高速公路瀝青路面早期破壞特征及成因分析

陳志新

河南省許昌市鄢陵縣公路管理局，河南 許昌 461200

0 引言

瀝青路面是用瀝青材料作結(jié)合料粘結(jié)礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結(jié)構(gòu)。由于瀝青路面使用瀝青結(jié)合料，因而增強(qiáng)了礦料間的粘結(jié)力，提高了混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使路面的使用質(zhì)量和耐久性也都得到了很大提高。與水泥混凝土路面比較，瀝青路面具有表面平整、耐磨、無接縫、行車舒適、耐疲勞、抗高溫變形、抗低溫開裂能力、振動(dòng)小、噪音低、施工期短、防滲、抗滑、養(yǎng)護(hù)維修簡單、適宜于分期修建等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代以來，各國都大量修建瀝青路面，我國近幾十年來也修建了相當(dāng)數(shù)量的瀝青路面，廣泛用于公路和城市道路。瀝青路面已成為我國高速公路的主要路面形式。

但是，瀝青路面在行車荷載的反復(fù)作用和自然因素的不斷影響下會(huì)逐漸出現(xiàn)不同程度的破壞，使其使用性能逐步惡化。我國高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)使用期一般為15年，但是，據(jù)調(diào)查表明，通車僅2～3年的個(gè)別高速公路的瀝青路面已經(jīng)大面積破壞。此現(xiàn)象表明，要想設(shè)計(jì)出達(dá)到使用壽命要求的瀝青路面，必須首先解決上述瀝青路面的早期破壞問題。

1 路面早期破壞形式及原因分析

由于荷載、環(huán)境、材料組成、結(jié)構(gòu)層組合、施工和養(yǎng)護(hù)等條件的差異，破壞的形態(tài)也是多種多樣的。這些破壞既可能是某單一因素作用的結(jié)果，也可能是以上各因素相互作用的結(jié)果。綜合分析瀝青路面的破壞形態(tài)，基本上可分為3大類型，即裂縫類、變形類、表面功能性破壞類。具體分為以下6種，即沉陷、裂縫、松散和坑槽、車轍、泛油及擁包、疲勞開裂。

1.1 沉陷

沉陷是路面在行車荷載作用下，車輪帶處路面出現(xiàn)的凹陷變形，有時(shí)在凹陷兩側(cè)伴隨出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象。當(dāng)沉陷較大時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的變形能力不能適應(yīng)這樣大的變形量，于是在受拉區(qū)產(chǎn)生以縱向?yàn)橹鞯牧芽p，并可能發(fā)展為網(wǎng)裂。產(chǎn)生沉陷的主要原因是路基水文地質(zhì)條件很差而過于濕軟，路基承載力較低而難以承受通過路面?zhèn)髦谅坊砻娴暮奢d應(yīng)力，從而產(chǎn)生較大的豎向變形所致。

1.2 裂縫

裂縫是瀝青路面最主要的破壞形式，按其成因可分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫3種類型。

橫向裂縫是指垂直于行車方向的裂縫。按其成因不同它又可分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫。荷載型裂縫是由于車輛嚴(yán)重超載，致使拉應(yīng)力超過其疲勞強(qiáng)度而斷裂。非荷載型裂縫是橫向裂縫的主要形式。

1.3 松散和坑槽

由于面層材料組合不當(dāng)或施工質(zhì)量差，結(jié)合料含量太少或粘結(jié)力不足，面層混合料的集料間失去粘結(jié)而成片散開，稱為松散。坑槽是松散的材料被車輪后真空吸力及風(fēng)和雨水帶離路面而形成凹坑，此外，網(wǎng)裂的進(jìn)一步發(fā)展，在行車荷載作用下使松動(dòng)的碎塊脫離面層也會(huì)形成坑槽。

1.4 車轍

車轍是高級(jí)瀝青路面的主要破壞形式，它是路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車重復(fù)荷載作用下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。這種變形出現(xiàn)在行車輪帶處，即形成路面的縱向帶狀凹陷。因?yàn)檫@種路面的使用壽命較長，即使每一次行車荷載作用產(chǎn)生的殘余變形量很小，而多次重復(fù)作用累積起來的殘余變形總和也會(huì)很大，使得車轍仍足以影響車輛正常行駛。

1.5 泛油及擁包

面層混合料中瀝青含量偏多且孔隙率太小時(shí)，瀝青會(huì)在夏天受行車的作用而溢出路表面，形成一層有光澤的膜，此現(xiàn)象稱為泛油。這種瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度往往過低，在承受較大水平力作用的車輛經(jīng)常啟動(dòng)和制動(dòng)的路段上，面層材料會(huì)沿行車方向發(fā)生剪切或拉裂破壞而出現(xiàn)推移及擁包。

