高等級(jí)瀝青公路路面水損害及防治措施分析

張苗苗，王思長(zhǎng)，張 建

（1.重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院 重慶 401331；2.能源工程力學(xué)與防災(zāi)減災(zāi)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 401331；3.中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司 北京 100011）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，高速公路的建設(shè)在我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。瀝青路面作為我國(guó)高等級(jí)公路最常見的路面形式被廣泛用于全國(guó)各地的道路建設(shè)工程中，在交通運(yùn)輸以及民眾的日常出行中扮演著極其重要的角色。相較之水泥混凝土路面而言，瀝青路面原材料的特殊性使其具有施工時(shí)間短、行車舒適度高、噪音小以及方便維修等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也更容易發(fā)生水損害。由于高等級(jí)公路需要承擔(dān)更重的交通運(yùn)輸任務(wù)，其質(zhì)量的好壞直接影響到行車安全和運(yùn)輸效率，所以更需要針對(duì)公路損害最常見的問題——水損害，實(shí)行更為合理有效的維護(hù)和預(yù)防措施，以達(dá)到提高路面質(zhì)量，延長(zhǎng)公路使用年限的效果。

瀝青路面由于常常遭受雨水、冰雪的侵?jǐn)_，進(jìn)而出現(xiàn)變形、裂紋、坑洞等一系列質(zhì)量問題，不僅對(duì)路面質(zhì)量造成了嚴(yán)重的損壞，同時(shí)給道路上行駛的車輛造成了不少的安全隱患，增大了交通安全事故發(fā)生的可能性。高速行駛中的車輛，在遭遇坑洞時(shí)為了減緩顛簸，不得不突然降低行駛速度，或者通過急打方向盤的方式來(lái)繞行，極易造成車輛追尾、側(cè)翻等交通事故的發(fā)生。因此，加強(qiáng)對(duì)瀝青路面水損害機(jī)理和危害的分析，同時(shí)制定相應(yīng)的防治措施，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中，做好公路及其附屬設(shè)施的建設(shè)與維護(hù)，對(duì)于降低因水損害造成的公路危害及衍生的交通事故發(fā)生率是十分有效的。

1 水損害常見的表現(xiàn)形式

瀝青路面水損害是由于水的作用因素而導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生了一系列破壞病害的統(tǒng)稱。它主要是指，瀝青路面在水的浸泡下，同時(shí)受到汽車移動(dòng)荷載的反復(fù)作用，使得進(jìn)入到路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力，逐漸滲入到瀝青面層的材料空隙中，或者經(jīng)由中央分隔帶等排水結(jié)構(gòu)滲入至路面結(jié)構(gòu)。在汽車荷載的作用下，進(jìn)入到結(jié)構(gòu)層空隙中的水逐漸形成具有高流速和高孔隙水壓力的水流，從而導(dǎo)致瀝青的黏結(jié)力和黏附性逐漸降低[1]，進(jìn)而產(chǎn)生一系列問題，導(dǎo)致瀝青公路的使用性能降低。

瀝青路面水損害的特點(diǎn)[2]如下：

（1）水損害一般發(fā)生在雨季；

（2）行車道的水損害程度一般高于超車道；

（3）水損害一般發(fā)生在透水嚴(yán)重且排水不通暢的位置。

1.1 網(wǎng)裂

由于我國(guó)高等級(jí)瀝青公路的路面結(jié)構(gòu)[3]主要以“厚基薄面”的半剛性路面為主。其主要存在路基材料強(qiáng)度不夠、路面材料低溫抗裂性不足等問題，在道路所處環(huán)境冬夏兩季溫差較大時(shí)，面層極容易產(chǎn)生龜裂和橫、縱向裂縫。若道路出現(xiàn)開裂現(xiàn)象后得不到及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，則會(huì)導(dǎo)致面層的水向下滲透，進(jìn)而加速裂縫的發(fā)展速度，最終形成大面積的網(wǎng)裂。

1.2 松散和坑槽

停留在公路面層表面的水，通過空隙和裂縫滲入到面層材料的孔隙中，在車輛動(dòng)荷載的作用下產(chǎn)生了超靜孔隙水壓力[3]和動(dòng)水壓力，使得自由水對(duì)瀝青的混合料進(jìn)行反復(fù)的沖刷作用，破壞集料與瀝青之間的黏附力，最終導(dǎo)致集料與瀝青的分離，形成松散現(xiàn)象。隨著車輛荷載的反復(fù)作用，松散現(xiàn)象不斷加劇，導(dǎo)致石子等粒徑較大的粗集料被車輪“帶起”并甩出硬路肩。隨著時(shí)間的推移，上述過程不斷重復(fù)，最終在松散部位形成坑槽。

