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如何改善路面井盖处的啃边或破损状况
张婷
（长安大学公路学院，陕西西安，710064）
摘要：分析了路面井盖周围路面破损的原因和影响因素,提出了预防的措施和施工注意事项,以指导设计、施工等。
关键词：路面井盖处，啃边或破损，预防措施
Abstract:

Keyword:

城市道路沥青路面上井盖附近,受车辆冲击、井盖周围路基沉降等作用,导致行驶的车辆在检查井周围容易发生跳车,跳车对井盖和周围路面产生附加的冲击荷载,致使路面结构及检查井发生早期损坏,并影响行车的舒适性,同时也加剧了车辆的磨损,甚至因车辆避让井盖而发生交通事故。
1 井盖附近路面损坏的原因
11 路面结构设计不合理形成的水损害
水是造成高等级公路沥青路面早期损坏的最直接的原因，这已是业界共识，众多己损坏沥青路面钻芯取样结果也表明了这一点。
沥青混凝土路面水损坏主要原因有三个方面：
（1）孔隙率过大的路面，水通过孔隙积聚在基层表面，使基层表面处于潮湿或过湿状态，在行车荷载的作用下，沥青面层底部受弯拉应力作用而破坏，形成网裂，最后形成坑槽。
（2）滞留在路面孔隙中的水，由于车轮前后的真空压力差而形成动水压力对沥青路面长期作用，导致沥青膜与骨料脱离，引起路面破坏。
（3）路堑或降水量大的路段，由于土基和基层含水量过大，而沥青路面由于不透水，就像是在路基上加了个盖子，水全部积聚在基层顶面，形成软弱层引起路面破坏。如果长期潮湿，又经过几个冬季的冻融循环，路面破坏程度会加剧。
路面渗水是无法避免的，水进入路面结构后，若不能尽快排出，将逐步沉积。在高速行车、特别是重载交通作用下，路面结构中的水会形成很强的动水压力 (与轮胎压力、行车速度、路面结构内积水面与路面顶的距离以及路面强度等因素有关)。动水压力循环洗刷，甚至是冲击、剥落沥青混合料中沥青与集料的粘结，导致沥青混合料强度降低、结构解体，路面出现早期损坏。如果观察雨过天晴后的沥青路面，会发现局部路段路表有明显水迹 (不规则的花纹状)。一般来说，路面早期损坏即从此处开始。水迹滞留时间越长，损坏越快。我国目前多采用二灰碎石水泥稳定级配碎石等半刚性基层作为高速公路沥青路面的基层。半刚性基层虽然结构性和水稳性比较好，但也有不透水的致命弱点。大面积施工半刚性基层，若控制不当或在反复摩擦和压力水的作用下，沥青与集料之间粘附力将不断弱化，沥青混和料很快松散损坏。损坏路面开挖后，目测沥青混合料呈老化状。如果沥青路面在干燥条件下运行，其损坏速度、状况将会大大减轻。
井盖周围由于施工压实不够往往导致地势略低于周围，更加容易积水，水损害的程度远远大于其他部位的路面，导致早期在井盖附近就出现啃边，松散等破坏现象。
1.2 沥青混合料设计及原材料影响
1.2.1配合比的影响
沥青路面配合比设计是按《公路路面设计规范》进行的，但现行的规范提供的级配范围很宽，一般配合比基本都可以满足，致使路面设计质量差异很大。而在实施中，实际配合比与设计配合比又有差距，使混合料级配不均匀，摊铺后产生离析现象，离析部位孔隙率较大，造成水对路面的损坏。
1.2.2沥青用量的影响
按规范要求沥青用量应控制在±0.3%以内，由于气候寒冷，沥青用量应控制在上限，但是施工单位由于利润因素往往不会取高限，这样也会造成路面孔隙率大，使路面过早破坏。
1.2.3矿料的影响
