高速公路瀝青路面的早期破損原因及防護措施

左靜琳

【摘要】高速公路瀝青混凝土路面的早期破損的類型、成因的分析，以及如何防止早期破損。

【關鍵詞】瀝青路面；早期破損；成因；措施

【Abstract】Early wear type highway asphalt concrete pavement， analysis of the causes and how to prevent premature breakage.

【Key words】Asphalt pavement；Early damage；Causes；Measures

瀝青混凝土路面具有表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、振動小、噪聲低、施工斯短、養(yǎng)護維修簡便、適宜于分期修建等優(yōu)點，因此獲得越來越廣泛的應用。在高速公路的建設中，我國的絕大部分高速公路都采用瀝青混凝土路面。隨著國民經(jīng)濟快速、協(xié)調(diào)發(fā)展，我國道路交通量日益增大，車輛迅速大型化且嚴重超載，使公路路面面臨嚴峻的考驗?，F(xiàn)有高速公路的有效服務時間普遍未能達到其設計使用年限，常常在通車2～3年便出現(xiàn)了較為嚴重的早期破損現(xiàn)象。在當前公路建、養(yǎng)資金嚴重不足的情況下，研究瀝青路面的早期破損原因及防護具有特別重要的現(xiàn)實意義。

1 瀝青路面早期破損的類型

1.1橋頭跳車橋頭跳車一般是臺背填土壓實不足，導致填土在臺背后數(shù)十米范圍內(nèi)下沉。其特征為：沉降在行車方向是漸變的，延續(xù)距離相對較長，路面的整體強度未受破壞，路表面也少有損壞，但行車時具有明顯的“波浪”感。

1.2沉陷沉陷一般是由基層局部成形不足，強度不夠，在行車載荷和自然因素等作用下形成的。對于大面積沉陷往往是由于路基（高填方地段）不均勻沉降或局部滑移面引起的。

1.3裂縫路面裂縫是路面早期破損最常見的病害之一，它的危害在于從裂縫中不斷進入水份使基層甚至路基軟化，導致路面承載能力下降，加速路面破壞。

1.3.1橫裂縫橫向裂縫可分為荷載性裂縫和非荷載性裂縫兩大類。荷載性裂縫是由于路面設計不當和施工質(zhì)量低劣，或由于車輛嚴重超載，致使瀝青面層或半剛性基層內(nèi)產(chǎn)生的拉應力超過其疲勞強度而裂縫。非荷載性裂縫是橫向裂縫的主要形式，它有兩種情況：瀝青面層溫度收縮性裂縫和基層反射性裂縫。一般認為這種裂縫不可避免，對路面的整體性沒有損害。

1.3.2縱裂縫縱向裂縫可分為兩種情況：一種情況是由于路基壓實度不均勻，路面不均勻沉陷而引起的，如發(fā)生在半填半挖處的裂縫。另一種情況是瀝青面層分幅攤鋪時，兩幅接茬未處理好，在行車載荷作用下，易形成縱縫。有時，車轍邊緣也會有縱裂縫。

1.3.3龜裂龜裂又稱網(wǎng)裂，通常是由于路面整體強度不足，基層軟化，穩(wěn)定性不良等原因引起的，瀝青路面老化變脆，也會發(fā)展成網(wǎng)狀裂縫。一般多發(fā)生在行車道輪跡下。

1.4車轍變形車轍是在行車載荷重復作用下，路面產(chǎn)生累積永久性的帶狀凹槽。

1.4.1結(jié)構(gòu)性車轍由于荷載的作用，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)層的永久變形。這種車轍寬度較大，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面成凹字形。

1.4.2磨損性車轍由于車輛不斷地磨損路面，特別是大量重型超載車輛渠化行駛在主車道上，磨損路面也會形成車轍。

1.4.3流動性車轍在高溫條件下，車輪碾壓反復作用，荷載應力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動變形不斷積累形成車轍。這種車轍一方面車輪作用部位下凹，另一方面車輪作用甚少的車道兩側(cè)反而向上隆起，在彎道處還明顯向外推擠，車道線或停車線因此可能成為變形的曲線。

