临了更严峻的考验。
这篇文章主要分析了到底哪些因素造成了疾病的产生,并且结合实际情况提出了相应的预防措施和处理方法,并以淅川县东环路沥青路面的检测状况为实例进行了分析,得到主要结论为:
沥青路面虽不可避免的会产生路面病害,但可通过合理设计路面结构形式,保证压实质量和施工质量,并加强沥青路面的养护等方式能有效的改善沥青路面的抵抗性能和耐久性。
关键词:
沥青路面;早期病害;裂缝;防治措施
有
Abstract
InChina,highwayconstructionisveryfastandplaysavitalroleinnationaleconomicandsocialdevelopment.However,withthecontinuousconstructionofasphaltpavement,themaintenanceofasphaltpavementhasbecomethefocusanddifficultproblemofhighwaymaintenance.Asphaltpavementwillcauseseriousdamageattheearlystageofoperation,whichmakestheearlydiseasesofasphaltpavementmoreandmoreattractingpeople'sattention.Atpresent,themostcommonearlydiseasesofasphaltconcretepavementincludecracks,ruttingandoilspreading.Thesediseasesarebasicallycommondiseasesofhighwayengineeringquality,whichseriouslythreatenthenormaluseofnewhighwaysandposemoreseverechallengestohighwaymaintenance.Thispaperanalyzesthecausesoftheabovecommondiseases,andputsforwardthecorrespondingpreventionmeasuresandtreatmentmethodsaccordingtotheactualsituation,andanalyzesthetestingsituationoftheasphaltpavementintheEastRingRoadofXichuanCountyasanexample.Themainconclusionisthattheasphaltpavementwillinevitablyproducepavementdiseases,buttheroadcanberationallydesigned.Thesurfacestructureform,ensuringthecompactionqualityandconstructionquality,andstrengtheningthemaintenanceofasphaltpavementcaneffectivelyimprovetheresistanceperformanceanddurabilityoftheasphaltpavement.
KeyWords:
asphaltpavement;earlydiseases;cracks;preventivemeasures
1绪论2
1.1项目研究背景和目的2
1.1.1研究背景2
1.1.2研究目的2
1.2国内外研究现状3
1.2.1国外研究现状3
1.2.2国内的研究现状3
