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西非红土地区典型路面结构破坏案例分析

(2019-02-16 09:08:34)
标签:

红土粒料

封层

压实

水稳性能

西非红土地区典型路面结构破坏案例分析

西部非洲是世界上经济最为落后的地区,同时也是近年发展势头较迅猛的地区交通基础设施也在这些年中得到进一步完善,从而进一步促进了经济的腾跃从建设条件而言,西部非洲具有良好的自然环境,但如不加以合理利用,同样会有很多问题出现本文就结合西非地区一个新建道路破坏的实例,来对西非道路建设中的一些关键问题加以分析

 

西非地区环境特点

 

西部非洲由于历史原因自然条件资源分布等多方面原因,各国间在经济文化上表现出很大差异不过由于总体区域的特点,在西部非洲地区的国家中,还是有很多共性,在气候上的共性特点是高温,在筑路材料上的共性特点是红土粒料的广泛使用

 

(1)气候特点西非全境地势较为平坦,海拔多在200500m之间,南部和东北部有低矮的高原,沿海地区分布着狭长的平原,其余地区是辽阔的草原和广袤的沙漠因为地势起伏不大,总体海拔较低,且西非全境纬度分布在北纬25°之间,因此气候和植被呈现出明显的纬度地带性差异

 

西非地区气候总体特点是高温酷热持续时间长,由北向南降雨差异大广大的北部是典型的热带沙漠气候,终年干燥少雨;而中部地区是旱雨季交替的热带草原气候,温差大气温高,植被多为一年生的草本植物;南部几内亚湾沿岸深受几内亚湾暖流的影响终年降雨丰沛,加之靠近赤道,高温炎热,形成了典型的热带雨林气候,植被翠绿潮湿茂盛此外,西非地区的降雨有明显的季节性,每年明显分成旱季和雨季,主要降雨均在雨季发生

 

(2)主要筑路材料对于公路修建而言,西非地区建设条件很好,地势平坦较少地质病害,可用筑路材料分布广泛,特别是广泛分布的红土粒料,是基于非洲特有的地质条件,并在干湿两季循环交替的气候条件作用而成的,一般呈红色(红棕色黄色或者褐色),土中含有大量不同粒径的天然混合料红土粒料在不断的胶结复合脱水的过程中,可以聚结成直径几十cm的坚硬实体,经过筛选摊铺压实后稳定性良好,非常适合与路基基层的填筑材料使用在西非地区,红土粒料分布普遍储量丰富且易于运输,是道路修建的上佳选择

 

西非地区典型路面结构

 

西非地区道路的修建,呈现多样性的特点考虑到西非地区普遍交通量较低的特点,西方援助项目多采用级配碎石类的柔性基层;中国援助的项目则多习惯采用半刚性基层;本土实施的项目则更喜好采用当地习惯做法,更多使用红土粒料

 

此外,道路的等级要求,体现在路面结构上差异也比较大较低等级道路多采用沥青表处面层,直接铺筑在红土粒料基层上较高等级道路则采用沥青混凝土面层,下设级配碎石类柔性基层或水稳类半刚性基层

 

整理当地典型路面结构如下:(1)法国规范典型结构:由于历史原因,西非地区受法国的影响比较大法国的建设特点,在基础设施建设中体现也比较多在道路方面,法国习惯采用典型结构法进行路面设计根据此方法,路面结构分成面层和路面体两部分考虑西非地区,法国习惯设计的路面结构,常见的主要以下形式:面层:6cm高模量沥青混凝土或4cm薄层沥青混凝土+4cm薄层沥青混凝土;路面体:(1015cm)沥青碎石+(1520)cm级配碎石或双层级配碎石

 

(2)中国援助典型结构:西非地区是中国援助的重点地区,以援外形式进行的项目比较多,同时还有相当数量的两优项目因此路面结构方案充分体现了中国道路建设的特点,即较多使用半刚性基层同时,考虑援外的特点,结构选取一般会倾向于稳妥总结较常采用的路面结构形式如下:面层:(57)cm单层密级配沥青混凝土或(910)cm双层密级配沥青混凝土;基层:(2025)cm水泥稳定碎石;底基层:(2025)cm级配碎石或红土粒料

