淺談市政道路瀝青混凝土路面滲水破壞
——形成原因及防治對策

朱 淵

(1.資陽市臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)管理委員會，四川 資陽 641300； 2.資陽空港投資有限責(zé)任公司，四川 資陽 641300)

0 前 言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)力水平的提高，促使著交通運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，對道路質(zhì)量的要求也越來越高。市政道路以及高速公路開始大規(guī)模采用瀝青混凝土來進(jìn)行路面鋪設(shè)，已建成道路的水泥混凝土路面也在加快推進(jìn)白改黑工程，用瀝青進(jìn)行替代。瀝青混凝土路面具有施工工藝簡單、力學(xué)強(qiáng)度高、路面平整度好、耐久性強(qiáng)、彈性(減震性)優(yōu)良、施工維護(hù)方便等優(yōu)勢，能夠有效地提高駕乘的舒適性，保證車輛行駛安全平穩(wěn)且大幅減小交通噪音。但相關(guān)實(shí)例表明，很多瀝青混凝土路面在建成通車后不久都會受到滲水破壞的影響，路基和路面也會受到不同程度的損壞，尤其是在多雨潮濕地區(qū)，滲水破壞現(xiàn)象更為突出。

雖然瀝青混凝土路面具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，但在使用過程中出現(xiàn)的滲水破壞問題卻不容忽視。路面出現(xiàn)坑洞、裂紋、堆擠變形等病害，致使路基承載力下降，路面也變得凹凸不平[1]，這將嚴(yán)重影響公路的使用壽命和使用性能，威脅行車安全，增加維修及養(yǎng)護(hù)成本，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。我國現(xiàn)行的公路有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收規(guī)范采用了滲水系數(shù)作為一般項(xiàng)目指標(biāo)，對瀝青混凝土路面抗?jié)B透性能進(jìn)行檢測以此來評估其抵抗?jié)B水破壞的能力。但該指標(biāo)參數(shù)在市政道路有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收規(guī)范中卻并未明確。因此，在市政道路工程路面設(shè)計、日常施工、質(zhì)量控制及監(jiān)督管理中往往會忽視對瀝青混凝土路面滲水系數(shù)的控制與檢測，這就導(dǎo)致市政道路在竣工交付使用后更容易出現(xiàn)瀝青混凝土路面滲水破壞的情況。

1 瀝青混凝土路面滲水破壞的形成機(jī)理

瀝青混凝土路面是指用瀝青混凝土作面層的路面，將經(jīng)人工選配具有一定級配組成的礦料(碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉等)與路用瀝青材料混合，在嚴(yán)格控制條件下采用一定比例拌制，通過壓實(shí)作用使其緊密粘合。瀝青混凝土路面的滲透破壞是一系列物理、化學(xué)反應(yīng)結(jié)果，是一個長期的綜合過程。瀝青混凝土路面早期的破壞主要表現(xiàn)在三個方面：①瀝青粘結(jié)力下降；②瀝青與集料的分離；③動水壓力作用。集料在壓實(shí)作用下，利用瀝青較強(qiáng)的粘結(jié)性緊緊粘結(jié)在一起而保持足夠的強(qiáng)度。水侵入到瀝青混凝土內(nèi)部，會使瀝青逐漸軟化從而導(dǎo)致黏結(jié)力下降，路面整體強(qiáng)度降低。瀝青軟化后的路面在重載車輛反復(fù)作用下容易發(fā)生車轍、沉陷等變形。此外，水侵入到集料與瀝青之間，由于集料對水分的吸附力大于瀝青，可使兩者的粘結(jié)力下降進(jìn)而發(fā)生分離，導(dǎo)致瀝青薄膜的剝落而使集料裸露。裸露的集料在車輛荷載及摩擦作用下將遭到破壞，產(chǎn)生松散、掉粒、坑槽、麻面等病害。水下滲到基層后如果基層結(jié)構(gòu)透水性較低而無法短時間滲出，將長期浸泡和沖刷基層材料?；鶎又械幕覞{逐漸被擠壓出路面形成唧泥現(xiàn)象，強(qiáng)度及穩(wěn)定性將會被削弱。面層結(jié)構(gòu)中的滲入水在重車作用下會形成超孔隙水壓力，瀝青面層中的混合料在超孔隙水壓力的沖刷作用下，會使原有裂隙寬度逐漸擴(kuò)張，長度逐漸延伸，從而交錯形成各種形狀的裂縫網(wǎng)絡(luò)，使得瀝青路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致破壞的發(fā)生。

