探討如何加強(qiáng)高速公路瀝青路面水損害的控制

郝利華

【摘 要】本文分析了瀝青路面設(shè)計(jì)、施工原因、土基和基層原因，確定超載車(chē)輛及水損害是我國(guó)高速公路瀝青路面產(chǎn)生破壞的重要因素之一，并給出了相應(yīng)的解決措施。為高速公路瀝青路面水損害防治提供一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高速公路；水損害；優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)

近幾年來(lái)，隨著高速瀝青路面廣泛使用，路面都出現(xiàn)了不同程度的早期破壞現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的早期破壞或多或少，或直接或間接的都與水有關(guān)，即水的破壞是關(guān)鍵因素之一。因此，對(duì)高速公路瀝青路面水損害進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、瀝青路面水損害分析水對(duì)瀝青路面的破壞主要體現(xiàn)在以下兩上方面

（一）水對(duì)瀝青路面材料的侵蝕作用

瀝青混合料在水作用下，瀝青與集料之間的粘附性能和粘結(jié)強(qiáng)度受到影響。這是因?yàn)橐环矫嫠槿霝r青與集料的接觸面之間，使“結(jié)構(gòu)瀝青膜”聯(lián)結(jié)作用降低，從而導(dǎo)致瀝青薄膜過(guò)早剝落；另一方面水浸入瀝青混合料中，使其軟化而導(dǎo)致強(qiáng)度、勁度減小。這就產(chǎn)生了所謂的瀝青混合料水穩(wěn)定性問(wèn)題。加上國(guó)產(chǎn)石油瀝青的性能本來(lái)就差，瀝青與集料之間的粘附性能差、粘結(jié)強(qiáng)度低，瀝青路面易發(fā)生早期破壞，嚴(yán)重影響了路面的使用。正是由于水的存在，再綜合其它因素，如行車(chē)荷載、氣溫變化等共同作用，致使瀝青路面在使用過(guò)程中處于一種惡性循環(huán)的狀態(tài)。

1.瀝青路面水損害類(lèi)型。瀝青路面水損害按照水對(duì)路面損害的部位可以分為：路表水對(duì)路面的損害和進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水對(duì)路面的損害。其中，路表水對(duì)路面的損害主要是使表面層產(chǎn)生坑洞；進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水對(duì)路面的破壞可分為以下幾類(lèi)：（1）降低路面材料和路基土的強(qiáng)度；（2）長(zhǎng)時(shí)間的浸水作用易造成瀝青混合料中瀝青與石料的剝落；（3）造成路面裂縫處卿泥和路肩的損壞；（4）在動(dòng)荷載作用下形成很高的動(dòng)水壓力，卿泥處極易造成局部承載能力的大幅度下降；（5）滲入在路面結(jié)構(gòu)中的水可能在降溫冰凍過(guò)程中，造成路面凍脹破壞。

2.瀝青路面水損害原因。瀝青路面產(chǎn)生水損害是多方面的，比如設(shè)計(jì)、施工原因、土基和基層原因、超載車(chē)輛原因等。（1）設(shè)計(jì)、施工原因：高等級(jí)公路的建設(shè)速度突飛猛進(jìn)，給設(shè)計(jì)和施工周期提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。近年來(lái)工程項(xiàng)目一旦立項(xiàng)就對(duì)設(shè)計(jì)周期提出了嚴(yán)格的“時(shí)限要求”，致使在勘測(cè)設(shè)計(jì)過(guò)程中外業(yè)調(diào)查不夠深入、細(xì)致。如有些項(xiàng)目采用“邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊變更”的方法。近些年技術(shù)人員流動(dòng)也相對(duì)頻繁，且有些設(shè)計(jì)人員缺乏新技術(shù)、新工藝的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和應(yīng)具備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)單位在完工后工程回訪很不夠，以致設(shè)計(jì)很難完全達(dá)到從實(shí)際出發(fā)、因地制宜的目的，施工單位的管理人員也缺乏高速公路工程實(shí)施的管理經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)理人員素質(zhì)低下，有些責(zé)任心差的監(jiān)理人員還利用職務(wù)之便謀取私利，與施工單位勾結(jié)來(lái)應(yīng)付業(yè)主及監(jiān)督部門(mén)的檢查事件時(shí)有發(fā)生，監(jiān)理人員編造假數(shù)據(jù)、假資料已習(xí)以為常，這就給一些整體素質(zhì)差的施工單位提供了可乘之機(jī)，為工程質(zhì)量的控制埋下了隱患。（2）土基和基層原因：為防止路基出現(xiàn)剪切破壞或過(guò)量塑性變形而使路面結(jié)構(gòu)損壞，要求土基必須穩(wěn)定和密實(shí)有路夠承受基層傳下來(lái)的應(yīng)力的能力。對(duì)于一般柔性路面而言，50%—70%以上的彎沉由路基提供。另?yè)?jù)有關(guān)專(zhuān)家計(jì)算表明，當(dāng)土基模量增大20%，其效果相當(dāng)于基層模量增大1005，所以為了減少路表彎沉，以提高土基模量為宜，由此可知，保證土基的壓實(shí)的重要性。然而，目前有些施工單位卻不重視土基的壓實(shí)質(zhì)量，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層沉降，瀝青面層產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。基層的結(jié)合料偏少，混合料拌合不均勻，基層存在夾層，基層失養(yǎng)干裂，基層剛度不足，未形成早期強(qiáng)度過(guò)早鋪筑油面等都將影響基層的抗壓、抗拉強(qiáng)度和剛度，面層將產(chǎn)生剪切破壞和彎拉破壞，從而導(dǎo)致瀝青混凝土面層出現(xiàn)波浪、擁包、網(wǎng)裂等病害。這也是造成水損害現(xiàn)象發(fā)生的原因之一。（3）超載車(chē)輛的原因：通過(guò)對(duì)瀝青路面水損害破壞區(qū)域的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面水損害破壞均發(fā)生在高速公路重車(chē)方向行車(chē)道上，不難看出：瀝青路面水損害破壞與車(chē)輪荷載的作用有關(guān)，汽車(chē)輪胎對(duì)面的擠壓搓揉以及輪胎與路面間的真空吸附，加速了瀝青膜從集料顆粒表面剝離的過(guò)程，使自由瀝青遷移到路表面，引起路表面泛油、松散、波浪、 推移變移。近年業(yè)，交通流量逐年增大，受政策、管理部門(mén)利益等諸多因素的影響，超載車(chē)輛迅速增多，對(duì)路面產(chǎn)生剪切破壞日益加重造成路面大面積松散、網(wǎng)裂、波浪、擁包等病害，從黃河車(chē)作用一次相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車(chē)作用10.43次的破壞 作用的理論中可看出超載車(chē)輛的危害。