 

(3)当地习惯典型结构:一般会根据多年延续的建设习惯和做法,有一些固定成型的结构类型:面层:(23)cm双层或三层沥青表面处置或(46)cm单层沥青混凝土;基层:(1525)cm水泥稳定红土粒料或(1525)cm天然红土粒料;底基层:(1525)cm天然红土粒料或不设底基层

 

应该说,随着对地区特点当地材料及习惯的了解进一步加深,即便是外国在西非地区的建设项目,慢慢的也都会吸取当地习惯做法,尽可能的多采用当地筑路材料因此,更多时候,看到的是融合了的路面结构方式

 

破坏案例

 

项目概况

 

本项目位于西非某国,连接该国两大城市,路线总长约180km根据西非路网规划,该项目属于西非高速路网的一段,因此,该路远期设计标准为双向4车道高速公路考虑到融资规模以及交通需求情况,一期先进行现状道路的改建,采用中国政府优惠贷款资金建设目前现有道路为上世纪80年代修建,路基路面破损严重,后经多次改建修补目前现状已对交通顺畅及安全产生很大影响现状路基宽度67m,在交通日益增长下,也愈发显得不足

 

根据项目设计方案,旧路改建后,作为远期高速公路的一幅,路面采用单向坡,两条行车道外侧设置紧急停车带,路基总宽10.3m考虑到旧路路面破损严重,设计中只把原有旧路作为路基,新建路面结构方案融合了中国及当地建设的特点设计方提出的行车道路面方案为:面层:6cm中粒式沥青混凝土AC16;基层:15cm3.5%水泥稳定红土粒料;底基层:20cm天然红土粒料;面层及基层间设置改性沥青封层,路肩上铺筑双层沥青表处

 

施工开始后,当地监理工程师对路面结构进行了变更,降低了面层厚度,提高了基层厚度,并取消了基层顶面封层和路肩上的沥青表处面层变更后的路面结构为:面层:5cmBBM沥青混凝土014;基层:20cm3%水泥稳定红土粒料;底基层:20cm天然红土粒料

 

破坏情况介绍

 

由于路线长度较长,本项目采用了分段提交设计分段审批分段施工的方式项目营地设在路线桩号K14附近20133月起,逐渐开始路面结构的铺筑铺筑方向为从一起点城市向另一终点城市方向推进20155月,沥青路面铺设基本完成6月份进入雨季后,沥青面层开始逐渐出现破损,至8月份路面大面积损坏,且主要集中在路线靠终点的20km路段,也就是刚刚完成施工不久的路段

 

路面破损的主要表现为网裂坑槽唧浆,位置基本都分布在行车道范围内车辙情况也有,但不算严重,一般在1cm之内问题发生后,项目部立刻会同外方业主进行了现场调查,在调查结论未形成之前,先进行了路面的修补随后不久,修补后的路面及周边又发生了破坏

 

原因分析

 

由于破坏日趋严重,且难以控制建设方组织调查组,对项目现场进行了调研分析通过现场钻芯取样弯沉实验,以及对设计施工原材料施工管理等各流程进行仔细的核查,路面破损的原因逐渐清晰通过弯沉检测,基本排除了基层质量原因,现状基层的承载力还是比较好的通过交通量核查,排除了车辆荷载的原因,出问题的段落恰恰是交通量最小的路段核查的重点集中在了沥青混凝土上发现了如下问题:

 

(1)结构缺陷现场在已发生破坏的区域周边进行了钻芯,发现了比较多的问题其中一个典型的情况,就是在现状的面层沥青混凝土中,发现了不少充填的红土同时,在路面已发生裂缝但没有进一步破坏的区域,发现了缝隙中充填了大量红土通过钻芯取样,发现这种缝隙中的红土是上下贯通的

 

