滲水對(duì)瀝青道路的影響分析

姜　萌

摘要:公路路基施工中,在土體未達(dá)到最佳含水量碾壓夯實(shí),雖然剛開始達(dá)到其最大的強(qiáng)度值,但當(dāng)外界水分侵入土體時(shí),土體的水穩(wěn)定性不好,其強(qiáng)度降低幅度會(huì)很大。文章通過(guò)滲水對(duì)瀝青混凝土路面及路基的影響及降雨入滲的過(guò)程及特點(diǎn)分析,對(duì)滲水對(duì)瀝青道路的影響做了簡(jiǎn)要的概括和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:公路路基;瀝青路面;滲水

中圖分類號(hào):U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)08-0160-02

現(xiàn)有的路基路面排水系統(tǒng)往往只重視把地表水排到公路路界以外,而不重視排除由于降雨而形成的路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部滯水,在沒(méi)有設(shè)置有效的路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)的情況下,這種內(nèi)部滯水的危害性是相當(dāng)大的,它可以使路基路面材料的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,影響路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,是導(dǎo)致我國(guó)一部分公路路基路面早期損壞的重要原因之一。實(shí)踐證明瀝青凝上并不是不透水,甚至有的是強(qiáng)透水。降落在路面上的水,大部分以路面徑流的方式通過(guò)路表面的橫向和縱向坡度流向路肩和路基外,而總有相當(dāng)部分會(huì)沿路面接縫和裂縫、路面混合料的孔隙、路面和路肩的接縫以及無(wú)鋪面的路肩滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi),在地下水位高時(shí),地下水會(huì)通過(guò)毛細(xì)滲流進(jìn)入路面結(jié)構(gòu),在季節(jié)性冰凍地區(qū),積聚在路床上部的自由水也會(huì)進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)。

1滲水對(duì)瀝青混凝土路面及路基的影響

在降雨過(guò)程中,雨水就會(huì)進(jìn)入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中,且向外滲流的速度很慢,需要數(shù)周或數(shù)月才能慢慢排除,整個(gè)路面結(jié)構(gòu)或者部分結(jié)構(gòu)層(面層或上面層)便類似于被安置在封閉的槽式“浴盆”內(nèi),被圍封在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的這部分水分,會(huì)浸濕路面結(jié)構(gòu)各層材料和路基土,使其強(qiáng)度下降,變形增加,從而使路面結(jié)構(gòu)的承載力降低。在大量快速行車的作用下,一次一次產(chǎn)生的動(dòng)水壓力(孔隙水壓力)使瀝青從碎石表面剝落下來(lái),局部瀝青混凝土變得很松散,碎石被車輪甩出,路面將產(chǎn)生坑洞(塘),若雨水進(jìn)入并滯留在表面層和中面層,在大量快速行車荷載的作用下,這兩層內(nèi)瀝青混凝土中部碎石上的瀝青剝落,導(dǎo)致表面產(chǎn)生網(wǎng)裂、形變(下陷)和向外側(cè)推擠,或產(chǎn)生坑洞(塘),若雨水透過(guò)瀝青面層(兩層式或三層式)滯留在半剛性基層頂面,在大量快速行車作用下,自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料,形成灰白色漿,灰漿被行車壓侵到路表面,在灰漿數(shù)量大的情況下,可能立即產(chǎn)生坑洞,在數(shù)量小的情況下,可使路面網(wǎng)裂或變形,若某處產(chǎn)生網(wǎng)裂或形變后,降水就更容易透入,并產(chǎn)生惡性循環(huán),最終導(dǎo)致路面破壞。

路基的沉降變形主要是由于路基土體在外力和上體自重的作用下孔隙而引起的。很顯然,在接近最佳含水量時(shí)進(jìn)行碾壓施工,土體壓實(shí)程度較高體壓實(shí)度越大、孔隙比越小,土體抵抗壓縮的能力就越強(qiáng),越不易沉降。當(dāng)路基填料含水量較高時(shí),由于受孔隙水壓的影響,被水充填的孔隙不易被縮,但當(dāng)填筑后隨著外力的長(zhǎng)期作用,地基會(huì)產(chǎn)生蠕變,水分會(huì)慢慢地被擠出體中的孔隙也會(huì)漸漸被壓縮而最終導(dǎo)致路基下沉。