1.3研究的内容和方法5
1.3.1研究内容5
1.3.2研究方法5
2常见的沥青路面病害及分析6
2.1沥青路面的裂缝6
2.2沥青路面的车辙和推移7
2.3路面松散7
2.4沥青路面的坑槽与水损害7
2.5沥青路面的冻胀与翻浆9
2.6沥青路面的泛油9
3.1原因分析9
3.1.1纵向裂缝成因分析10
3.1.2横向裂缝产生原因10
3.1.3网裂产因分析10
3.2防治措施11
4.1淅川县东环路项目概况13
4.2淅川县东环路沥青混凝土路面基本情况调查13
4.2.1交通量调查与分析13
4.2.2降雨状况分析13
4.2.3历年养护措施实施状况16
4.3淅川县东环路沥青路面的病害16
4.4沥青路面早期病害的防治方法17
4.4.1合理的设计沥青路面结构17
4.4.2控制好施工质量17
4.4.3接缝处措施17
4.4.4防止路面离析17
4.4.5路面定期保护18
致谢20
参考文献21
1绪论
1.1项目研究背景和目的
1.1.1研究背景
随着国家在公路建设中的投资增加,在中国的两级公路建设发挥了在国民经济和社会发展的一个非常重要的角色[1-4]。
然而,随着沥青表面的一部分出现,它被破坏。
一旦发生表面裂纹,腐蚀和泵送将导致以裂纹为中心的沉降变形,在裂纹两侧造成裂纹和断裂。
纵向裂缝与水平裂缝相类似,也建成并投入使用的早期是不可避免的。
纵向裂缝的产生主要原因是由沥青路面早期病害严重破坏引起的。
目前,沥青混凝土路面常见的早期病害十分普遍和严重[5],而这些病害使公路不能够得到有效的使用。
养护公路这一项工作就面临着更大的困难,这篇文章主要分析了到底哪些因素造成了疾病的产生,并结合实际情况提出了建议。
应采取预防措施。
1.1.2研究目的
由于我国在不断的加快对公路的建设,沥青路也收到了广泛的欢迎。
它施工的时间比较短,表面也比较平整,还有没有缝隙以及维护简单等优点,使得车辆行驶过程中噪音低、稳定、舒适。
然而,随着交通量的增加和重载车辆的增多,各种沥青路面病害,如结构损伤裂缝、易渗路面裂缝、松散和水损害等,一方面会因为温度的变化而受到影响,另一方面也会因为湿度变化而受到影响,除此之外,设计带来的影响也不容忽视。
在较长一段时间里,我们对沥青路的投入使用事情况进行了跟踪,找出了沥青路常见病害和裂缝的常见原因及防治措施。
二级沥青公路面临的最主要质量问题就是病害。
这篇文章主要从最常见的病害来对沥青路进行分析,着重分析为什么沥青路会发生裂缝的情况,然后针对这个问题,提出了解决之道,这些理论知识可以被运用在沥青路的设计当中去。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
国外对沥青路面的研究较早,总的来说存在着两大流派,即英国布朗派和美国学者派,具体的观点陈述如下:
1)英国诺丁汉大学学者布朗的看法[11]
他通过大量的研究,布朗发现,当沥青路加入了筋土工格栅就会极大程度的提高路面的摩擦,防止路面出现过滑的现象,降低了路面裂开的可能性。
2)美国学者的观点
早在1986,美国就利用水泥混凝土路面破碎机上完成了第一次热拌沥青混合料(HMA),到目前为止,美国有2001,35个州使用了这项技术[12]。
工程量达到300以上,里程为900公里,1280万平方米,美国沥青协会和一些州已列入该项技术标准。
同时,国外有不少学者在岩土工程领域[13],对岩石材料和材料工程领域中复合材料的断裂和扩展进行了越来越多的有限元模拟,主要探索裂缝的产生原因和发展规律以及多种介质作用下的耦合分析,并逐渐发展了一种能够描述材料渐进破坏过程的格构模型。