原因分析:从这种现象,我们可以推断沥青面层破坏的过程在行车作用下,水泥稳定红土粒料中的粘土颗粒与水混合,之后通过沥青混凝土中的缝隙,逐渐__渗入到路表在这个过程中,面层中的沥青由于泥浆的作用,失去了对集料的裹附能力,集料逐渐松散,进而脱落,发生整体破坏

 

从现场情况分析,以及对设计过程的检查发现,主要原因有两点:第一,取消封层导致面层及路侧的渗水,使红土粒料中的粘土泥浆化由于取消了封层,泥浆很容易进入面层混凝土同时在行车荷载的负压作用下,被吸到路表,进而破坏第二,由于本路采用单向坡设计,单向坡上侧的路肩表面的沥青表处结构被取消,雨水在面层边缘沿着面层和基层之间的缝隙渗入,这成为基层中水的一个主要来源

 

(2)施工控制在问题排查中,也发现了施工方面控制不当的因素本项目路线里程长,达到180km而沥青混凝土拌和站却设在一侧起点附近沥青混凝土的压实中,温度的控制最为重要根据我国规范的规定,对于厚度在58cm的沥青混凝土面层,最低摊铺温度应至少在130以上而实际情况是,由于沥青混凝土出场后,至终点运输时长超过2h,且没有配备保温车,导致实际到场温度已远远不能满足摊铺要求这种情况下摊铺的沥青混凝土,必然导致压实不良,孔隙过大,雨季开始后,渗水严重

 

(3)材料选用此外,对于沥青混凝土制备中采用的原材料,检查的结果认为也是不恰当的根据现场提供的原材料实验,本项目中采用的集料为变质玄武岩实际检查发现,该岩石中云母和石英含量很高,整体呈酸性,沥青黏附力介于34之间,不能满足项目需要而项目实施中,也没有采取相应的提高黏附性的措施,导致沥青与集料间很容易剥离

 

处置措施

 

(1)材料控制首先,从原材料入手尽可能寻找黏附性好的基性岩石料如只能采用这种石料,则必须考虑相应的抗剥落措施根据现场条件,建议在沥青混凝土中掺加适量的水泥作为抗剥落剂水泥的掺量需要通过实验确定,建议分别按2%2.5%3%进行分组试验,选取最合适的比例,必要时可考虑铺筑实验路段

 

(2)现场处理

 

合理设置拌和站:原有拌和站位置过远,不能满足使用需要施工组应即刻准备搬迁至待修复路段附近,同时做好备料工作现有路面处置:根据现场调查,对于发生大面积破坏的路段,不能再采取局部修补的措施在检查基层完好的条件下,铲除现状损坏面层同时,需对未明显破坏路段进行排查,列出可能会在近两年内发生破坏的段落采用原设计方案进行加铺处理:按照原始设计方案,应在铲除破损路面后,铺设封层,进行隔水处理之后再加铺沥青面层同时,对路肩进行沥青表处罩面,阻断雨水渗入

 

存在隐患路段设置稀浆封层:现场发现的,靠近破坏段落的区域,路表已出现不同程度的裂纹对开裂严重的段落,一并采取加铺处理而对于目前还不严重但存在一定隐患的段落,采取铺设稀浆封层的措施,减缓进一步恶化的趋势

 

实施建议

 

(1)设计应留有纠错空间本项目中路面发生破坏,首先是方案的不合理由于造价原因,路面结构已接近承载极限,施工后又在此基础上进一步简化调整,而现场施工不可能完全符合实验室的理想状态,会造成现场质量事故

 

(2)充分研究当地材料特点对当地材料的认识不够,也是出现问题的主要原因红土粒料本身具有水稳性确实较好,随着时间的延续,红土粒料自身就会胶结成很高的硬度但在压实后初期,必须要做好防水养护,否则很容易形成细颗粒析出,进而影响路面质量

 

(3)重点关注路面防水本地区处理路面问题的关键是防水,防水措施不到位不仅能导致路面的损坏,还会导致基层失效,进而导致整个路面结构的破坏,需格外注意

文章来源:中国沥青路面网 http://asphaltpavement.cn/site/news_info.aspx?id=1637
西非红土地区典型路面结构破坏案例分析

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