1.5坑槽瀝青路面的坑槽往往都有一個形成過程，起初局部龜裂松散，在行車載荷和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。

1.5.1壓實不足性坑槽一般情況是施工時混合料溫度太高，使瀝青老化，粘結(jié)力降低，脆性增加，導致壓實不夠，粘結(jié)不牢，在行車載荷作用下，形成坑槽；另一種情況是混合料溫度太低，攤鋪不均勻，壓實不充分，導致壓實度不夠形成坑槽。

1.5.2厚度不夠性坑槽路面下面層局部標高控制不嚴，導致瀝青上面層個別地方厚度不夠，在行車作用下，部分混合料易被“帶走”，形成坑槽。

1.5.3水損害性坑槽這種坑槽是瀝青混凝土路面早期破壞中常見的坑槽，其形成過程可歸納如下：

（1）在開始階段，水分侵入瀝青與集料的界面，以水膜或水氣的形式存在，影響瀝青與集料的粘附性。

（2）在反復荷載的作用下，瀝青膜與集料開始剝離。

（3）漸漸地，路面開始麻面、松散、掉粒。最后形成坑槽。

水損害破壞是瀝青混凝土路面在水或凍融循環(huán)的條件下，由于汽車輪動態(tài)荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環(huán)作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力，瀝青膜從集料表面脫落（剝離），瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散，繼而形成瀝青混凝土路面水損性坑槽。

1.6瀝青路面的表面功能衰減瀝青路面的表面功能是指瀝青路面的平整、抗滑、噪音、濺水和水霧等。這里主要說明路面抗滑性能的衰減。

在我國，瀝青路面抗滑性能在通車后迅速下降主要有兩方面原因，第一是瀝青標號過大，針入度偏大，瀝青用量可能過多，路面漸漸泛油，構(gòu)造深度下降，直到變成光滑的路面。第二是粗集料不耐磨，迅速磨光。

2 瀝青路面早期破損的形成原因

2.1路面結(jié)構(gòu)設計上的問題采用半剛性基層時只用彎沉控制設計，忽略層底彎拉應力是否合理，變化幅度達100℃的冬夏溫差對于半剛性基層和面層的溫縮開裂的作用。另外，設計時沒有考慮防止反射裂縫問題，路基路面應作為整體進行綜合設計。還有，結(jié)構(gòu)層設計厚度太小也是導致路面早期破損的重要原因之一：路面面層受行車水平力和垂直力的綜合作用，在面層結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生剪應力。從力學角度而言，這種綜合作用越大，面層產(chǎn)生的剪應力就越大。對車輛在公路上的不同位置進行受力分析可知，在車輛啟動、制動處，縱坡較大的坡道以及合成坡度較大的彎道內(nèi)側(cè)，路面面層所受車輛的水平力和垂直力的合力較大，較易發(fā)生剪切破壞。同時，據(jù)有關資料分析，剪彩應力對路面的破壞一般在路面表層的5～8cm范圍內(nèi)，隨著深度的增加，其破壞影響逐漸消失。

2.2路面原材料我省瀝青材料主要有盤錦90號和140號道路瀝青，由于我省的氣候特點是冬季寒冷、夏季炎熱（最高溫度70℃）、四季溫差大（變化幅度100℃以上），要求瀝青材料具有優(yōu)良的粘結(jié)力、抗老化性能、高低溫穩(wěn)定性能。另外，隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，公路運輸超、重載現(xiàn)象嚴重，對瀝青材料的性能提出更高的要求。瀝青材料性能不過關是我省瀝青路面早期破損的主要原因之一，普通瀝青已不能完全適應形勢發(fā)展的需要，推廣應用改性瀝青已勢在必行。