通過分析可知，水的滲透侵蝕是瀝青混凝土路面滲透破壞的根本原因。環(huán)境溫度和濕度決定了水的粘滯性，對水的下滲也具有一定影響，車輛的高速重載也會加速這一破壞過程。在交通量大的地區(qū)，如果氣候炎熱、降水豐富，那么路面滲水破壞問題將更為嚴(yán)重。

2 瀝青混凝土路面滲水的原因

若瀝青混凝土路面滲水的根本原因在于路面結(jié)構(gòu)形成了貫通縫隙，而貫通縫隙包括水平向和豎向，其相互連接形成一個類似網(wǎng)狀的連通器，水從一個縫隙進(jìn)去，可以從其他很多的縫隙中出來。瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)縫隙產(chǎn)生的原因主要有以下三個方面。

2.1 材 料

若瀝青混合料中瀝青性能指標(biāo)不好、粗細(xì)集料品質(zhì)和表面潔凈程度較差會影響瀝青與粗細(xì)集料之間的粘附性，導(dǎo)致粗骨料容易從瀝青混凝土面層中剝落出來,由于粗骨料的剝落，失去骨架約束的細(xì)集料從瀝青膜上脫落。隨著破壞過程循環(huán)往復(fù)，最后形成坑槽為水滲透進(jìn)路面結(jié)構(gòu)提供通道。此外，材料本身的滲水系數(shù)、集料化學(xué)性質(zhì)、礦粉選用不當(dāng)也是影響路面結(jié)構(gòu)滲水能力的重要因素。

2.2 道路結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前我國道路結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常采用水泥穩(wěn)定碎石這類半剛性基層，該結(jié)構(gòu)可以有效地減少路基不均勻沉降，具有承載能力好、整體性強(qiáng)、水穩(wěn)性好。由于水穩(wěn)層以水泥作為骨料間的膠結(jié)材料，水泥添加量的多少將會影響水穩(wěn)層結(jié)構(gòu)。水泥在膠結(jié)過程中會產(chǎn)生大量的水化熱，若未控制好水泥劑量，則會導(dǎo)致水穩(wěn)層在養(yǎng)護(hù)過程中失水，產(chǎn)生相應(yīng)的干縮裂縫，水穩(wěn)層受內(nèi)外溫差的影響產(chǎn)生溫縮裂縫的情況也較為顯著。若不及時處理，當(dāng)裂縫大于一定寬度后，將會反射到瀝青面層結(jié)構(gòu)中成為水的通道[2]。如果在施工過程中，混合料質(zhì)量控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致含泥量及含水量偏大、級配不良等，也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

大多數(shù)路面結(jié)構(gòu)，因?yàn)槎喾N因素影響造成其瀝青面層孔隙率過大，而在瀝青路面設(shè)計時往往忽略了結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水設(shè)置，只考慮利用路拱橫坡進(jìn)行排水。中央分隔帶、綠化帶、路緣石等附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)置，在增加水來源的同時也阻礙了水的排出，致使水長時間滯留結(jié)構(gòu)層表面和在內(nèi)部造成破壞。

2.3 施 工

1)混合料拌和不均勻，施工過程中產(chǎn)生離析。在生產(chǎn)過程中，瀝青混合料因拌和、運(yùn)輸?shù)仍驅(qū)霈F(xiàn)一定離析，在瀝青攤鋪機(jī)收斗停機(jī)處、兩臺布料機(jī)的銜接段，若現(xiàn)場管理人員施工不到位，瀝青混合料攤鋪不均勻，也容易產(chǎn)生混合料離析，導(dǎo)致攤鋪壓實(shí)后的路面瀝青層級配不良且孔隙率較大，壓實(shí)度不能滿足要求。水經(jīng)過孔隙滲透進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層，離析位置的石子在長時間的沖刷浸泡和行車荷載的摩擦沖擊作用下容易被剝落，產(chǎn)生嚴(yán)重的坑槽破壞，從而影響路面的舒適性及使用壽命。

2)施工過程中壓實(shí)度不足，碾壓不到位。如果攤鋪過程中混合料出料溫度過低、運(yùn)輸距離過長且覆蓋保溫不到位，攤鋪機(jī)械熨平板加熱溫度不足，碾壓時壓路機(jī)未緊跟攤鋪機(jī)，都會導(dǎo)致混合料溫度喪失過多，碾壓時溫度偏低，從而導(dǎo)致瀝青路面壓實(shí)度不足和結(jié)構(gòu)孔隙率偏大。水通過孔隙之間的貫通回路進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層,將致使瀝青混凝土路面發(fā)生破壞[3]。

