云南半刚性沥青路面早期损坏原因浅析

截至年底,云南省公路通车里程达到21.9万km。其中高速公路里程达到km,高等级公路里程达到1.4万km,公路建设实现跨越发展。然而,在为取得成绩感到骄傲和自豪的同时,还应清醒认识到存在的不足与差距。部分路面出现横向开裂、纵向开裂、疲劳开裂、唧浆、坑槽、松散等的早期损坏现象,局部长下坡、特长下坡及弯道大等特殊路段出现严重的剪切推移、水损害等病害,有的路面未竣工,就花费大量资金返修、处理。为吸取经验教训,指导后期施工,本文结合云南的现状,对半刚沥青路面早期损坏现象的原因进行分析与探讨。

公路建设面临严峻的客观条件限制

(1)自然条件复杂多变,灾害频发云南相对平坦的面积仅约占总面积的10%,分布着腾冲耿马地震带、思茅越南地震带、中甸大理地震带、通海石屏地震带、小江地震带及马连大关地震带6大地震带;滑坡、泥石流等地质灾害较为严重。复杂的地形、地质特点,决定了云南公路建设面临长下坡、特长下坡路段多、桥隧结构比例高、滑坡、泥石流风险大等困难。此外,因地理位置特殊,气候类型丰富多样,共有7个气候类型。突出表现在区域差异和垂直变化十分明显;年温差小,日温差大;降干湿分明,在季节上和地域上分布极不均匀。

(2)资金匮乏,工期、资金及质量安全的矛盾难破解,建设环境亟待解决云南属西南高原经济不发达的边疆省份,自身经济实力差,不足以支承面向东南亚桥头堡建设及国防建设需要的重任。而吸引外资又受交通量小,投资收益少面临很多困难,工程项目建设过中不能保证工程连续施工,有效工期无法保证,现场施工及组织管理存在许多不确定性。工期、资金及质量安全的矛盾难破解,建设环境亟待解决。

管理不规范,制度执行不严

(1)无科学决策与规划,工期安排不合理受征地拆迁及建设资金的影响,部分项目干干停停,前期土建工程受严重干扰,后期路面施工过程,出现盲目赶工及片面追求政绩工程的现象,工期被严重压缩,施工季节安排不合理。存在低温施工情况,更为严重的是,有的献礼工程、行政工程安排在雨季。这些不合理安排,造成部分沥青混合料在低温碾压成型。而室内成型温度影响的研究验证低温条件下施工成型的混合料疲劳性能为正常温度成型混合料的20%~50%的水平,性能衰减非常严重;雨季施工路面产生坑塘、车辙、疲劳损坏等早期病害的机率是正常施工的10倍以上。这些研究,进一步证实,低温施工、雨季施工是路面质量杀手,是导致路面早期损坏突出的重要因素。

(2)盲目赶工,质量管理体系形同虚设路面施工过程盲目赶工,导致集料、沥青、水泥等原材料难以满足规模供应需求,施工过程也片追求进度,有时甚至以经验代替试验检测环节,质量管理体系形同虚设,忽视了过程的质量控制,而沥青路面是机械化程度最高的单位工程,一个环节的控制不到位,都可能造成大面积的质量隐患。

(3)管理者路面专业水平不高,试验不能指导施工。路面质量控制,靠的是试验检测数据的指导。但在项目管理过程中,对试验检测工作重视重度不足。从事试验检测人员被边缘化,所获得的试验数据得不到重视,更谈不上去指导施工,修正施工,铺路仍然是领导根据经验说了算。再加上试验人员的素质长期以来,没有得到明显的提升,敢于用试验数据去对施工说不的人员也不多,所以被忽略的现状难以改变。如此的恶性循环,导致云南路面的管理水平未能获得长足的进步。

(4)管理粗放,施工总体部署不合理。由于长期以来形成的施工管理模式和不良习惯,在路面施工时,往往也是绿化、交安、房建、收尾的各项路基工程等施工、抢工的“黄金时期”,各种运料车、运土车造成路面交叉污染现象突出,严重影响了路面结构的整体性能,路面使用寿命衰减较大。此外,云南的水泥稳定碎石基层没有经过冬节收缩完成并处理到位后再铺筑沥青面层,铺筑完成后,水泥稳定基层的收缩开裂进一步反射到路面,导致路面开裂现象较为明显。且开裂后,受雨水下渗的影响,开裂的薄弱环节进一步扩展,形成块状破坏甚至是龟裂,使用寿命大大降低,不得不提前进行养护维修。