2降雨入滲的過(guò)程及特點(diǎn)分析

降雨入滲實(shí)質(zhì)上是水分在土壤包氣帶中的運(yùn)動(dòng),是一個(gè)涉及兩相流的過(guò)程,即水在下滲過(guò)程中驅(qū)替空氣的過(guò)程。降雨入滲是一個(gè)非常不恒定的過(guò)程,入滲率又與地表介質(zhì)的含水量密切相關(guān),這種入滲過(guò)程十分復(fù)雜。在地下水埋深比較淺時(shí)降雨入滲的水分在非飽和區(qū)的運(yùn)動(dòng)和飽和區(qū)的地下水分是相互聯(lián)系的,可以在較短的時(shí)間內(nèi)使地下水位有較大的提高。另外,降雨入滲所補(bǔ)給的水分勢(shì)必會(huì)提高土壤的飽和度,從而降低土壤的抗剪強(qiáng)度,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致事故的發(fā)生。大氣降水至地面即開始入滲過(guò)程。若地表上層或巖層濕度不大,在分子引力作用下降水為地表介質(zhì)吸收為薄膜水。當(dāng)薄膜水量達(dá)到最大值,入滲水則填充介質(zhì)中的毛細(xì)裂縫形成毛細(xì)水,即所謂毛細(xì)水下滲。當(dāng)縫隙的開度很不均勻時(shí),毛細(xì)水只能填充縫隙內(nèi)開度較小的那部分面積,開度較大的那部分縫隙仍為空氣所占據(jù),介質(zhì)處于非飽和狀態(tài),形成非飽和滲流。當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^淺,降水強(qiáng)度較大且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),地下水位逐漸上升至地表而達(dá)到飽和狀態(tài),形成連續(xù)的飽和滲流。通常地下水位埋藏均有一定深度,一次降水地下水位上升值不大,難以達(dá)到飽和入滲的條件。降雨停止后,隨著時(shí)間的延續(xù),由于上部路面結(jié)構(gòu)層的暫態(tài)飽和區(qū)有所消散,路基中的地下水位線有所上升,但并不是很明顯。這是因?yàn)槁坊械牡叵滤痪€太低,對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的暫態(tài)飽和區(qū)的消散沒(méi)有起到很大的作用。如果地下水位線高到足夠與由于降雨作用而形成的路面結(jié)構(gòu)層暫態(tài)飽和區(qū)相呼應(yīng)的水位,那么路面結(jié)構(gòu)層和邊溝反濾層材料內(nèi)的暫態(tài)飽和區(qū)的水流在重力的作用下向路基填料中快速消散,這樣路基上部土體的非飽和區(qū)就和下部的飽和區(qū)形成水頭差,導(dǎo)致上部水體不斷下滲,直到與下部飽和區(qū)連接。這種情況反復(fù)不斷地循環(huán),最后致使路基中的地下水位線不斷上升,而使得暫態(tài)飽和區(qū)的水分得以足夠消散,那么路基中地下水位線將會(huì)明顯上升,以致升高到足以影響路面結(jié)構(gòu)層的干燥性。因此在實(shí)際工程中我們應(yīng)做好詳盡的地質(zhì)水文勘測(cè),通過(guò)模擬降雨條件,然后再?zèng)Q定采用相應(yīng)的路基路面結(jié)構(gòu)的排水設(shè)施(如設(shè)置滲溝)。如果在非降雨情況下所勘探的地下水位認(rèn)為較低,而不設(shè)置任何排水設(shè)施,那么在降雨的作用在路基路面結(jié)構(gòu)層中形成暫態(tài)飽和區(qū),降雨停止后暫態(tài)飽和區(qū)不斷向路基下方消散,最后致使地下水位線不斷上升,導(dǎo)致整個(gè)路基處于飽和水的作用下,使得路基土體不斷軟化,從而影響路基的承重性以及穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)滲水對(duì)瀝青混凝土路面及路基的影響原因及降雨入滲的過(guò)程及特點(diǎn)分析可以看出以下幾個(gè)結(jié)論。首先,降雨對(duì)填埋深度比較深的路基填土影響較小,且具有滯后性,只有當(dāng)降雨量較大時(shí),路基填土的含水量才會(huì)有明顯的變化,對(duì)填埋較淺的路基填土影響較

為明顯,降雨后含水量就有明顯的上升,天晴時(shí),路基填土含水量降低較多。其原因是在降雨量小時(shí),路基上部的土層對(duì)降雨的滲透起了一定的阻攔作用,由于填埋較淺的土層細(xì)顆粒組成較多,對(duì)降雨后滲入土層中孔隙水吸附能力較強(qiáng),形成結(jié)合水,只有當(dāng)降雨量大時(shí),上層填料含水量繼續(xù)增加后,滲入土層中的水克服細(xì)小土顆粒和水分子之間的分子引力,才會(huì)對(duì)填埋較深土層的含水量有明顯的影響。而較淺的路基較直接面對(duì)大氣降雨和蒸發(fā),受天氣變化的影響較大。第二,位于路基邊緣的路基填土在降雨天晴后,含水量的降低速度比較快,而位于路基中間的填土含水量降低較為緩慢。由于位于路基邊緣的路基填土處于半封閉狀態(tài),降雨后其中的水分通過(guò)蒸發(fā)(蒸發(fā)面面積較大)及向路基外側(cè)流出較快,故其降雨后天晴的含水量降低較快,相比之下路基中間的填料含水量消散方式比較單一,向路基深處滲流較為有限且緩慢。路基填土中的粉質(zhì)土礫層比強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖填料層含水量要高,粉質(zhì)土礫的細(xì)顆粒組成比強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖的多,粉質(zhì)土礫的路基填料孔隙率較小,其水分的蒸發(fā)比孔隙率大的強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖層路基慢,且粉質(zhì)土礫細(xì)粒較多,比表面積大,吸附水能力較強(qiáng),故其填料中的含水量較高。

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