浅析沥青路面水损坏成因分析及养护对策研究

　　随着我国经济的飞速发展，增加一条高速公路或者农村道路、通连道路，标志着我国交通基础设施又迈进了一个更高的台阶。公路的建设情况反映着一个国家和地区的交通发达程度、乃至经济发展的整体水平。在运营的过程中，如若不加强养护或养护不当，将会促使沥青混凝土过早的进入大中修，也就意味着固定资产贬值，养护成本的增加；若能及时得到养护，将会使道路达到或超过设计使用年限，这就说明固定资产得到了有效的保值或增值。为了提高公路的使用年限，就需在路面状况即将大面积破损的关键时刻采取适合本路段的预防性养护等措施，最大限度地延长路面使用周期。
　　一般公路在通车三、四年后，就会产生唧浆、坑槽、开裂等多种病害，而且破损数量逐年不断增加，养护费用也逐年递增，这不仅加大了维护成本，而且使公路外观形象受到严重损坏。在修复病害过程中，特别是在慢车道，经常发现由水引起的破坏，然而，水是怎样进入到路面中，怎样切断水源，什么时候采取适当的养护措施等问题凸现出来。针对这一系列问题，我们现以新疆省内乌昌、乌奎等公路（本路段所处区域为中温带大陆型干旱气候，温差大，平均气温6.4℃，年降水量240-280mm）为例，凭借以往在公路上的养护经验进行了深入的分析与研究，提出了以渗水率和空隙率作为预防性养护的决策参数。根据新疆的气候和地理条件，本文我们将对分析与研究成果做一简要介绍，以供各界同仁参考。
　　一、空隙率对水损坏成因分析
　　1.病害类型及产生原因
　　一般情况下，路面结构的设计是多层设计，各层使用的材料也各不相同。降雨过程中，水向路表下渗透时，通过每一层的速度也是不同的，当其中某一层的渗透速度大大小于上一层时，水就在上下结合两层形成滞留层。在大量重载车辆高速行驶的作用下，就有可能产生诸如坑洞、网裂、变形、唧浆等病害。
　　新疆省内公路沥青路面较多地采用了面层为密集配的沥青混凝土，基层为水泥稳定碎石结构。我国《公路沥青路面施工技术规范》规定的所有密集配的沥青混凝土，除了JTJ-014的AK系列，其它种类的沥青混凝土空隙率都小于6%，密集配的沥青混凝土路面可视为是不透水的。水泥稳定碎石基层又被称为碾压型贫水泥混凝土，它不仅有几乎不透水的特性，而且有施工质量好的水泥稳定碎石基层，在不开裂的情况下，水是几乎无法通过。
　　虽然水的活性强于沥青，但在降雨过程中，水若长时间滞留在沥青路面开口空隙中，有可能将粘附在级料上的沥青置换出来，降低沥青路面强度，产生坑槽、裂缝、变形等路面病害。而唧浆病害则是路面中的水透过了沥青面层到达了水泥稳定碎石基层表面，在行车作用下，自由水将产生很大冲力，不断冲刷基层表面形成白色灰浆[1]，同时产生很大压强，尤其在面层、基层产生疲劳下沉时，它的破坏影响更为显著。在车载不断的作用下，其间的自由水在如同"皮老虎"的作用下不断挤压面层和基层，导致其开裂、变形，并衍生一系列其它路面水损坏。这种破坏现象几乎每条高速公路上都有发生。这些水破坏，用常规的挖补、封缝方法处理后，在一到两年后又会复发，而且面积更大，处理起来非常困难，而且不断扩大，养护成本也逐步增高，使得养护部门不堪重负。
　　2.路面破坏分析
　　要搞清水是如何进入到面层以下的，我们用排除法对疆内高速公路进行了研究和探讨，提出农村公路和连队道路沥青路面的早期养护研究对策。一般高速公路为双向六车道公路，设计时速为80～100km/小时，半幅路面一般断面示意如下。
　　（图1高速公路半幅路面一般断面示意图）
　　从断面图上分析，水进入路面基层的途径只有四条：1、降雨时和浇水时，水从绿化带进入到路面中；2、当挖方边坡岩层层面平行于开挖面或角度大时，地下水沿岩层层隙进入到路基和路面中；3、路面水通过沥青混凝土路面下渗到基层上；4、地表水位过高浸水进入路面。
　　1.1是否从绿化带中渗入