设计精细化程度不足,源头把关不严

(1)路面设计深度不足,针对性不强。严峻的客观条件决定了云南路面气候条件复杂多变及超载等不利因素的影响,且存在受长下坡、特长下坡、急弯等特殊路段。如长下坡路段重载车辆行驶过程一直对刹车系统淋水,路面处于潮湿状态,且行驶过程需要制动,水平剪切力显著增大。上述不利因素及条件对路面的使用性能提出了更高的要求,但实际应用过程中,设计过程千篇一律,未针对性结合道路使用条件进行设计,设计深度不足,针对性不强。从而造成特殊路段设计可靠度低,使用一定年限后,特殊路段的病害现象突出。此外,因设计单位施工经验不足,设计时对拌合、摊铺、碾压设备配备,集料规格划分,工程应用级配范围及工艺控制等方面内容要求不细,设计内容对施工质量控制指导性、针对性及操作性不强。导致难以有效加强施工过程的工艺控制,而工程质量缺陷产生后,受各种因素的影响,质量问题未得到根本处治。

(2)路面结构设计计算参数与施工实际脱节。目前,结构设计中采用的混合料参数,比如抗压回弹模量,劈裂强度等,都是按照《公路沥青路面设计规范》JTGD50-的推荐范围选用,设计单位很少根据设计路段的材料情况,进行混合料配比设计后的各项强度检测。而实际施工完成的路面结构,其强度性能往往达不到设计采用的指标。到了施工阶段,也很少对成品进行这些参数的验证,从我们近几年对实际路面芯样的抗压回弹模量、劈裂强度等指标检测的数据看,目前云南施工后的水稳基层的强度指标基本能达到设计值,但沥青混合料的各项强度指标大部分达不到设计选用的数值,导致路面结构设计可靠度偏低,使用寿命影响。

(3)基层厚度偏薄,设计可靠度较低。路面设计以经验组合为主,计算程序为辅的模式进行。各等级公路的路面结构组合在十年前一直沿用至今,受习惯和建设投资的影响,设计单位和设计评审、批复单位很少去对这些结构层进行大的调整。而近十多年以来,随着经济水平的快速发展,超载车辆日益增加,吨位越来越重,早已对路面结构的承载力提出了更高要求,但云南路面结构设计未结合实际情况对路面结构的主要承重层厚度进行调整,导致基层厚度偏薄,很多公路在通车6~9年左右,即发生了基层被车辆荷载压坏的结构性破坏,而被迫进行恢复基层承载能力的大修。

(4)设计方案屈从于资金限制,未科学规划及考虑。云南当前的路面结构设计,由于资金的限制,设计方案根据资金的筹集情况一再调整。大、中修设计中,情况更为突出。实际现状破损面积多,但在维修处理方案中对处理的路面结构厚度一减再减,甚至采用单价低的冷再生材料替代下面层。导致设计的路面可靠度低,使用年限进一步缩短,部分公路才修复没几天,又得反复投入大量资金进行维修。既浪费了资金,又造成恶劣的社会影响非常。

(5)盲目采用新技术、新材料。目前从事路面设计的单位,很少从事路面现场的施工和材料性能的研究,对所使用的新技术、新材料了解不深,未掌握新材料材料性能,新工艺的施工技术要点、难点,而盲目设计使用。导致一些新材料、新技术,未经过充分的试验检验或使用验证,工艺可实施性评估,就大规模应用于路面建设。由于一些不成熟的材料应用,导致了部分项目使用寿命严重缩短,造成了很大的经济损失和较大的负面影响。

(6)工程实体路面性能无客观评价指标。现行沥青路面的质量检验主要以服务性能指标评价为主,缺乏工程实体路用性能的评价及检验指标,导致工程实体质量与质量检验数据存在脱节现象,不能准确反映工程实体质量。因而造成实体工程出现外观孔壁存在大量小孔洞等不密实现象而实体路用性能差仍能评价为优良工程的现象。例如,通过对云南沥青路面成品质量采用现场取芯并加工成型后,再采用UTM机进行劈裂疲劳试验。通过试验发现,受成型温度和空隙率的影响,同是沥青拌和站的材料,现场成品的性能与室内成型试件的疲劳性能差异很大,现场成品试件的疲劳性能普遍仅为室内试件的20~50%左右,甚至存在少量试件疲劳性能不足室内试验结果的10%,沥青混凝土的质量令人堪忧。