但总的来说,国外学者对沥青路面在复杂条件下的裂缝产生原因和模拟研究的较少,沥青路面的病害研究仍有很大的探索空间。
1.2.2国内的研究现状
国内对沥青路面裂缝的研究主要集中在路面基层反射裂缝和温度应力引起的路面疲劳裂缝,以及对相关机械的认识和解释[14]。
在路面的早期破坏机理和防治工作,沙青林进行了相关的研究工作早在中国,并指出骨折病是一种主要的疾病的早期损坏。
在中国的半刚性基层沥青路面开裂的原因进行了分析和研究。
阐述了路面开裂的机理,并对其进行了有限的简化。
对裂缝的产生提出了一些建议和措施。
利用断裂力学的有关手段,周富杰等人在2001年时通过对比试验和力学分析,研究了水泥路面断裂引起的沥青罩面裂缝的形成及防治措施[14]。
结果显示,在强度因子K1的作用下,前期裂纹尖端会展开,在强度因子K2的作用下,裂纹进行后期的展开。
著名专家曹东伟先生通过使用有限元法来对沥青路的结构进行分析。
著名专家张起森先生和著名先生郑建龙先生通过运用热应力的原理来对沥青路进行分析。
在仔细分析了断裂力学以及验证光弹性试验以后,他们提出,温度应力在很大程度上影响了路面裂开,也就是说温度是导致沥青路裂开的最主要的原因。
当温度处于冰点以下时,会发生辐射,而这个辐射结合温度应力的作用使沥青路产生裂缝,此时的裂缝属于温度裂缝。
通常,路面最开始出现裂纹,且该裂纹是呈横向形式。
吴赣昌等等著名专家研究了路面结构力学同温度之间的关系。
根据热性的相关理论,再结合多种计算方法,最后得出了到底是哪些因素影响了应力强度因子。
应力强度因子的确定最终使用定量分析的方法来计算。
周志刚等等著名专家从两方面来研究路面结构,一方面是负荷量,一方面是温度,同时还建立了相应的模型。
这个模型也使用了两种方法来对其进行研究,第一种方法就是威廉姆斯级数法,第二种方法就是比较常见的有限元法。
通过这两种方法可以模拟裂纹尖端应力的不同特点,确定了裂纹扩展方向。
结果表明,裂纹尖端的奇异现象与材料的接触条件、材料的差异和加载方式密切相关。
为了防止裂纹的扩展,可以提高接触部的接触条件,减少不同材料之间的差异。
郑键龙等等著名专家通过对沥青材料的特点进行分析和研究,主要包括它的疲劳特性等等,最常用的方法就是对各种数据进行模拟分析,然后再运用其基本理论在进行计算。
邓敏子主要是针对低温环境下,混合物的蠕变性能进行研究和分析,他提出,通过模型可以更完整的对其进行描述,也可以确定材料的相关参数。
郝佩文等人建立并评价了该混合物的低温抗裂性能。
在研究含裂缝路面结构的基础上,彭达仁等著名专家主要针对竖向裂缝的沥青路进行结构分析,它提出了怎样计算裂缝尖端应力强度因子。
在中国,有两个比较著名的研究者在对沥青路面发生裂缝的现象进行分析和研究,他们分别是毛成和罗辉,毛成主要是通过有限元法来进行研究,同时还引入而罗辉则是通过无单元法进行研究。
前者通过窗移动技术研究了沥青路面上D型裂缝的扩展,这个研究取得的结果不只是理论知识,还具有一定的实用性。
因为有限元模拟不是很全面,所以窗移动技术就得到了推广。
1.3研究的内容和方法
1.3.1研究内容
针对沥青路,这篇文章阐述了几种比较常见的病害,并且着重分析了为什么沥青路会发生裂缝的现象,最后针对该问题提出了解决的方法。
同时以淅川县东环路沥青混凝土路面的调查结果为例来进一步分析沥青路面裂缝的防治方法。
本文的写作框架如下:
第1章,绪论。
主要阐述文章的研究背景和研究目的及其国内外现状,为本文的研究内容进行了铺垫。
第2章,对沥青路面常见的自然病害进行了分析,包括沥青路面的裂缝,车辙,松散,水损坏和泛油等。
第3章,针对三种主要的沥青裂缝形式,重点分析了其产生原因和常见的防治措施。
