瀝青路面典型病害的機理及其防治措施研究

周彧ZHOU Yu

（重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400000）

0 引言

由于瀝青路面具有平整度好、行車舒適性高等優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于公共道路的建設(shè)中，但由于其穩(wěn)定性較差，其耐久性受施工、材料以及自然因素的影響較為明顯，易出現(xiàn)病害。近年來，瀝青路面病害的防治已成為一個熱點研究問題。王鑫[1]對高速公路路面病害的成因進行了分析，并提出病害的防治建議；徐華東等[2]分析了路面產(chǎn)生橫裂、縱裂和不規(guī)則裂縫的原因，并分別提出了相應(yīng)的處治措施和維修方法；于玲等[3]分析了我國東北高速公路瀝青路面的典型病害主要以及引起病害的因素；田耀剛等[4]分析了坑槽病害特征，總結(jié)當(dāng)前坑槽病害的修補材料及修補技術(shù)，并提出了當(dāng)前坑槽修補存在的問題及未來發(fā)展方向；蔣功雪等[5]對瀝青車轍病害產(chǎn)生的原因進行了分析，在此基礎(chǔ)上對湖南省高速公路瀝青路面的設(shè)計、施工與養(yǎng)護均提出了相關(guān)建議；吉增暉[6]調(diào)查分析了瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)的運用情況，評述了相關(guān)研究工作成果。本文對瀝青路面的幾種典型病害及其形成機理（裂縫、坑槽、車轍、泛油）進行總結(jié)，并提出了病害的預(yù)防治理措施，以期為瀝青路面病害的防治提供參考。

1 瀝青路面的典型病害及其形成機理

瀝青路面的病害主要以裂縫、坑槽、車轍、泛油等較為常見，分析病害的形成機理是制定防治措施的前提，本文首先對各類病害的成因進行分析。

1.1 路面裂縫

裂縫是瀝青路面最常見的病害，根據(jù)其成因可分為荷載裂縫、溫縮裂縫、沉降裂縫等，按照其分布形式又可分為橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫，引起瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因主要有：

①車輛荷載。在車輛荷載的作用下，若基層失穩(wěn)，瀝青路面受拉，當(dāng)拉應(yīng)力大于材料的抗拉強度時，瀝青路面發(fā)生破壞后出現(xiàn)裂縫[7]。

②溫度變化?；鶎硬牧鲜軣崦浝淇s的影響，隨溫度降低發(fā)生收縮開裂，裂縫逐漸擴展至瀝青面層；在凍土地區(qū)，基底材料冬季凍脹，瀝青面層隆起，受拉破壞后形成裂縫。

③材料性質(zhì)。瀝青材料的耐久性受瀝青和瀝青混合料的自身性質(zhì)、級配組成的影響，在氣候條件、車輛荷載等共同作用下，瀝青材料發(fā)生老化，強度和承載力降低。

④不均勻沉降。在通道、涵洞、橋梁兩側(cè)，由于基層材料的彈性模量不同，變形不協(xié)調(diào)，或由于回填土未夯實，服役期間路基不均勻沉降而導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生裂縫。

⑤施工質(zhì)量。如路基的壓實度、瀝青的針入度、瀝青層的鋪設(shè)厚度等影響工程質(zhì)量的因素均可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

1.2 路面坑槽

瀝青路面坑槽以水損壞性坑槽較為常見，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)松散、裂縫等病害，而未及時修復(fù)處理時，在車輛荷載和水的作用下，病害進一步擴大發(fā)展形成坑槽。一般情況下，瀝青路面出現(xiàn)松散、裂縫等病害時，由于瀝青路面整體性被破壞，在車輛荷載下，該位置易出現(xiàn)瀝青膜剝離、礦料顆粒剝落的現(xiàn)象，強度降低，瀝青路面結(jié)構(gòu)的空隙率增大，降雨或是降雪后，自由水不斷地進入路面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，自由水在車輛荷載下產(chǎn)生的空隙水壓力對瀝青混合料循環(huán)的沖刷、擠壓和泵吸，進一步加速了病害位置瀝青面層的破壞，逐步形成坑槽。瀝青混合料離析、瀝青混合料配合比等也可引起瀝青路面出現(xiàn)坑槽。