矿料对沥青混凝土路面的影响很大，在高速公路路面施工中一般矿料都要求为玄武岩，而干线公路由于资金限制，一般都是就近取材，矿料岩性较复杂，与沥青的粘附性差，在水和行车的作用下易脱落，引起路面过早破坏。砂和矿料的含泥量对路面的粘附性影响也非常大，有些施工单位认为拌合楼有了除尘设备，含泥量多一点没有关系，这实际上是一种误解，事实上土仍有一定数量不能被除掉，而影响沥青的裹覆效果。
1.2.4粘层、透层油的影响
干线公路沥青路面施工中，正确洒布粘透层油非常关键，如果洒布不匀或没能透入基层，会使沥青面层形成单层受力，使路面产生推移破环。就像在钢板上放一张纸不能粘接，而在车轮作用下很容易破坏，但如果粘贴紧密后，则能承受较多次的荷载作用。
1.3 路基不稳定
我国高速公路建设中，路基设计及施工质量是控制比较严格和检查频度最高的项目。不过，业内对路基检查的主要指标是密实度。我国现行高等级公路路基压实标准统一采用重型击实标准，而判定路基施工质量合格与否，在不考虑平面几何尺寸情况下，其主要判定指标为“密实度”，对土的固结这一客观性状未作考虑，这是片面的。如粘性土的路基压实，在重型碾压机械迅猛发展的今天，只要设法使得碾压含水量低于最佳含水量，辅以重型碾压设备或者过压，其“压实度”指标并不难获得。由于团状颗粒的内、外含水量不同，一般内湿外干，微观状态下路基密实度也不可能完全均匀，特别是表层颗粒界面间不可能完全密实。随着时间的推移和地下水、毛细水的侵渗作用，路基土体在固结过程中，路基密实度出现惊人的下降，有时甚至超过10％。笔者认为，控制路基设计和施工质量，重要的是让路基尽快进入密实、稳定状态。对路基土进行分类，将密实度(或干容量)和碾压含水量作为重要的道路设计和施工检测指标，或许是求得稳定路基的可行方法。
针对相关路面观察发现，在稳定的路基和路面排水状况较好的前提下，即便是在模量相对较低、水稳性相对较差的石灰土底基层和减薄的路面上基层上，加铺一层沥青面层，通车若干年后，其路面仍保持较好状态。
1.4 施工质量问题
道路施工质量直接关系着其使用性能。施工方由于受设备状况、原材料选择、工期要求和工程投资等的限制，在实际生产中存在着各种的问题，当客观分析路面早期损坏原因时，有必要对道路施工中常见的，与路面损坏密切相关的问题予以关注。
⑴土基尤其是粘性土路基施工中，要加强对土的粉碎和翻晒，尽量保证碾压路段土体含水量的均匀，力求土体固结后路基模量不出现大的差异，要防止对过干的土(低于重型击实标准最佳含水量3％)采取超压方式进行压实。
⑵目前，我国高等级公路路堤普遍比较高，而施工周期又相对较短，这对路基沉降非常不利。施工中，应优先安排高填土路段路基施工，并尽量快速施工，让路基完成后有尽量长的时间固结。桥梁工程的台背填土往往是高填土路段，也要尽早施工，不能有“重桥轻路”的思想。
⑶使用石灰材料的基层(如二灰碎石基层等)，既要对购进石灰的品质把关，更要防止石灰的活性损失。活性损失越多，其基层强度就越低。因此，施工控制中，石灰消解时间的确定和对消石灰的保管(特别是雨季保管)应纳入施工管理的重要内容。
⑷我国目前对半刚性基层(如二灰碎石或水泥稳定碎石基层)内在质量控制的主要方法是密实度检查，后期强度则主要通过弯沉检测来确定。基层集料级配控制往往在实际施工时被忽视。二灰碎石或水泥稳定碎石基层均属于嵌挤密实型结构，其集料级配对基层强度形成有很大影响。若级配不连续或结构内级配不均匀，在剪应力作用下，局部易碎裂，造成松散，甚而损坏整个路面。