第4章,淅川县东环路沥青路面的病害及防治措施。
主要通过查找该工程项目的设计与检测报告,并进行统计分析,同时确定该路段产生的主要病害,并提出改进措施。
第5章,全文总结。
1.3.2研究方法
(1)文献阅读法
通过文献的搜集和整问题进行归纳,在各位专家和学者研究成果基础上,形成自己的观点,并阐述分析。
(2)对比分析法
通过分析沥青的常见病害形式,对比不同的沥青病害类型和防治要求,从而得出需要解决问题的重点和改进方向。
2常见的沥青路面病害及分析
沥青路可能出现各种不同的损害,在经过调阅相关文件以后我们对其进行分析,比较常见的病害如下:
2.1沥青路面的裂缝
沥青路面发生的裂缝形式各式各样,最常见的有三种形式,第一种是网状裂纹,第二种是横向裂纹,第三种则是纵向裂纹。
影响沥青混合料裂缝的主要因素是沥青的种类和级配、沥青混合料的组成、表层的厚度、基层材料的收缩、地基和气候条件等[17]。
(1)纵向裂缝
纵向裂缝通常分为两种:
第一种纵向裂缝最常出现在肩部地区或者是停车区域,它的形状有点像月亮,肩部中心向外部扩大。
这类型的裂缝很可能造成路基滑动,非常的不安全。
第二种纵向裂缝则高频率的出现在车道中,裂缝不在两端延伸。
伸展到堤岸的边缘。
为了防止纵向裂缝的产生,比较有效的方法就是对地基进行处理,在填筑地基的时候,尽量能够把路压的更严实,同时还要求把地基压平,这样可以避免发生地面的水渗入到地基里面去,从而极大的降低产生裂缝的概率,除此之外,还可以增加发生纵向裂缝的时间。
(2)横向裂缝[19]
横向裂缝是一种垂直裂缝,它靠近路面的中线。
起初,裂缝主要出现在道路两侧的硬路肩上,逐渐发展并贯穿整个道路。
穿透裂缝大致沿路面分布。
(3)网裂
网状裂纹顾名思义就是呈网状结构的一种裂纹,它通常是多个比较小的裂纹组成起来的,其初始形状是沿着轮轨的一个或多个平行的纵向接头,然后在纵向接头和最后接缝之间出现横向和斜向接头。
形成。
2.2沥青路面的车辙和推移
车辙的原理就是通过增加负荷来压实地基,这样可以永久性的改变侧向位移。
影响车辙深度的原因较多,比如气候、沥青路面结构、交通量或者是混泥土质量等等。
具体分析如下:
(1)路面载荷量的因素。
如果公路上的车辆越多,或者是车辆负荷的重量越重,这个车道就更容易压实,也就会出现不一样的车辆槽。
(2)基础施工不过关。
因为基层厚度越薄,路面承受的强度越小;基础材料越差,路面能够承受的强度越小;养护力度较弱,路面能够承受的强度就越小。
(3)在温度比较高的条件下,沥青路的稳定性不够。
因为沥青混合材料具有塑性的特性,当混合物里面参杂了抗温能力低的物质,这时候就会导致整体的抗高温性能差。
2.3路面松散
路面的松动是一种直接影响行车安全的路面病害[21]。
整个路面可能出现松动现象。
也可能发生在一些地区,但由于驱动作用,履带通常是严重的。
其主要影响因素如下:
(1)当路基铺的不够均匀的时候,就很可能发生路面损害的情况
(2)砾石的质量不好,比如有些风化颗粒在里面,当水一旦侵入进去以后,沥青就有可能分开。
(3)发生油污染的情况。
2.4沥青路面的坑槽与水损害
在有水的情况下,沥青路面受到交通荷载和温度上升和收缩的反复作用[22]。
当水处于集料和沥青之间的位置时,因为流体动力,就会导致两种情况的发生,第一种是情况沥青膜不再具有团聚的性能,第二种情况是不同材料之间的粘接力消失,导致了路面被损害。
导致沥青路发生水损害的因素有很多,最常见的就是材料因素、土基等等。
(1)水损害原因
所谓水损害即降水透入路面结构层后使路面产生早期破坏的现象,它是目前沥青混凝土路面早期病害中最常见也是破坏力最大的一种病害[23]。