3)施工季節(jié)選擇不當(dāng)，成品保護(hù)不到位。瀝青混合料在不合適的季節(jié)施工，將導(dǎo)致施工質(zhì)量嚴(yán)重下降。因?yàn)闉r青混合料在氣溫低、濕度大的季節(jié)時鋪筑，集料和瀝青之間粘結(jié)性不好，水穩(wěn)定性較差。季節(jié)性凍土地區(qū)的瀝青混合料路面受凍融循環(huán)作用水穩(wěn)定性會更低。此外，道路水穩(wěn)基層到瀝青面層可能并不是流水線施工。為了保障施工車輛和社會車輛通行，往往在水穩(wěn)基層養(yǎng)護(hù)結(jié)束后便臨時開放交通，導(dǎo)致基層表面污染，基層與面層之間粘結(jié)性大幅降低。而且，中央分隔帶、路肩、綠化、埋設(shè)電纜等后續(xù)專業(yè)施工都可能造成瀝青面層的污染，削弱瀝青混凝土路面抗?jié)B水破壞的能力。

3 瀝青混凝土路面滲水破壞防治措施

造成瀝青混凝土路面滲水破壞的原因復(fù)雜，應(yīng)采取針對性措施解決壓實(shí)度不足、混合料孔隙率過大、排水設(shè)施不完善等問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料控制、施工管理和維修養(yǎng)護(hù)等多方面出發(fā)，同時考慮對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 選擇良好的原材料

選用孔隙率小、表面粗糙的堿性石料，以保證瀝青與集料間具有良好的粘附性，不使用顏色淺、石質(zhì)輕的酸性石料。當(dāng)只能采用酸性石料時，應(yīng)在瀝青中摻加長效抗剝落劑或消石灰進(jìn)行處理。集料應(yīng)具有表面干凈粗糙、集配均勻、強(qiáng)度高、高溫壓碎值好的特征，其棱角性能、針片狀顆粒含量、破碎面、含泥量等應(yīng)符合規(guī)范要求。選用高黏度、高軟化點(diǎn)、低針入度的優(yōu)質(zhì)瀝青，嚴(yán)格控制瀝青的三大指標(biāo)和抗疲勞特性。適當(dāng)增加礦粉用量、添加改性劑等提高強(qiáng)瀝青和集料的粘結(jié)力，以增強(qiáng)路面抗?jié)B水破壞的能力。不得使用含蠟量高的瀝青。

3.2 優(yōu)化道路結(jié)構(gòu)設(shè)計

為防止?jié)B透破壞，瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)應(yīng)具有不透水性，應(yīng)使用連續(xù)密級配瀝青混凝土AC型或者間斷密級配瀝青瑪蹄脂SMA，減小瀝青面層的孔隙率，以降低水滲透的可能性?？紤]采用柔性基層或組合式基層，可以有效防止自下而上的滲水破壞。該結(jié)構(gòu)形式道路由于瀝青層較厚，進(jìn)入路面的水的路徑加長，進(jìn)入基層的水量相應(yīng)減少，且水可以從級配碎石基層中排走?？紤]瀝青面層結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水，防止水從面層侵入基層結(jié)構(gòu)，使基層軟化而降低承載能力，可在基層表面設(shè)置不透水的透層和封層，此舉也能防止地下水反滲到路面結(jié)構(gòu)中對其造成破壞。通過透層和下封層的疊加作用，提高路面防水效果。在路面橫坡符合規(guī)范要求的情況下，為減少水在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滯留時間，把滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的水排出路基外，可在邊部設(shè)置碎石盲溝，降低滲水破壞發(fā)生的概率。在路肩和邊坡經(jīng)得起沖刷的條件下，取消道路兩側(cè)路緣石或攔水帶，讓水沿路面橫坡能及時流出?？刹捎盟嗷炷粱?yàn)r青封層作為綠化帶底部，將中央分隔帶做成封閉式，減少綠化用水滲透進(jìn)道路結(jié)構(gòu)的可能性。