1.3 唧漿

導(dǎo)致松散和坑槽產(chǎn)生的水繼續(xù)通過裂縫等渠道進(jìn)入到路基與路面的界面后形成滯留水[3]。在上部車輪荷載的反復(fù)作用下繼續(xù)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，進(jìn)而對(duì)路基中的細(xì)集料進(jìn)行反復(fù)的沖刷作用，導(dǎo)致集料反復(fù)撞擊基層，使基層產(chǎn)生泥漿[4]，泥漿在車輛荷載的泵吸作用下沿裂縫向上流出，最終在道路表面形成唧漿現(xiàn)象。

1.4 車轍

唧漿現(xiàn)象的發(fā)生表明面層的整體強(qiáng)度已經(jīng)降低，若不及時(shí)進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，則道路內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生松散的集料將在行車荷載的反復(fù)作用下繼續(xù)向道路兩側(cè)移動(dòng)，最終導(dǎo)致道路兩側(cè)向上鼓起，車輪軌跡帶下沉，表現(xiàn)出車轍現(xiàn)象

2 瀝青路面產(chǎn)生水損害的原因

2.1 氣候原因

當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，瀝青路面極易產(chǎn)生裂縫，此后當(dāng)出現(xiàn)降雨量大且頻率高，降雨時(shí)間長(zhǎng)的氣候條件時(shí)，瀝青路面的水分無(wú)法及時(shí)排出，導(dǎo)致水分通過裂縫下滲，且難以排出，加之車輛荷載反復(fù)作用，導(dǎo)致瀝青膜脫落，從而使路面出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。此種原因引發(fā)的水損害現(xiàn)象在南方多為常見。

2.2 設(shè)計(jì)原因

2.2.1 防排水設(shè)計(jì)不合理

一些高等級(jí)公路在進(jìn)行道路路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，由于忽略了排水結(jié)構(gòu)層以及防水層的設(shè)計(jì)[1]，導(dǎo)致路面表層的水不能夠及時(shí)排出，進(jìn)而在局部形成了積水，透過空隙和裂縫滲入到道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在車輛荷載的作用下，反復(fù)沖刷集料與瀝青，導(dǎo)致兩者間的黏附性下降，致使路面出現(xiàn)松散剝落的現(xiàn)象。

2.2.2 材料選擇不合理

在高等級(jí)瀝青公路路面的施工中所使用的瀝青混合料的水穩(wěn)定性與工程的整體質(zhì)量有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。若所選材料的水穩(wěn)定性不能達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，即使在工程施工中使用了抗剝落劑[5]，依然無(wú)法保證工程的質(zhì)量可以達(dá)到預(yù)期效果。

2.2.3 混合料配合比設(shè)計(jì)不合理

在瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)中，混合料的級(jí)配往往關(guān)系到最終的孔隙率。若配合比設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致混合料的孔隙率增加，則會(huì)增大道路出現(xiàn)水損壞的概率和速度，進(jìn)而影響道路使用的耐久性。

2.3 施工原因

2.3.1 路面施工壓實(shí)度不夠

在實(shí)際的道路施工過程中，部分施工單位為了追求平整度，對(duì)路面的壓實(shí)度不夠重視，且在施工檢測(cè)進(jìn)行取芯后對(duì)修補(bǔ)芯坑的處理不及時(shí)，造成局部積水，從而加速水損害現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3.2 瀝青混合料的拌合施工

良好的拌合施工可以使集料和瀝青之間的黏附力增強(qiáng)[6]，若拌合施工的過程不規(guī)范，造成拌合溫度不達(dá)標(biāo)或拌合的時(shí)間不充分等情況的出現(xiàn)，使得瀝青混合料的拌合不均勻，導(dǎo)致集料與瀝青之間的黏結(jié)力降低，瀝青膜容易脫落。

2.4 管理與養(yǎng)護(hù)

2.4.1 交通荷載過大

瀝青路面的水損害與交通荷載的關(guān)系十分密切，在大規(guī)模交通荷載的作用下，水分滲入集料與瀝青界面的速度大大加快，特別是超載車輛的輪胎在擠壓路面的過程中在路面和輪胎之間產(chǎn)生了真空吸附[1]，使得集料與瀝青之間的黏附力降低甚至喪失，導(dǎo)致瀝青膜極易從集料顆粒表面脫落。

2.4.2 養(yǎng)護(hù)不及時(shí)

若在瀝青路面出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象后未對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)，則會(huì)加速水分進(jìn)入基層的速度，在車輛荷載的作用下產(chǎn)生動(dòng)水壓力對(duì)混合料進(jìn)行反復(fù)沖刷，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大速度加快，出現(xiàn)更多的水損害現(xiàn)象。

3 水損害的防治措施

3.1 設(shè)計(jì)階段

3.1.1 配合比設(shè)計(jì)

