高速公路瀝青路面水損害及其防治分析

劉中禮

（滄州路橋工程公司，河北 滄州 061000）

0 引言

以前的公路路面在投入使用以后出現(xiàn)的一些病害，大多是承重基層的水穩(wěn)性不良所致。所以后來的基層便逐漸由當(dāng)時(shí)的以粘土作為結(jié)合料的泥結(jié)碎（礫）石、級配碎（礫）石材料轉(zhuǎn)向了以石灰、水泥等無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定的碎（礫）石、二灰碎（礫）石、石灰土等半剛性基層方面的發(fā)展。在大量修建瀝青路面的同時(shí)，先后進(jìn)行了一些粗糙抗滑等新型結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)與探索，并進(jìn)行了大面積應(yīng)用性鋪筑，其中有些在通車之后的頭幾年就出現(xiàn)了早期水損害性病變，而且病變?nèi)杂欣^續(xù)發(fā)展的趨勢，成為高速公路修建、養(yǎng)護(hù)中一個亟待解決的問題。

1 瀝青路面結(jié)構(gòu)

高速公路的路面結(jié)構(gòu)與厚度在經(jīng)過幾年的調(diào)整、摸索后已逐漸趨向定型。如河北省等地的高速公路大多為15cm 瀝青面層（前期采用過12cm）、16～20cm水泥穩(wěn)定碎石、18～20cm二灰穩(wěn)定碎石、20cm石灰或石灰、粉煤灰穩(wěn)定土。也可根據(jù)當(dāng)?shù)厝〔那闆r，取消二灰碎石而加厚石灰土底基層等做法。15cm的瀝青路面，通常采用4cm+5cm+6cm三層式的上（表）、中、下（底）面層結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)選型中的問題主要是在瀝青面層上，而瀝青面層又主要集中在這4cm的表面層上。通過優(yōu)化組合，選定結(jié)構(gòu)類型和礦料級配組成。高速公路的上、中面層，采用的是傳統(tǒng)連續(xù)級配型密實(shí)結(jié)構(gòu)。此后，為了尋求解決高速行車、瀝青面層的粗糙抗滑問題，在正定試驗(yàn)路面的基礎(chǔ)上，開始在4cm厚的表面層上探索性鋪筑了SAC—16斷級配型多碎石瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。然而有的公路竣工之后，僅僅經(jīng)過了一個冬季的通車營運(yùn)，來年的初夏就出現(xiàn)了大范圍的“析油”現(xiàn)象，瀝青軟層向表層?。ň郏┘?，形成一層光亮的油層。

在對這種病害調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，由“析油”現(xiàn)象到結(jié)構(gòu)的透水現(xiàn)象進(jìn)行分析，進(jìn)而對這種斷級配結(jié)構(gòu)的礦料級配組成進(jìn)行調(diào)整。在當(dāng)時(shí)追求粗糙抗滑的前提下，這種調(diào)整是謹(jǐn)慎的、逐步細(xì)化的。在以后的新建工程項(xiàng)目中，就以4.75mm篩孔通過量（中值）作為一個特征指標(biāo)來衡量，由最初的33%逐步調(diào)整到47%，向著連續(xù)級配方向靠攏。隨著指標(biāo)的調(diào)整，路面質(zhì)量亦有了好轉(zhuǎn)。

2 瀝青路面水損害分析

瀝青路面水損害發(fā)生的主要原因是透水，而透水又是由于空隙率偏大導(dǎo)致的。病害的發(fā)生、演變大體可分為以下幾種現(xiàn)象和過程。

2.1 析油

析油，習(xí)慣上也稱作“泛油”。實(shí)際上，析油與泛油的含義截然不同。“泛油”一般是指瀝青表處、貫入式路面在鋪后的形成期，行車自然碾壓下的瀝青遇熱上泛，再分布，礦料壓實(shí)、擠實(shí)的一個正常泛油的成型過程。而析油則是瀝青面層由于透水、水膜的長期浸入，油、石逐漸剝離，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之后，在行車荷載的反復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的瀝青油膜攜同一部分細(xì)、粉顆粒向上?。ň郏┘㈦x析的結(jié)果。這是一種假象的泛油，實(shí)屬水損害病變的初期。仔細(xì)觀察，可在行車輪跡（車轍位置）的側(cè)緣附近看到一些極輕微的細(xì)發(fā)狀裂紋。

病變的發(fā)生雖然與汽車嚴(yán)重超載、軸載輪壓的增加、大量行車重載的反復(fù)作用以及冬凍春融，大氣降水、夏季烈日高溫等不利因素條件直接有關(guān)，但根本的原因還是透水，是透水引發(fā)了一系列水損壞病害。

與連續(xù)密級配相比，粗集料斷級配的空隙率偏高，因而雨、雪水就得以下滲并滯留于瀝青面層內(nèi)。常年的滯留與積累，使得水膜容易沿著礦料顆粒與瀝青油膜界面之間的空隙而入。近于飽和的空隙水在行車瞬間荷載的動水壓力的反復(fù)沖刷作用之下，逐漸侵蝕剝離。特別是當(dāng)瀝青表面層使用了一些帶有酸性的硬質(zhì)巖石料，粘附力就更差。初期，當(dāng)瀝青面層尚具一定的嵌鎖能力，這些細(xì)微的裂隙只是在隱約地逐漸發(fā)展，在油、石之間形成一些微小的脫節(jié)與錯動，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度開始出現(xiàn)衰降和失穩(wěn)。由于冬季凍融侵害的潛在危害，到了夏季高溫下，在行車荷載的不斷擠壓、揉搓下，瀝青油膜只能是向上?。ň郏┘?。實(shí)際上，析油現(xiàn)象是病害發(fā)生的前兆。