3.3 加強(qiáng)施工的精細(xì)化管理

1)對基層原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，優(yōu)化施工配合比，編制施工作業(yè)指導(dǎo)書，強(qiáng)化施工技術(shù)交底，加強(qiáng)水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量。在施工過程中控制好混合料的含水、含泥量，確保壓路機(jī)碾壓效果，使基層達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度。水穩(wěn)基層施工完成后采用施工乳化瀝青透層及時養(yǎng)護(hù)。在早晚溫差較大的季節(jié)更應(yīng)重視基層養(yǎng)護(hù)工作，減少水穩(wěn)基層的干縮和溫縮裂縫。養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后對基層的表面進(jìn)行檢查，在瀝青混凝土面層施工前對裂縫及時灌縫或鋪設(shè)纖格柵進(jìn)行修補(bǔ)，降低路面反射裂縫產(chǎn)生的概率[4]。

2)瀝青面層結(jié)構(gòu)中有貫通縫隙，這是導(dǎo)致瀝青混凝土面層滲水的關(guān)鍵因素。在施工前對瀝青混合料進(jìn)行配合比驗(yàn)證，選擇最適宜的施工配合比并在施工過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制。采用最大理論值和試驗(yàn)室擊實(shí)值雙控標(biāo)準(zhǔn)對瀝青混合料面層的壓實(shí)度進(jìn)行控制，并以最大理論值為主控，對碾壓過程進(jìn)行嚴(yán)格管理，確保其壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求，降低路面貫通縫隙發(fā)生的概率。

3)在瀝青混合料拌和、運(yùn)輸和攤鋪過程中，為保證混合料的均勻性，減少離析，嚴(yán)格把控各道施工工序，使瀝青面層攤鋪均勻，無粗細(xì)骨料離析現(xiàn)象。嚴(yán)格控制生產(chǎn)拌和過程中的攪拌時間，并定期觀察混合料的拌和狀況，發(fā)現(xiàn)問題要及時查明原因并進(jìn)行整改。合理規(guī)劃行車路線，減少運(yùn)輸?shù)臅r間，并控制好混合料的裝運(yùn)過程。為減少混合料的溫度散失，在運(yùn)輸過程中對車廂進(jìn)行篷布遮蓋等保溫處理。精細(xì)化瀝青混合料的攤鋪過程，控制松鋪厚度和平整度，減少熱量損失，保證混合料具有很高的初始壓實(shí)度，從而提高碾壓的最終壓實(shí)度。在施工完成后仍有粗細(xì)不均勻現(xiàn)象，應(yīng)及時進(jìn)行人工找補(bǔ)。加強(qiáng)已碾壓成型的水穩(wěn)層成品保護(hù)，避免基層表面污染。在瀝青面層施工作業(yè)之前，應(yīng)對基層表面進(jìn)行及時清理。瀝青面層施工完成后，還要防止后續(xù)專業(yè)施工對其造成的污損。

3.4 重視預(yù)防性養(yǎng)護(hù)及維修

瀝青路面初始階段可能只是局部的凹槽和裂紋，如未及時處理便會逐漸發(fā)展成坑洞，其滲水破壞是一個漸進(jìn)的過程。為減少滲水對路面的持續(xù)性破壞，恢復(fù)瀝青路面防水功能和使用功能，可采用坑槽冷補(bǔ)、稀漿封層及微表處或者加鋪瀝青磨耗層等處治方法對已經(jīng)發(fā)生破壞或者已經(jīng)出現(xiàn)滲水的瀝青路面進(jìn)行修補(bǔ)[5]。及時清除路面及路邊積雪積水，防止其長期積水，必要時可增設(shè)橫向排水設(shè)施，以減少水的下滲。同時，加強(qiáng)對超載超限車輛的治理，嚴(yán)格限制其上路行駛，以減小車輛荷載作用下在瀝青混凝土路面孔隙中的水產(chǎn)生動水壓力對路面造成的破壞。

4 結(jié) 語

瀝青混凝土路面是由粗細(xì)骨料、填料、添加劑等組成，并以瀝青作為主要的膠結(jié)材料的混合料，通過攤鋪碾壓形成的結(jié)構(gòu)層。市政道路的瀝青混凝土路面與公路工程的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工工藝均相同[6]。受多種因素的影響，瀝青混凝土路面易受到滲水破壞，從而影響路面的使用壽命和服務(wù)功能。滲水破壞是瀝青混凝土路面的主要病害之一，也是一個質(zhì)量通病。因此，對瀝青混凝土路面滲水破壞問題進(jìn)行分析并采取針對性的防治措施，參照公路有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收規(guī)范采用滲水系數(shù)作為市政道路瀝青混凝土路面控制與檢測指標(biāo)，對于保證市政道路的正常使用和行車安全具有重要意義。

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