⑸基层养护不到位也易造成路面早期损坏。我国现行路面结构设计多在半刚性基层上加铺沥青面层，基层完成后采用洒水车配以人工辅助洒水来进行养生，受主、客观因素的影响，这种养生方法常常不到位，目前机械化程度较高，基层施工速度较快，因为洒水车配备不足，或施工取水困难，或气候因素气温较高或气候干燥等，路基养生工作往往不到位。洒水车或施工车辆的轮胎通过造成基层顶面产生浮灰或表面松散。“保湿养生法”或许是解决这一问题的有效途径。
⑹沥青混合料的品质无疑是沥青路面良好使用性能的重要保证，施工中应对沥青面层集料的相对稳定、沥青拌和楼的粗量系统及矿粉控制、沥青混合料的拌和和碾压温度、混合料的表面离析等予以足够的重视。
1.5 超载运输及井盖与周围混凝土的刚度差异
1.5.1 超载
现在交通量的增长远远大于预期增长率，而且重车的比重也在不断增加，尤其是超载的车辆更是沥青路面的杀手。据调查，最重车载大于100吨，其轴载超过300公斤，远远超过设计轴载，再加上水的作用使路面损害更加严重。
1.5.2 井盖与周围混凝土的刚度差异
检查井及其周围路面的各种材料的刚度和强度存在相当大的差异。检查井一般采用砖砌结构,其弹性模量约1200MPa,可以认为是刚性结构(相对于路基而言),而一般填土路基在压实度达95%时弹性模量仅为30MPa~80MPa,可以认为是柔性结构。由于刚度差异的存在,道路在行车荷载的压力、剪切力和冲击力作用下,必然导致检查井与周围路面之间产生较大的刚度突变和较大的沉降差异,从而引起检查井周围路面结构和检查井的早期损坏。
2 主要控制措施
2.1改善沥青混合料的级配
传统的AC-I型沥青混合料存在细料多、中间料少的现象，这样的沥青混合料在摊铺时易产生离析。沥青混凝土是密实型的，不是嵌锁型的，混凝土中粗骨料呈悬浮状态，沥青混凝土热稳定性较差。为减少离析现象，提高热稳定性，沥青路面可以采用改进的AC-I型结构，主要是适当减少细集料的含量，增加中间料的含量，基本上级配曲线以规范中级配中值线为基准线，4.75mm粒径以下走中值线下线，4.75mm粒径以上走中值线的上线，从室内试验结果和现场外观情况看，效果比较理想。
2.2调整沥青路面结构层厚度
为使最大公称粒径与结构层厚度匹配，保证压实度，减少空隙率，防止沥青路面渗水，上面层可普遍采用30mm厚改进的AK-13型结构和SAM-13结构，下面层统一采用40mm厚改进AC-20I型结构。从摊铺情况看，沥青混凝土压实和密水效果较过去的上面层采用AK-16和下面层的AC-25I得到了明显改善。
2.3严格控制沥青用量
在沥青路面施工过程中，根据目标配合比设计的原则，认真进行目标配合比设计，经过生产配合比优化调整，确定最优的沥青用量，为保证生产的沥青混合料有足够的沥青用量，以提高沥青砼的抗水能力，将规范规定的允许误差0.3%缩小为+0.2%～0.1%。
2.4检查井周围回填材料及连接形式
根据对各类半刚性材料的工程性质、经济适用性、工程应用及回填技术标准等情况的调查发现,石灰稳定土、水泥稳定土、水泥石灰综合稳定土等,容易获取且较经济,在技术上也能确保“刚柔过渡”的效果。
确定检查井周围路基回填区的范围时要考虑3个要素:1)长度要满足“刚柔过渡”的技术要求；2)长度要满足检查井周围路基填土与已填路基的良好结合的要求；3)满足施工作业的要求。为了便于压实机械的碾压,检查井周围路基回填区最小为50cm。检查井周围填土与已填路基相接部分需采用适当的坡度相接,采用分层台阶式填筑。分层填筑总厚度与路基层的填筑厚度相同,半刚性材料层底部标高与检查井底部标高一致或略高。