1.3 車轍

車轍是指路面結(jié)構(gòu)層及土基在行車荷載作用下的補充壓實、以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形[8]，主要表現(xiàn)為瀝青路面沿車輛輪跡連續(xù)下沉形成帶狀凹槽，且車轍兩側(cè)常出現(xiàn)縱向裂縫及隆起的現(xiàn)象。瀝青路面車轍按破壞類型分為結(jié)構(gòu)性車轍、失穩(wěn)性車轍、磨損性和壓密性車轍，其中失穩(wěn)性車轍較為常見，引起瀝青路面形成車轍的主要因素有：

①車輛荷載。車流量增大，交通管制逐漸成熟，形成渠化交通，重載車、超載車增多，經(jīng)車輛碾壓，形成車轍。

②氣候條件。夏季高溫使路面溫度過高，瀝青面層軟化，瀝青混合料強度降低，在車輛荷載作用下，形成車轍。

③施工質(zhì)量。若路基穩(wěn)定性不好，路基局部下沉，易造成結(jié)構(gòu)性車轍；若層間粘結(jié)不好，重型車輛行駛過程中易造成路面推移；若瀝青瀝青混合料質(zhì)量不符合規(guī)范要求，造成瀝青混合料的穩(wěn)定性不高，瀝青路面易產(chǎn)生塑性變形；若瀝青混合料的壓實度不夠，瀝青面層在車輛荷載下會產(chǎn)生壓密變形。

1.4 路面泛油

瀝青路面泛油是過量的瀝青在高溫作用下膨脹，充滿瀝青混凝土中的空隙后溢出到路表的現(xiàn)象[9]。泛油主要是由于瀝青混合料配比不當(dāng)，油石比過大，混合料中的瀝青含量偏高，混合料中空隙過少，瀝青稠度太低等，加之瀝青材料自身的高溫穩(wěn)定性較差，受熱膨脹后，在車輛荷載的作用下，礦料下沉，瀝青滲出到路表形成油層而引起的；其次，高溫多雨季節(jié)，雨水進入瀝青面層內(nèi)部，降低了瀝青與礦料的粘結(jié)力，瀝青與集料分離并向上移動，產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。

2 瀝青路面病害的防治措施

2.1 瀝青路面病害的預(yù)防措施

瀝青路面病害出現(xiàn)后，若得不到及時處理，在外界條件作用下（如水、車輛荷載、微生物等），病害將進一步惡化，最終將以幾種病害組合的形式出現(xiàn)，病害發(fā)生惡性循環(huán)，病害逐步加劇，給路面修復(fù)帶來更大的挑戰(zhàn)。根據(jù)本文對瀝青路面典型病害形成機理的分析可知，瀝青路面病害產(chǎn)生的原因可分為內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素主要是瀝青及混合料的性能、路面設(shè)計及施工質(zhì)量，外在因素主要指自然條件，如高溫、降雨等。由于外在因素的不利影響不能完全規(guī)避，因此，如何提升瀝青路面自身的抗病害能力是現(xiàn)階段病害防治研究的主要內(nèi)容，目前預(yù)防瀝青路面病害的主要技術(shù)措施如下：

①改善材料性能。主要是通過控制集料、瀝青的質(zhì)量、使用添加劑、改善配合比等方式提升瀝青瀝青路面的性能。選取高質(zhì)量的原材料，優(yōu)化材料的加工工藝，改善粗、細(xì)集料的品質(zhì)；由于瀝青路面不同結(jié)構(gòu)層的功能存在差異，需要結(jié)合工程特點，根據(jù)建設(shè)需求，靈活科學(xué)合理的選取瀝青材料；根據(jù)工程條件，合理選取相應(yīng)的添加劑以改善瀝青路面抗破壞能力，或采用改性瀝青提高瀝青路面的強度和穩(wěn)定性。

②優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括瀝青混合料的級配和配合比設(shè)計、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對特殊路段進行針對性設(shè)計等方面。對瀝青混合料的配合比設(shè)計進行優(yōu)化，確保瀝青混合料的性能；對路基路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，確保路基的強度和穩(wěn)定性，提高瀝青路面各層的工作性能；對于特殊工況，如高溫地區(qū)、多雨地區(qū)、寒區(qū)、沙漠等特殊路段，進行針對性設(shè)計，提高瀝青路面的耐久性，避免病害的產(chǎn)生。