水破坏的主要破坏形式有:
网裂、坑洞、唧浆、辙槽等。
现对这四种水损害类型分别进行阐述如下:
1、网裂:
当水渗入表层并停留在表层的下、下界面时,沥青膜在长期驱动荷载作用下开始从表面底部剥离并逐渐膨胀。
沥青混凝土在砂砾石下部剥落后,会使其强度变为0,最后产生网状裂缝。
2、坑洞:
在下雨的时候,加上负荷的作用,车道上就很可能产生网络裂缝,逐渐松动,最后石头被挤出来,就出现了一个孔。
因为沥青混泥土通常就不具有很强的均匀性,所以沥青混泥土总是很容易就产生了坑,时间越久,孔就会越大,破坏程度也就越大。
3、唧浆:
当水渗入沥青表面并停留在半刚性基层的顶面上时,自由水产生大量的压力,并且在大量高速驱动下刷下基础混合物表面的细材料以形成浆料。
当砂浆量越小,裂缝就越不严重,反之,砂浆量越大,裂缝就会越严重。
甚至有可能出现变形的现象。
如果一个地方的砂浆往外流出,那这个地方就会在短时间内出现裂缝以及变形,随着时间的推移,沉淀物越多,就更加容易穿透,最后就会严重损坏道路。
4、辙槽:
当水深入到表层里以后,砂砾与沥青之间拥有的内聚力就会越来越小。
在驱动荷载作用下,沥青将会脱落,混泥土的强度也变小,甚至变为零。
在轮轨下,辙槽就会被挤压到侧面,从而使轮轨凹陷,边鼓起来形成严重的凹槽。
沟槽形成后,降雨过程和雨槽将成为水槽,使水在沥青表面渗透较长时间,形成更严重的水损害。
(2)坑槽的形成可以归结为两个主要方面:
水损害和油污损害。
1、水损害最长出现在沥青路最开始投入使用的时候。
在最开始的时候,雨水渗透进沥青路的基层表面,在驱动荷载的影响下,半刚性材料被破坏,变成了浆液,使沥青表面完全脱离了基座,这时候,砂浆就会在驱动负载的挤压下被吸抽。
E在表面层的混合物中。
在泵的位置,沥青表面层产生网状裂纹,然后由车轮带走一些破碎的小表面层或基材,并逐渐形成凹坑,最终形成凹坑。
2、当车子里面的油渗入进地面时,沥青混合材料就会分开,慢慢的变成一个坑,为了避免这种情况的发生,可以选择胶粘剂和抗老化沥青,适当的运用骨料,配合合理的设计。
然后,保证路面压实度符合相关规定要求。
我们要做到预防为主,保护为辅。
及时且合理的维护好裂缝、小面积松动、下沉等功能将得到避免。
2.5沥青路面的冻胀与翻浆
沥青路面的冻胀与翻浆主要是在冻融期[19],由于基土受到水入侵的影响,再加上水的稳定性不强,导致了路面很容易开裂。
影响翻浆的原因主要有三个,第一个原因是水,第二个原因是土,第三个原因则是温度。
2.6沥青路面的泛油
当温度比较高的时候,沥青就会向上迁移,在温度较低的时候,却不能够反向迁移,因此沥青在路面上积聚,而光泽沥青膜的现象是出现泛油。
在大多数情况下,洪水只发生在车道上,并且被薄片分布中断。
泛油的主要原因陈述如下:
1,设计不合理,比如沥青的用量较多,当在车辆的负荷下,多余的沥青就会喷出路面。
2,粘油量过多或者是喷洒的时候不够均匀。
3沥青路面出现裂缝的原因分析及其预防措施
3.1原因分析
本小结对第2章中所提到的3种形式的裂缝,即纵向裂缝、横向裂缝和网裂从材料、结构和外部荷载等方面对其进行原因分析,具体阐述如下。
3.1.1纵向裂缝成因分析
(1)地基因素。
某些地基含水丰富,在道路设计或工程施工过程未进行处理,比如那些位于河道或地势低洼之处的地基,在施工填方后,由于地基不同地方承载能力不一样导致地基发生不均匀的沉降活动,最终使得路面裂开。
(2)施工因素。
如果在气候干燥的时候进行施工,某些地方填筑难以破碎,无法对路基做到均匀压实,由于限制了结构的长度,路基边缘部分不能超过路基宽度,路基边缘压实D。
在施工过程中,纵坡搭接接头的质量不足以引起纵向裂缝。