施工过程质量控制

(1)原材料及关键主材制不严。长期以来,云南路面施工中所采用的集料均来自于私人承包商,多以经济利益为主,缺少基本的质量概念,生产中又缺少全面的质量监管,所生产出来的集料,在料源特性、加工特性两方面能完全达到规范要求的材料不多。随着矿山资源的日趋紧张,想要控制集料质量的难度越来越大,特别是云南部分地区,本身就缺少性能优良的岩石,想要生产出合格的集料,存在巨大的困难。而云南路面施工中,赶工期的现象屡见不鲜,这时,只要是集料,拉到拌合站,添加上胶结料,铺到路面上就是成功,参建人员很少去对不合格的材料提出异议。

(2)集料规格划分及分档不合理。一直以来,云南沥青路面用集料一般分为0~5mm,5~10mm,10~20mm,20~30mm等四档,粗集料被分为三档,但对沥青混合料性能起决定作用的细集料(0~5mm,规范级配中共分为7档)却未进行分档,致使在配合比设计和施工生产中不能对细集料的级配进行调整,混合料级配中,4.75mm以下的筛孔较难调整为一个合格的级配状态。0~5mm的细集料级配容易偏粗,导致混合料细料填充不够,很多进行配合比设计的试验人员,采用这种级配的集料,很难级配出空隙率达到规范要求的沥青混合料,往往采用调整数据的方法,编写出数据符合规范,而实际混合料并不达标的配合比报告。

(3)配合比设计针对性不强。目前,云南施工中既未根据公路沿线的气候、地理、材料情况,也未结合所处层位的功能需求,对配合比进行针对性设计。工程级配普遍引用国家规范的范围,施工过程中通常认为只要在此范围内即为合格。但是国家规范的级配范围是考虑了全国气候、地理条件而综合确定的,其关键筛孔的通过率上、下限之间差别可达30%,若在此范围内即算合格,路用性能达不能满足使用需求。

(4)层间污染较为突出,整体性差。层间污染较为突出,易造成各沥青混凝土结构层间、沥青面层与基层、基层与底基层之间粘结效果差,达不到设计要求的层状连续状态。导致路面结构整体性差,使用寿命大幅降低,甚至会导致在荷载作用下出现结构性破坏。很多云南已经进行了大修的高速或其他等级的公路,其产生病害的根源,均与层间粘结息息相关。特别是云南大部分公路属于山区公路,上下坡和弯道路段多,层间粘结效果差,造成剪切推移病害十分突出。

(5)施工精细化程度低,离析现象较为突出。路面结构的施工中,压实度、均匀性、平整度的控制是重中之重,特别是压实度、均匀性是决定结构层本身性能的根本要素。施工过程设备投入、人员投入不足,精细化程度低,原材料管理、工艺控制等方面控制不严,尤其是对施工均匀性认识不到位,要求不严。均匀性不好,主要反映在级配离析和温度离析两个方面。这些离析出现后,局部成品必然成为薄弱环节,路用性能达不到设计要求,容易较早的产生早期破坏,进而引起周围路面的次生病害。

其他与路面关联工程质量差而导致的损坏

(1)路基的不均匀沉降。因为云南大部分公路属于山区公路,路基填挖方或填挖结合路段非常多,使得路基不均匀沉降病害尤为突出。云南路基的不均匀沉降主要表现为三种情况:(2)填挖路基沉降裂缝。由路基不均匀沉降在路面上引起的开裂,在云南许多山区、丘陵区的公路很常见,特别在那些半填半挖路基,填前处理不当,碾压比较困难,新老路基差异性大的路段,路基各部分在通车以后由于汽车荷载与雨水的作用,造成沉降不均匀,路面就可能产生大的沉降差,由此发生纵横向裂缝。(3)纯填方路基沉降裂缝。在一些低洼或软基路段,施工控制不好的纯填方路基,在雨季,经常会在路面硬路肩和全副路基1/4处产生对称的纵向裂缝。主要原因是在水的作用下,路基边部的土基和填土产生较大的固结沉降,而中部土基和填土不动或沉降较小,而引起不均匀沉降,导致路面纵向开裂,缝宽可达px。(4)桥头跳车。桥头跳车是路基路面纵向形变的一种形式,也是纵向形变中的一种最严重的形式。在楚大公路非软基段,个别桥头搭板沉降量达40多cm,在软基路段,个别桥头搭板沉降量达px左右。对于路基沉降的处理,仍需从填前原有地基的处理、填筑材料的选择、填筑工艺的控制等方面入手,认真施工控制。

结语

云南省的路面,无论是施工质量,还是使用状况,与其它发达省份相比总体处于较低的水平,这是值得我们每一个公路建设者深思的问题。要想改变这一现状,需要云南省各从业的公路人改变观念,提高认识,提升业务水平,恪守规范,精心细作,才能使路面工程质量上新台阶。









































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