目前我省路面基層以水泥穩(wěn)定或二灰穩(wěn)定砂礫為主，由于料源有限且考慮經(jīng)濟因素就地取材，砂礫、碎石土等天然材料質(zhì)量較差，使得路面基層質(zhì)量難以保證。從路面材料情況來看，主要問題是骨料的表面特性、形狀、磨耗值、級配不能滿足使用要求，以及礦粉的質(zhì)量難以保證，從而導致瀝青混合料的內(nèi)摩阻力和內(nèi)聚力、粘結(jié)力下降，瀝青路面也就極易發(fā)生早期破損。

2.3施工質(zhì)量問題。

2.3.1對透層油或粘層油的作用認識不夠，造成各結(jié)構(gòu)層間連續(xù)性和粘結(jié)性差，如為降低工程造價攤鋪面層前基層不灑粘層油，或灑布工藝控制不嚴造成計量不準、油膜不均勻、不連續(xù)稠度；基層清掃不凈，殘余浮土、碎石、油污等形成隔離層。

2.3.2我省半剛性基層施工初期曾使用五鏵犁拌合，后期主要是拌合機路拌，刮平機和壓路機組合攤鋪，極易造成水泥等粘結(jié)材料拌和不勻、基層頂面泛漿形成光滑的灰漿層或硬殼，從而層間粗糙度不足。目前全省正在大力推廣工廠拌合、攤鋪機攤鋪的工藝，基層質(zhì)量明顯提高。

2.3.3面層鋪筑過程中易出現(xiàn)壓實度不足，造成面層內(nèi)部孔隙率較大，使得瀝青混合料粘結(jié)力、防水性能下降，如碾壓設備不當或碾壓遍數(shù)不夠；拌和廠離施工現(xiàn)場較遠，運距過長，運輸途中瀝青混合料熱量損失較大，運至現(xiàn)場后溫度不能滿足鋪筑要求；為保工程進度低溫施工，或拌和過程中油溫過高致使瀝青老化。

2.4路面滲水高速公路路面面層損壞的一個很重要的原因是由于路面滲水所引起的。天氣降水滲到瀝青面層中而排不出去，這樣在汽車荷載及溫度變化的作用下，瀝青面層產(chǎn)生破壞。

2.5超、重載運輸問題超、重載運輸導致路面早期破壞、縮短路面設計使用壽命、增加額外補強或改建費用。因此，路面實際使用壽命與超限運輸之間的定量分析，是一個不可忽視的研究課題。

3. 瀝青路面早期破損的防護通過以上分析，可看出瀝青混凝土路面早期破損與瀝青混合料、路面設計施工、交通氣候條件的全部或部分有聯(lián)系，而交通氣候條件是客觀存在的，所以瀝青路面早期破損防治應以路面設計、瀝青混合料和施工三個方面考慮

3.1合理設計路面結(jié)構(gòu)。

3.1.1盡可能減薄瀝青面層厚度由于以下四方面原因，高速公路路面厚度可酌情減薄，控制在9～12cm之內(nèi)。第一是半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的承載能力可由半剛性材料層（基層和底基層）來承擔，無需用增厚面層來提高承載能力。第二是提高瀝青路面使用性能不是用厚的瀝青面層，而是用優(yōu)質(zhì)瀝青。第三是瀝青面層的裂縫不只是反射裂縫，在正常施工情況下，大部分是瀝青面層本身的溫縮裂縫。第四是一般來說厚的瀝青面層易導致車轍的產(chǎn)生。

3.1.2加強瀝青路面防水設計。

3.1.3選用合理的基層和底基層結(jié)構(gòu)。

3.2嚴格控制瀝青混合料的質(zhì)量。

（1）瀝青的選取選用具有良好的高低溫性能、抗老化性能、含蠟量低、高粘度的優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)或進口瀝青。在條件許可的情況下，可在瀝青中摻加各種類型的改性劑，以提高基性能指標。