2.5合理提高压实度
将压实度控制标准从96%提高到98%，减少空隙率.按照这一标准控制的沥青路面，通车后再压密的现象不明显，且沥青路面实测空隙率较小，不易产生早期水损害。同时，为减少实测空隙率，根据规定进行马歇尔设计孔隙率测定时，采用实测密度与理论密度双控，保证理论密度不低于93%，这样使沥青混凝土的空隙率得到严格控制，保证3层沥青路面基本不渗水。为保证压实度达98%，要求施工单位必须配备2台25t以上轮胎压路机。经检测，沥青路面压实度的代表值超过98%，孔隙率除个别点外都能控制在7%以内，保证了沥青路面基本不渗水，雨后已基本消除了水渍。
2.6严格控制石料的压碎
在渗水状态下，石料的压碎对沥青路面使用寿命的影响很大，为保证沥青混合料在摊铺和碾压过程中基本不产生压碎现象，主要采取了以下措施：①在选择石料时尽可能选择针片状含量小压碎值小的石料，且针片状含量必须严格控制在15%以下，尽可能不超过10%，石料压碎值应控制在24以下；②改善碾压工艺，当发现石料有压碎现象时，原则上应尽可能采用轮胎压路机搓柔碾压，而不采用钢轮压路机振动碾压；③加强对石料压碎情况的检查。在终压完成后，沥青混凝土尚未冷却的情况下，局部揭开检查，如有压碎现象，研究分析产生压碎的原因，并采取措施。
2.7加强施工过程中的质量检测
严格检查沥青混合料的生产、运输、碾压过程的规范化；对沥青和石料质量进行源头和现场检测；在沥青路面施工过程中严格控制压实度、空隙率、沥青用量、级配、压实厚度、渗水量等技术指标。
2.8运营阶段
搞好运营阶段的工作也是防止沥青路面损坏的主要措施之一。在运营阶段，加强路面养护和路政管理也是非常关键的，路基路面施工由于是非工厂化的标准作业，存在着不均匀性是很正常的，难免会出现局部的破坏。如果不及时修补，势必会引起更大的破坏，一方面损坏了公路建设者的形象，另一方面也增加了工程造价。另外，超限运输是比较难以控制的社会问题，仅靠路政人员是不能完全解决的，需要全社会共同努力，可喜的是目前国家已意识到了超载问题的严重性，正在采取联合整治的措施，交通部也正在与各大重型车辆生产厂家协商，以彻底解决超限运输问题。
3 结束语
对井盖附近沥青路面的损坏原因分析及控制措施，已经成为大家一个共同研究的话题。有效防治损坏，不仅能提高工程质量，而且能降低工程成本，为国家节省费用，使沥青路面得到越来越广泛的应用，从而加快我国公路事业的发展。

参考文献:
[1]GB 50007-2001,建筑地基基础设计规范[S].
[2]张庆国.强夯法加固机理与应用[M].济南:山东科学技术出版社,2003.
[3]吴 海.浅谈强夯法在高填方地基中的应用[J].山西建筑2009,35(23):129-130.
[4]张佳璐.强夯法在地基处理工程中的应用[J].铁道建筑2009(6):88-90.
[5]　沈金安。沥青与沥青混合料路用性能[M] .北京：人民交通出版社，2001.
[6]　张倩，赵洁，史梦琪，等。自然因素作用下沥青老化化学机理分析[M]。西安建筑科技大报[J]，2004，36(4)：457-450.
[7]赵志军，陈明宇等，沥青的老化机理与性能研究[J] .建材世界，2009，30（2）
[8]陈华鑫，陈拴发等，基质沥青老化行为与老化机理[J] .合成材料老化与应用，2009，38（1）
[9]李立寒，张南鹭，道路建筑材料[M] .北京：人民交通出版社，2007.