高速公路瀝青路面坑槽病害的形成機(jī)制與防治措施

宋云梅

（云南省交通投資建設(shè)集團(tuán)有限公司保山管理處，云南 保山 678000）

0 引言

路面坑槽是在行車作用下，路面骨料局部脫落而產(chǎn)生的坑洼，是瀝青路面普遍存在的一種病害。路面坑槽的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為發(fā)生突然，并且逐漸波及周圍正常的路面，主要原因是由于荷載和水的影響。路面坑槽不僅影響行車的安全性、舒適性和路容路貌，如果養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，還會(huì)對(duì)行車安全構(gòu)成極大的威脅。

基于此，本文以云南某高速公路為例，根據(jù)雨季瀝青路面坑槽病害的調(diào)查情況，對(duì)坑槽形成的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)合某坑槽發(fā)育過(guò)程闡明了坑槽的形成機(jī)制，提出了瀝青路面坑槽的防治措施。這有利于瀝青路面坑槽病害的防治，以期為相關(guān)施工技術(shù)人員和維護(hù)管理人員提供參考和借鑒。

1 路面及坑槽概況

云南省內(nèi)某高速公路，根據(jù)設(shè)計(jì)和施工資料可知路面結(jié)構(gòu)層自上而下分別為：上面層是4cmSMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料，中面層是6cmAC-20 中粒式瀝青混凝土，下面層是8cmAC-25 粗粒式瀝青混凝土，基層是40cm 水泥穩(wěn)定碎石，底基層是20cm 級(jí)配碎石。高速公路所在地區(qū)每年6 月份降雨量較大，路面經(jīng)常出現(xiàn)較多坑槽。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可知：調(diào)查線路總長(zhǎng)為61.74km，雙向行車道同時(shí)調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)坑槽90個(gè)；從形狀上來(lái)看，坑槽主要呈現(xiàn)為似圓形或似橢圓形（如圖1、圖2）。

圖1 似橢圓形坑槽現(xiàn)場(chǎng)照片

圖2 似圓形坑槽現(xiàn)場(chǎng)照片

2 坑槽形成的影響因素

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可知，橋面坑槽有80個(gè)，路面坑槽有6個(gè)，隧道口坑槽有4個(gè)，并且坑槽多集中在行車道上。根據(jù)“有無(wú)對(duì)比”分析原則，分析得出高速公路瀝青路面坑槽病害的形成主要與路面結(jié)構(gòu)層、降雨、行車荷載及瀝青本身性能有關(guān)[1-2]。

2.1 面層厚度的影響

橋梁面層中出現(xiàn)坑槽的頻次最高，這與橋梁面層較薄有直接的關(guān)系。雖然橋梁面層和道路主線面層的類型相同，都為4cmSMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層以及6cmAC-20中粒式瀝青混凝土中面層，并在瀝青混凝土與橋面現(xiàn)澆混凝土之間設(shè)有防水層；但與道路主線面層相比，橋梁面層較薄，只有上面層和中面層，對(duì)瀝青的結(jié)合性和瀝青骨料的吸附能力等要求較高，在荷載以及雨水作用下容易產(chǎn)生破壞，從而形成坑槽。

2.2 雨水浸泡的影響

通過(guò)對(duì)不同季節(jié)坑槽的數(shù)量進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，坑槽病害主要集中出現(xiàn)在6～8月份。這3個(gè)月是一年中該地區(qū)降雨量最大的時(shí)節(jié)，并且早晚溫差較大。雖然抵抗雨水損害是瀝青混合料的一項(xiàng)重要性能，但是雨水對(duì)瀝青性能的不利影響仍然很大，水對(duì)瀝青混合料耐久性影響主要體現(xiàn)在瀝青混合料粘附性方面。在降雨集中的6～8月份，如果存在路面排水不暢等原因，在長(zhǎng)期降雨作用下，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面長(zhǎng)時(shí)間受雨水浸泡，呈現(xiàn)出不同的破壞方式，如車轍變形、坑槽、裂縫、松散等。

2.3 行車荷載的影響

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，相較于超車道而言，行車道坑槽病害表現(xiàn)的更為突出。該高速公路車流量較大，行車道大車通行頻次高，行車荷載大。瀝青骨料承受的荷載越大，對(duì)瀝青延展性與結(jié)合性要求就越高。在行車荷載的反復(fù)作用下，瀝青材料受到不斷擠壓，上面層瀝青受到較大的拉應(yīng)力，當(dāng)超出極限拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)骨料被擠出的情況，最初會(huì)出現(xiàn)小型坑洞?？佣粗苓叺墓橇蠎?yīng)力較為集中，隨著行車豎向荷載及橫向摩擦力的進(jìn)一步作用，坑洞逐步擴(kuò)大，最終形成坑槽。

2.4 瀝青材料的影響

根據(jù)對(duì)坑槽病害出現(xiàn)路段的分析結(jié)果，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料，可知不同路段出現(xiàn)坑槽病害的程度不一樣，具有較明顯的差異分布特性。結(jié)合“有無(wú)對(duì)比”分析原則，坑槽病害的出現(xiàn)與瀝青材料的選擇及施工過(guò)程的管理密不可分。瀝青瑪蹄脂碎石上面層采用改性瀝青，通過(guò)改性瀝青改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，從而提高瀝青路面預(yù)防瀝水損害的能力。此外，瀝青混合料的配合比也是影響瀝青路面高溫抗車轍、低溫抗開(kāi)裂、抗水損害能力的一大重要因素。目前，瀝青混合料的配合比的設(shè)計(jì)采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。