（2）集料的選用骨料應選用表面粗糙、石質(zhì)堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性能好的集料。如果骨料呈酸性則應添加一業(yè)數(shù)量的抗剝落劑或石灰粉，確保混合料的抗剝落性能，同時應盡量降低骨料的含水量。

（3）混合料級配的確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和疲勞性能、低溫抗裂性，路面表面特性和耐久性是兩對矛盾，相互制約，照顧了某一方面性能，可能會降低另一方面性能。混合料配合比設計，實際上是在各種路用性能之間搞平衡或最優(yōu)化設計，根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件和交通情況做具體分析，盡量互相兼顧。

當然為提高瀝青路面使用性能還可以考慮以下兩個途徑：第一是改善礦料級配，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）。第二是改善瀝青結(jié)合料，采用改性瀝青。

3.3嚴格控制施工質(zhì)量施工質(zhì)量控制不嚴，早期破損必然出現(xiàn)。所以瀝青路面施工必須按全面質(zhì)量管理的要求，建立健全有效的質(zhì)量保證體系，實行目標管理、工序管理，明確責任，對施工全過程，每道工序的質(zhì)量要進行嚴格的檢查、控制、評定，以保證其達到質(zhì)量標準，具體要抓好以下幾方面：

（1）嚴格控制瀝青混合料的拌和質(zhì)量，拌合過程中發(fā)現(xiàn)“糊料”或“離析”等異常情況應立即進行處理；加大馬歇爾試驗頻率，嚴格控制瀝青混合料的油石比、穩(wěn)定度、流值等指標，必要時對混合料進行特殊配合比設計。

（2）保證基層頂面粗糙度。改善基層材料級配，增加粗骨料，提高大中粒徑集料含量；控制最佳含水量，改進碾壓方法，避免過振過濕，不能使基層頂面形成灰漿硬殼，不能用細料進行壓實后找平。對細粒土類的半剛性基層，必要時可以采用頂面栽釘?shù)绒k法加強基層頂面粗糙度。

（3）合理灑布透層油、粘層油。在進行各層鋪筑前，必須保持頂面清潔。根據(jù)近年來的施工經(jīng)驗，對于水泥穩(wěn)定類半剛性基層，透層油應以慢裂型乳化瀝青為宜。用瀝青灑布車噴灑時，應保持穩(wěn)定的車速和噴灑量，不能流淌和形成油膜，更不能有空白，并立即撒布石屑或粗砂，用鋼筒式壓路機穩(wěn)壓一遍，將多余的浮料掃走。對舊瀝青路面罩面，必須灑布粘層油粘層油應有較好的粘附性，腳踏有明顯的粘附感，整個面層取芯后不易分離。對于干線公路可以設置I型稀漿封層作為粘結(jié)層，實現(xiàn)層間結(jié)合與防水的雙重作用且不需要封閉交通。

（4）提高面層攤鋪質(zhì)量。在攤鋪混合料時，運距不能過遠，攤鋪溫度應控制在130℃-50℃為宜，攤鋪厚度均勻，壓實設備數(shù)量應配套，速度控制在2m/min左右，碾壓遍數(shù)不能太少，以免混合料孔隙過大；一般不能進行補料，尤其是下面層；基層雨后潮濕未干，不得攤鋪，更不得冒雨攤鋪；縱向、橫向接縫應緊密、平順，各幅之間重疊的混合料應用人工鏟走。

路面早期破損已成為瀝青路面的主要危害之一，各級公路管理部門都應引起足夠的重視，并根據(jù)其成因從路面設計、原材料進場到具體施工，有針對性采取一系列預防和改善措施。同時，必須建立健全質(zhì)量保證體系，從管理部門、設計部門到施工部門，層層重視、層層控制、層層落實。只有這樣，才能從根本上減少瀝青路面的早期破損現(xiàn)象的發(fā)生，使我省公路建設質(zhì)量全面提高，更上新臺階。

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