1.6 疲勞開裂

疲勞開裂是指路面在正常使用情況下，路表無顯著永久變形而出現(xiàn)的裂縫。其特征是初期為沿輪跡帶產(chǎn)生較短較細(xì)的縱向平行裂縫，繼而隨著行車荷載進(jìn)一步作用逐漸發(fā)展為網(wǎng)狀裂縫，開裂面積、裂縫寬度不斷擴(kuò)大。產(chǎn)生疲勞裂縫的原因主要是瀝青面層受行車荷載的反復(fù)彎曲作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。

2 路面早期破壞其它相關(guān)原因分析

近年來，雖然我國高速公路總里程有了大幅度提高，但是由于這些公路路面的設(shè)計(jì)和施工水平都有明顯差異，以及現(xiàn)實(shí)存在的普遍搶工現(xiàn)象，其中部分高速公路的路面屬于非正常設(shè)計(jì)，還有部分是非正常施工所致。此外，還有一些是材料本身的問題。所以筆者認(rèn)為，良好的道路使用性能的保證，首先要從設(shè)計(jì)和施工這兩個(gè)內(nèi)因入手，兼顧找出其它外部原因，進(jìn)行對(duì)癥下藥。

2.1 路面設(shè)計(jì)

瀝青面層結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)、混合料類型不合理。根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，瀝青面層除應(yīng)滿足車輛的使用要求外，還應(yīng)滿足雨水不滲等要求，宜選用粒徑較小，空隙也小的級(jí)配混合料，盡量采用小粒徑瀝青混凝土，以提高瀝青路面面層的防滲性。對(duì)于選用中粗?；炷粱蜷_級(jí)配或半開級(jí)配瀝青碎石的瀝青路面，必須在瀝青面層下設(shè)下封層，以防止雨水滲入。

2.2 水的原因

隨著時(shí)間的推移，特別是長期下雨后，路面的顏色愈來愈黑，并出現(xiàn)輪跡處路面向兩邊推擠而隆起，輪跡處繼續(xù)沉陷，再發(fā)展，靠近輪跡的隆起部分破損，很快就出現(xiàn)面層松散、剝落、坑槽等。松散的集料表面光溜溜的，瀝青膜已剝落貽盡。

2.3 人為破壞

交通事故以及維修車輛漏油等所致的路面破壞。

3 應(yīng)對(duì)措施

1）加強(qiáng)路面的層間結(jié)合，使用高性能的粘結(jié)材料作粘層。對(duì)于高速公路，有條件時(shí)可考慮采用橡膠乳液預(yù)處理等新技術(shù)。

2）完善排水設(shè)計(jì)，減少隱患。鑒于水損壞的普遍性，應(yīng)完善路面排水設(shè)計(jì)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，挖方路段和中央分隔帶排水設(shè)施不全，橋梁泄水孔設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致雨水滲入結(jié)構(gòu)層內(nèi)引發(fā)的破壞較為普遍。為此，可采取拆除路側(cè)路緣石，改土路肩為等粒徑碎石填料等措施加以預(yù)防，以增加橫行排水能力。

3）推廣采用較先進(jìn)的路面結(jié)構(gòu)。如瀝青路面采用SBS改性瀝青或SMA面層，以提高抗永久變形能力和抗磨耗能力；中面層和下面層采用FAC-20結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)路面的抗疲勞和抗車轍能力；改善基層的類型，如采用大粒徑碎石(LSM)，減少路面的反射裂縫等等。推廣應(yīng)用較先進(jìn)的路面設(shè)計(jì)成果。用新指標(biāo)、新試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)方法來檢驗(yàn)瀝青；以體積配合比法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

瀝青路面早期損壞的原因是多方面的，既有結(jié)構(gòu)問題和外部作用，又有施工控制不嚴(yán)的問題。所以，必須根據(jù)其成因從路面設(shè)計(jì)、原材料進(jìn)場到具體施工，有針對(duì)性采取一系列預(yù)防和改善措施。同時(shí)，必須建立健全質(zhì)量保證體系，從管理部門、設(shè)計(jì)部門到施工部門， 層層重視、層層控制、層層落實(shí)。只有這樣，才能從根本上減少瀝青路面早期破損現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]鄧學(xué)均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]張國祥.高速公路瀝青路面早期破壞研究[J].公路交通技術(shù),2009(1):36-38.

[4]何兆益,楊錫武.路基路面工程(下)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2001:92-93.