3 坑槽的形成機(jī)制

（1）在雨水、行車荷載等的綜合作用下，瀝青粗骨料被擠出，形成最初的麻面或小型坑洞，隨著雨水及荷載的進(jìn)一步作用，出現(xiàn)瀝青骨料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

（2）出現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后，隨著坑槽的逐漸擴(kuò)大。坑槽內(nèi)的積水量越來(lái)越大，在雨水的浸泡下，坑槽擴(kuò)展速度加快，由初期的小型坑洞發(fā)展為較大的坑槽。在荷載和雨水的共同作用下，最終發(fā)展為圓形或者較大的不規(guī)則橢圓形坑槽。圖3所示為某個(gè)坑槽的形成過(guò)程。

圖3 某坑槽形成過(guò)程照片

圖3a為7月5日坑槽發(fā)育情況的照片，此時(shí)坑槽的直徑為27cm；圖3b為7月7日坑槽發(fā)育的第二次現(xiàn)場(chǎng)采集照片，此時(shí)坑槽直徑已經(jīng)發(fā)育至36cm，且坑槽周邊骨料更為松散；圖3c為7月9日對(duì)此坑槽發(fā)育跟蹤調(diào)查時(shí)第三次采集得到的照片，此時(shí)相較于圖3b，坑槽右上角已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)展；圖3d為7月13日對(duì)坑槽跟蹤調(diào)查時(shí)采集的第四張照片，此時(shí)坑槽直徑已經(jīng)發(fā)育到40cm。從第一次調(diào)查開(kāi)始，僅一周時(shí)間，坑槽直徑由27cm發(fā)育至40cm，面積擴(kuò)大了683.74cm2，發(fā)展速度非?？?。

4 坑槽病害的防治措施

4.1 嚴(yán)格控制瀝青材料性能

瀝青粗集料表面必須粗糙，才能吸附較多的瀝青結(jié)合料，細(xì)集料應(yīng)該潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)。嚴(yán)格控制改性瀝青的性能，采用滿足要求的改性瀝青。同時(shí)，嚴(yán)格控制纖維穩(wěn)定劑的摻加比例及混合料配合比[3]。施工過(guò)程中要注意瀝青材料的選擇：

（1）粗集料的選擇。粗集料必須采用堅(jiān)韌、有棱角、致密性好、吸水率小的碎石。粗集料表面比較光滑，則不能吸附較多的瀝青結(jié)合料，會(huì)影響混合料的耐久性。

（2）細(xì)集料的選擇。細(xì)集料可采用天然砂、機(jī)制砂和石屑，應(yīng)保持潔凈、干燥、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)風(fēng)化，有泥土、雜物的細(xì)集料影響瀝青的沾附性，尤其是瀝青瑪蹄脂碎石上面層對(duì)集料的選擇要求更為嚴(yán)格。

（3）瀝青混合料的選擇。瀝青混合料的礦粉要求采用石灰石或者堿性巖石磨細(xì)得到的礦粉，通過(guò)采用干燥的磨細(xì)一級(jí)消石灰粉作為填料的一部分，可改善集料和瀝青的粘附性。

（4）纖維穩(wěn)定劑的選擇。用于瀝青瑪蹄脂碎石上面層的纖維穩(wěn)定劑包括木質(zhì)素纖維、礦物纖維、聚合物化學(xué)纖維等，可改善瀝青混合料的性能，吸附瀝青，減少析漏。

4.2 加強(qiáng)施工過(guò)程控制

施工中加強(qiáng)對(duì)拌合過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程、攤鋪溫度、攤鋪速度以及壓實(shí)度的控制，以達(dá)到最好的攤鋪、壓實(shí)效果，保證施工質(zhì)量。

4.3 做好道路后期養(yǎng)護(hù)措施

及時(shí)清理橋面泄水孔，避免出現(xiàn)因泄水管堵塞出現(xiàn)橋面積水的情況，減少因積水及排水不暢的原因影響瀝青的粘結(jié)性[4]。

4.4 病害的主要處置方式

目前坑槽病害的處置主要采取開(kāi)挖坑槽、重新攤鋪瀝青結(jié)構(gòu)層的方式進(jìn)行病害處置。一旦出現(xiàn)路面坑槽病害，應(yīng)及時(shí)組織養(yǎng)護(hù)施工隊(duì)伍處置，避免坑槽的進(jìn)一步擴(kuò)大，保證路面的行車安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合高速公路瀝青路面日常養(yǎng)護(hù)情況，分析得出雨季路面坑槽病害較為突出，采用有無(wú)對(duì)比原則統(tǒng)計(jì)分析坑槽出現(xiàn)頻次，發(fā)現(xiàn)坑槽病害的形成主要與面層厚度、雨水浸泡、行車荷載以及瀝青材料等影響因素有關(guān)。通過(guò)對(duì)坑槽發(fā)育過(guò)程的跟蹤分析，得出瀝青路面在雨水及荷載的反復(fù)作用下，出現(xiàn)瀝青骨料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，逐步形成了坑槽病害。結(jié)合影響坑槽病害形成的因素以及坑槽病害的形成機(jī)制，提出了有效的防治措施，以保障高速公路瀝青路面的行車安全。