2.2 車轍

車轍是“泛油”的繼續(xù)。正常情況下的車轍主要是行車荷載作用下的壓密與形變的積累。一般當(dāng)車轍超出了10～15mm之后就需要處理，以防積水，影響行車舒適與安全。早期水損害性車轍，是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部瀝青混合料的粘聚力、內(nèi)摩阻力已出現(xiàn)不同程度的衰減，剪應(yīng)力超出了自身所有的抗剪強(qiáng)度。所以其“W”型車轍斷面的變形也大，出現(xiàn)得早，發(fā)展也快。有的兩年之后就出現(xiàn)了車轍，三年之后25mm以上深度的車轍已達(dá)到了12%以上，最大深度為34mm。五年之后，車轍深度發(fā)展到15～25mm，嚴(yán)重的達(dá)到30～45mm，最深可達(dá)60mm以上，實(shí)際上已趨于結(jié)構(gòu)性破壞階段。

從荷載受力分析看，15cm厚的瀝青面層，上部0～5cm壓應(yīng)力最大，大約在4～9cm處的中面層部位剪應(yīng)力最大，是產(chǎn)生剪切形變從而發(fā)生轍槽的主要深度范圍。但也不全是這樣，因?yàn)樗畵p害病變的發(fā)生又與水損害的程度極為相關(guān)，往往是病變發(fā)展到哪層，車轍變形層厚的變化就出現(xiàn)在哪層。如有的僅發(fā)生于表面層，而有的則是深入到中面層，甚至可以見到一些水平狀剪切層理，說明早期車轍的發(fā)生與水損壞性病變直接相關(guān)。

2.3 網(wǎng)裂

路面上存在各式各樣的裂縫，如收縮反射性的裂縫，橫向的、縱向的以及程度不一的網(wǎng)裂、龜裂、塊裂等。收縮反射性裂縫往往是上下連通的（非重合），這是半剛性基層的特性，這一弊端相比之下還是比較好處理的。目前采用密封膠、改性乳化瀝青、軟膏等開槽封堵的做法還是比較成功的，只要處理得當(dāng)，收縮反射性裂縫基本上可以得到抑制。難以處理的病變類型是網(wǎng)裂。網(wǎng)裂基本上是水損害已發(fā)展到了后期階段，路面結(jié)構(gòu)已失去原有強(qiáng)度和穩(wěn)定性，回彈彎沉明顯超出原設(shè)計(jì)允許值，路表呈現(xiàn)出多向的網(wǎng)狀裂縫，同時(shí)伴有較大的垂直形變和凹陷起伏。此時(shí)的雨后滲水危害將會進(jìn)一步加劇，繼續(xù)向中、下面層甚至基層擴(kuò)滲。有些縱向裂縫，除了填方自身的滑坡失穩(wěn)這一原因外，還與透水后基層材料的水穩(wěn)性不良直接有關(guān)。

病變的發(fā)展往往是零散地、程度不一地穿插交匯在一起，說明了道路鋪筑本身存在著極大的不均勻性的特點(diǎn)。在一些明顯的橫、縱裂縫或網(wǎng)狀裂隙處結(jié)構(gòu)層內(nèi)滯留的空隙水，可能在行車輪荷瞬間的壓彈動水壓力作用下沿裂縫、裂口發(fā)生泵吸唧漿，往上冒白漿，這些白漿并非全是來自基層的灰漿，有些是瀝青面層礦料自身在行車輪荷揉搓作用下磨損下來的細(xì)粉顆粒。石料雖有色澤之分，但磨耗下來的粉末“條痕”多是白色的。在嚴(yán)重唧漿病害的下面，可以看到油石離析，骨料露白，幾乎看不到原來裹覆的瀝青。

2.4 橋面瀝青面層的水損害

同樣條件下，橋面瀝青面層的水損害要比路基上嚴(yán)重得多。因?yàn)闃蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)是直接懸置于大氣之中，對氣候的變化相對敏感。汽車輪荷對瀝青面層的損傷相當(dāng)大。此外，施工中，瀝青面層與其下水泥混凝土的結(jié)合層位不像整體瀝青混凝土結(jié)構(gòu)上下層間那樣能夠借助攤鋪后的高溫和熔燙，起到上下緊密結(jié)合的效果，因而在這個結(jié)合層位上空隙率一般偏大，也容易透水且存水。

另外，也不排除原水泥混凝土橋面施工本身就存在如強(qiáng)度不足、松散夾層或殘留浮漿等內(nèi)在缺陷和弊端。此外，也可能有上部結(jié)構(gòu)自身的橫向連結(jié)剛度不足、單板受力，撓曲變形過大等原因。一般來說，橋面上出現(xiàn)水損害是個前兆，表明結(jié)構(gòu)本身存在透水隱患。隨后1～2年，路基上瀝青路面的水損害也就相繼發(fā)生，仍然是瀝青面層自身透水所致。

3 結(jié)語

高速公路路面結(jié)構(gòu)選型方面存在很多問題，需要反復(fù)地實(shí)踐、認(rèn)識和不斷地總結(jié)、提高。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對高速公路瀝青路面的水損害問題展開探討，以為同行提供參考。

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