　　在绿化带更换树木时发现，绿化带中的土壤含水量在最佳含水量附近，且无滞留水。也就是说，绿化带中的水没有多余的量可进入到路面中产生路面水损坏。而且，上世纪90年代末期设计的高速公路，一般采用了在绿化带下方设置防水层或沿绿化带和路面边缘挖超过路面面层、基层深度的槽，用防水混凝土浇筑的方法，阻隔绿化带中的水，绿化带中的水，不可能对沥青路面造成水破坏。
　　1.2是否从边坡层隙渗入
　　填方路基不存在该问题，仅有挖方边坡存在可能。但挖方地段都设有边沟，在深挖和有层隙水压地段还在边沟下和路基中设有盲沟。因整个结构深度达到1.7m，大于1.5m的临界水位，因此层隙水也不可能产生水破坏。
　　1.3沥青混凝土路面渗水
　　一般部分高速公路沥青路面设计从上到下为：4㎝厚AK-13B+5㎝厚AC-20Ⅱ+6㎝厚AC-25Ⅱ，整个沥青路面厚15㎝。施工配合比空隙率均小于6%。在竣工验收时，检测到的路面渗水率最大不超过20ml/min。此沥青混凝土路面基本不渗水。
　　1.4地表水位过高浸水
　　浅挖地段的公路都存在排水沟，在雨季及农用灌溉时的水位确有所提高，但通过浸湿路面基层进入沥青混凝土结构层在养护挖补过程中还未发现，由于水有自身重力，因此浸水表面张力不可能产生水破坏。
　　从分析看，以上四个因素都不成立，但路面中的确有大量的水损坏病害产生，那么这些水究竟从何而来？
　　三、空隙率的诱因
　　为了彻底找到水害产生的根本原因。从郝培文教授等人提出的沥青上浮理论中得到启迪，根据行车时产生的真空负压与行车速度的平方成正比的理论，我们大胆地提出：在高速行车时，开口空隙产生的真空负压将一系列空隙击穿，路面产生大量的贯穿型空隙，导致水从空隙中渗入，从而导致水破坏。为了准确地找到渗水原因，我们进行了大量的试验和研究。
　　在一般情况下，超车道（1道）车辆主要是小型车，速度都在100km/h以上；行车道（2道）主要是高速车辆，也有少数重车行驶，速度在80～100km/h之间；慢车道（3道）主要是低速大型货车，速度一般低于80km/h。因此，超车道的沥青路面所承受的真空负压最大，最有可能产生贯穿型空隙，使雨水进入到沥青路面下方。而慢车道（3道）承受的压强最大，基层和沥青面层的空隙很快被压密，路面容易产生疲劳下沉破坏。但巨大的压强使路面空隙变小，水分很难通过沥青路面空隙自然挥发，产生水分滞留现象，又由于慢车道在重车作用下有下沉现象，破坏了设计横坡坡度，使滞留水很难通过水泥混凝土路肩下方排除，因此容易造成沥青路面水破坏（详见下图）。
　　（图2路面水损坏过程示意图）
　　降雨量选用年降雨量为指标，将全国划分为四个区域，新疆处于第4区，属于干旱少雨区，由于新疆昼夜温差非常大，沥青粘结的剪应力容易破坏，增大了沥青料之间的空隙，导致雨水容易渗入路面层，从而引起路面部分不同程度的损坏。下表1为降雨量分布区：
　　（表1区域划分以30年年平均降雨量为指标）
　　为验证我们的上述观点，我们选择具有代表性的路段分车道取样，进行旧沥青路面空隙率、沥青含量和渗水试验。由于旧路面试件的混合料缺乏材料密度及配合比，沥青混合料密度是按日本道路公团《沥青铺装试验法》（即真空法）求得最大密度[2]，其余均按我国的试验规程进行。试验成果见下表。
　　（表2旧沥青路面试验结果汇总表）
　　试验结果表明，超车道空隙率较大，水很容易进入到混合料内部，沿水泥稳定碎石基层的横坡流入慢车道，而慢车道基本不渗水，但沥青含量已经相当低了。存在于慢车道沥青层与基层之间的水分又不会自由流动，以毛细水的状态存在，在强大的荷载作用下，产生巨大的毛细管压力，成为动力水，导致了沥青路面混合料水破坏。这也就是为什么慢车道经常破损、修复量较大的原因。

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