③控制施工質(zhì)量。施工過程中，嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范要求，嚴(yán)格控制攤鋪速度、松鋪系數(shù)、碾壓方案等各項指標(biāo)，加強過程管理，保持施工的連續(xù)性，減少層間污染，對施工工藝進行科學(xué)優(yōu)化，保障施工質(zhì)量。對于病害的修補，要保證新舊路面各層間的緊密結(jié)合，提升養(yǎng)護質(zhì)量，同時避免由路面養(yǎng)護對瀝青路面帶來的二次損壞。

④加強路面監(jiān)測。加強對瀝青路面全生命周期的監(jiān)測，加強日常養(yǎng)護，治理車輛超載等，開發(fā)智慧監(jiān)測系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)病害，及時修復(fù)，避免病害進一步惡化，提升瀝青路面的耐久性，延長公路的使用壽命，從而提高路面的養(yǎng)護效率。

2.2 瀝青路面病害的治理措施

為了保證修補質(zhì)量、縮短通車時間及提高施工的方便性，根據(jù)病害發(fā)展程度制定開挖原則及分層攤鋪厚度，針對病害影響深度總結(jié)了以下幾種治理方案。

①對于水泥穩(wěn)定碎石基層及瀝青面層單條縱、橫裂縫＜5mm 的裂縫處治，采用改性瀝青進行灌縫進行處理，施工工藝如圖1 所示。對于瀝青面層的裂縫，清理裂縫里的灰塵、雜質(zhì)——加熱灌縫料——灌縫——粘貼防水卷材；對于基層裂縫，先用開槽機沿縫進行開槽，再利用鼓風(fēng)機清除縫內(nèi)雜質(zhì)，隨后采用改性熱瀝青與5mm 粒徑以下的礦料按一定比例拌和而成瀝青砂膠填縫，灌縫和填縫處治完畢后須騎縫鋪貼50cm 寬防水卷材。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石基層及瀝青面層單條縱、橫裂縫處治示意圖

②原路面裂縫較多或產(chǎn)生車轍、龜裂、波浪、擁包等路面病害，需要清除原瀝青結(jié)構(gòu)面層，采用瀝青混合料攤鋪修復(fù)，施工工藝如圖2 所示。當(dāng)開挖深度在8cm≤h≤12cm范圍內(nèi)，清除原瀝青結(jié)構(gòu)層最小深度為8cm，最大深度為12cm，清除瀝青結(jié)構(gòu)層后，在工作面干凈、干燥的條件下，灑布改性乳化瀝青粘層，然后一次性鋪筑瀝青混合料與原路面齊平，并沿新舊瀝青層接縫處鋪貼50cm 寬防水卷材；當(dāng)局部病害較為嚴(yán)重時，面層開挖深度>12cm，須分層開挖處治，單層開挖處治深度控制在7cm≤h≤12cm，且須分層鋪筑瀝青混合料與原路面齊平。

圖2 路基段路面面層局部維修示意圖

③原路面底基層出產(chǎn)生較嚴(yán)重的網(wǎng)裂、沖刷或原路表產(chǎn)生明顯唧泥的病害，須分層開挖并采用瀝青混合料分層攤鋪修復(fù)，如圖3 所示。每層開挖深度為10cm，直至基層病害完全清除，當(dāng)基層開挖后，灑布改性乳化瀝青粘層，然后分層鋪筑瀝青混合料與原基層頂面齊平，瀝青層之間灑布改性乳化瀝青粘層，沿新補瀝青層與原水穩(wěn)層接縫處鋪貼防水卷材。

圖3 路基段路面底基層局部修補示意圖

3 結(jié)論

本文分析了瀝青路面的4 種典型病害及其形成機理，提出了現(xiàn)階段瀝青路面病害要形成以預(yù)防為主、防治結(jié)合的理念，瀝青路面病害的預(yù)防要以提升瀝青路面自身抗病害能力為目標(biāo)，要從設(shè)計、施工、養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)進行有效控制，并提出了病害預(yù)防治理的4 點建議，并根據(jù)病害發(fā)展程度提出了3 種治理方案。研究成果以期為瀝青路面病害的機理研究及防治提供參考。隨著科技的發(fā)展，未來，新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的應(yīng)用，必將不斷延長瀝青路面的使用壽命，提高服役期內(nèi)的使用性能！