(3)水的渗透和破坏。
路基的承载能力在因被水浸泡后逐渐下降,路基由于静载荷作用力产生不同程度裂缝。
再就是填土的性质,如果是膨胀土,在遇到不同含水情况下会发生不同的形变,路基会由于渗水而出现裂缝。
3.1.2横向裂缝产生原因
(1)材料收缩是由于材料收缩引起的。
一方面,在碱的形成过程中,由于水的损失和基体材料的收缩,形成规则的横向裂纹。
另一方面,由于温度突然下降,基材具有低温收缩开裂。
这两种收缩变形使底部的表面张力增大。
当拉伸强度超过沥青表面的拉伸强度时,沥青表面的底部开裂,沥青表面的低表面的裂缝是由温度和湿度的周期性变化和驱动载荷的重复作用引起的。
(2)沥青混凝土由于温度变化发生塑性形变引起的。
沥青的特征决定了其对于温度的变化而发生变化,由于它具有粘弹性,在温度降低时,沥青路面变得硬而脆,当其形变导致抗拉强度低于自身拉应力之时,这种路面就会产生裂缝,形成上宽下窄的横向裂缝,并且随着拉应力的增强而逐渐扩大开裂范围,在北方地区,由于温差较大,初冬时候这种裂缝宽度一般低于5mm,到了严冬,宽度能达到1cm,甚至有的达到2cm,而在春季温度回升后,裂缝宽度又会自己收缩。
(3)路基沉降活动不均匀引起。
在不同性质地基交界处,比如非软土和软土,两种地基由于应力与承载能力不一样,这样在外应力作用下,路面就可以产生横向裂缝。
3.1.3网裂产因分析
这种情况的出现主要归因于路面强度过低,就其原因,一是设计不恰当,比如说构成路面的材料混合不均匀或是材料本身不匀称导致石料和沥青粘合能力不足,再就是路面施工时,对路基路面没有进行有效的压实。
二是路面结构的因素,有些路面基质中夹杂着软基质,不能稳定水,路基介质宽松,最终习导致沥青发生老化现象。
三是外在因素,过重的车辆比如超载的大货车会对路面产生较强破坏,这也是路面产生裂缝的重要因素。
3.2防治措施
(1)纵向裂缝的防治措施包括:
1、裂缝宽度小于3mm、纵向裂缝大于3mm小于5mm的裂缝没有处理。
间隙刷可以扫干净,在压缩空气中吹灰后,用热沥青或乳化沥青填充接缝堵塞材料。
2、如果纵向缝进一步发展,边缘、错台和裂纹宽度大于5mm,则裂纹的上、中层应铣削,裂纹两侧宽度为1m,裂纹被填充
(1),玻璃格栅沿纵向焊缝,中间层展开,然后宽度宽度1.2m设置在中间表面每5m沿中间表面,形成玻璃格栅,最后铺上层。
3、除了上述处理方法,针对不稳定的裂缝(纵向),应该采取多种措施来阻止裂缝的继续扩大范围,比如还可以根据裂缝形成原因对边坡进行加固,对路基采取排水措施。
(2)横向裂缝的防治措施
①比如像缝宽这种由于沥青混凝土他存在有的温差收缩以及反射裂缝导致横向的裂缝,属于无法修复的。
宽度大于3mm时,可清除间隙刷,用压缩空气吹灰。
如果缝的宽度大于5mm,则可以去除接缝处的杂物,或在开槽后用压缩空气吹扫,并用沙子或细颗粒沥青混合物填充混合物,并与铁密封。
②比如错台以及啃裂边还有5毫米宽度以上的裂缝这种因为地基沉降而导致的测方向裂缝,挖槽的位置应该在横缝的两边50到100厘米的区域内,挖掘上面部分,依据裂缝来填实,随后,围绕横着的接头设置玻璃格栅,最后将上面进行再次铺就。
(3)网裂的防治手段
从网裂的起因出发,有必要加强货车的负荷管理,并在路面出现裂纹时及时修复。
治疗网裂的常用方法如下:
1、采用低变形能力的优质沥青,根据规范控制沥青混合料的拌和质量。
2、沥青路面摊铺前,仔细检查下部支承层的施工质量,及时清除杂物和其他杂物,处理软层,下支承层稳定,撒0.7~1.1渗层油。
必
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