從前文的描述中我們可以知道，孔隙率是導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生水損害的重要原因之一，故應(yīng)首先從此項(xiàng)入手，減少水損害的發(fā)生。根據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，混合料和孔隙率有直接的關(guān)系，其中包括級(jí)配、拌合時(shí)的溫度以及瀝青的劑量等等。在施工中，必須做好混合料配合比的設(shè)計(jì)，盡量減小孔隙率。

3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）鋪設(shè)透層

透層可以改善基層的水密性，并在面層和基層之間起到重要的過渡作用。它在保證基層整體穩(wěn)定性與強(qiáng)度的同時(shí)可以對(duì)基層上的全部空隙進(jìn)行填充。

（2）鋪設(shè)防水層

設(shè)置在有機(jī)結(jié)合料和基層之間的防水層，具有隔水和防水的效果。通過和透層油結(jié)合，在基層和面層之間形成一層保護(hù)層，有效防止水損害的發(fā)生。其作用機(jī)理在于避免水透過結(jié)構(gòu)層，繼續(xù)向下滲透，使道路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

3.2 施工階段

3.2.1 施工工藝

高等級(jí)瀝青公路的路面水損害主要是由于路面表層的水分滲入[7]到路面的空隙之中，在車輪荷載的作用下，對(duì)混合料進(jìn)行不斷地沖刷，導(dǎo)致路面的集料與瀝青之間的黏附性降低，瀝青膜從集料表面脫落，表現(xiàn)出一系列的水損害現(xiàn)象。因此，在高等級(jí)瀝青公路的施工過程中，要對(duì)集料的級(jí)配和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對(duì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和壓實(shí)工藝實(shí)行高要求嚴(yán)控制，使孔隙率[8]達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)，從最大程度上降低瀝青路面的水損害程度。

3.2.2 施工質(zhì)量

由于基層、底基層、路基的施工質(zhì)量也是影響水損害產(chǎn)生的重要因素，故在高等級(jí)瀝青公路的施工過程中，要嚴(yán)格按照施工規(guī)范的相關(guān)要求，控制好水泥的劑量和沙礫的級(jí)配以及含水量和混合料的拌合時(shí)間，確保底基層和基層的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

3.3 后期養(yǎng)護(hù)與管理措施

3.3.1 采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

通常來(lái)講，瀝青路面的水損害過程呈現(xiàn)遞進(jìn)關(guān)系，一開始水損害只發(fā)生在局部區(qū)域，若不對(duì)其進(jìn)行有效處理，則損害會(huì)迅速擴(kuò)散，最終導(dǎo)致?lián)p壞嚴(yán)重，只能進(jìn)行更換。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)則是采用封裂縫、稀漿封層或者為表處理的方法，對(duì)路面出現(xiàn)的細(xì)小問題進(jìn)行及時(shí)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面裂縫的封堵，從源頭上切斷水滲入路基的通道，達(dá)到防治水損害的效果。

3.3.2 及時(shí)補(bǔ)坑

補(bǔ)坑主要是針對(duì)路面已經(jīng)出現(xiàn)損壞的部分，及時(shí)地補(bǔ)坑可以防止路基中的積水過多對(duì)路面造成自下而上的水損害破壞。

采用冷補(bǔ)材料或者熱拌瀝青混合料進(jìn)行補(bǔ)坑，由于修補(bǔ)坑槽時(shí)需要使用的混合料較少，故可準(zhǔn)備一些冷材料備用，冷材料在雨天也可以使用，不會(huì)因?yàn)樘鞖舛鴮?duì)修補(bǔ)進(jìn)程造成妨礙，且能在修補(bǔ)完成后立即開放交通。

4 結(jié)語(yǔ)

水通過天氣等多種因素造成瀝青公路表面的裂縫向下滲透，首先進(jìn)入路面的空隙中，由于車輛荷載反復(fù)作用，使得空隙中的水分不停地對(duì)集料和瀝青進(jìn)行沖刷，導(dǎo)致集料與瀝青之間的黏附性降低，瀝青膜脫落。這個(gè)過程在公路結(jié)構(gòu)中反復(fù)進(jìn)行，最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)一系列水損害現(xiàn)象。

根據(jù)水損害現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，我們要從氣候、設(shè)計(jì)、施工、管理與養(yǎng)護(hù)等各個(gè)方面入手，針對(duì)道路所在地的氣候特點(diǎn)，對(duì)其制定相應(yīng)的防治措施，包括做好瀝青路面的防排水設(shè)計(jì)，材料級(jí)配的配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格把控施工工藝和施工質(zhì)量等一系列重要因素，從各個(gè)環(huán)節(jié)降低孔隙率，從源頭上減少水的下滲，減少水損害現(xiàn)象的發(fā)生，提高道路的使用年限。