（二）路面層內(nèi)滯水壓力對(duì)瀝青混合料的剝蝕作用

在路面設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，人們比較重視路界地表排水，采取的措施也很多。但是降落在路表的雨水或多或少會(huì)有一部分進(jìn)入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們將因水引起的路面結(jié)構(gòu)破壞歸因于地下水的浸入。雖然地下水是問(wèn)題的一個(gè)方面，但高路堤道路也經(jīng)常存在結(jié)構(gòu)早期損壞的事實(shí)，這使人們將目光轉(zhuǎn)向路表滲入水的研究，并且意識(shí)到限制或排除進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)滲入水的重要性。

二、瀝青路面水損害的防治措施我國(guó)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)習(xí)慣上不考慮路面內(nèi)部排水，也不考慮防止水損害基層。往往造成水能進(jìn)去出不來(lái)，任其在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)發(fā)揮破壞作用。因此，必須從設(shè)計(jì)和施工兩方面考慮采取多種措施，才能基本解決路面的早期水破壞，使水破壞現(xiàn)象降到最少。

（一）瀝青面層的各層都用空隙率不大于5%的密實(shí)瀝青混凝土

工程實(shí)踐表明，瀝青面層結(jié)構(gòu)中只設(shè)一層密實(shí)式I型瀝青混凝土或僅設(shè)一層瀝青砂來(lái)防水破壞是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。實(shí)際情況是瀝青面層中的哪一層空氣率大，一旦水進(jìn)去，那一層就會(huì)產(chǎn)生水破壞。某高速公路瀝青面層中的表層和中層都是密實(shí)I型瀝青混凝土，但底面層是空氣率較大的II型瀝青混凝土，開(kāi)放交通后不久，在某些路使瀝青混凝土的強(qiáng)度顯著減弱。雖然初期瀝青面層沒(méi)有產(chǎn)生其他明顯的水破壞現(xiàn)象，但隨著開(kāi)放交通時(shí)間增長(zhǎng)，路面逐漸產(chǎn)生網(wǎng)裂變形。因此，不管瀝青面層是一層、二層還是三層，各層都應(yīng)該采用密實(shí)型I型瀝青混凝土，但專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的排水層不包括在內(nèi)?？够韺右矐?yīng)該是空氣率不大于4%的密實(shí)式瀝青混凝土，用密實(shí)式瀝青混凝土來(lái)減少表面水透入面層結(jié)構(gòu)。

（二）提高瀝青與礦料的粘結(jié)力要求

水一旦進(jìn)入瀝青混合料中，在快速重載車(chē)輛作用下容易產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象。為減輕瀝青的剝落，改善瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和耐久性，需要增強(qiáng)瀝青與礦料的粘結(jié)力。因此，建議對(duì)用做中面層和底面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于4級(jí)；對(duì)于用做表面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于5級(jí)。

（三）加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工管理。加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工管理，采用相應(yīng)的防治措施。比如：瀝青面層的各層都用空隙率不大于5%的密實(shí)瀝青混凝土、提高瀝青與礦料的粘結(jié)力要求和提高壓實(shí)指標(biāo)，使水損害現(xiàn)象降到最少。（1）瀝青面層的各層都用空隙率不大于5%的密實(shí)瀝青混凝土：工程實(shí)踐表明，瀝青面層結(jié)構(gòu)中只設(shè)一層密實(shí)式I型瀝青混凝土或僅設(shè)一層瀝青砂來(lái)防水破壞是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。實(shí)際情況是瀝青面層中的哪一層空氣率大，一旦水進(jìn)去，那一層就會(huì)產(chǎn)生水破壞，因此，不管瀝青面層是一層、二層還是三層，各層都應(yīng)該采用密實(shí)型I型瀝青混凝土，但專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的排水層不包括在內(nèi)?？够挥袑右矐?yīng)該是空氣率不大于5%的密實(shí)式瀝青混凝土，用密實(shí)式瀝青混凝土來(lái)減少表面水透入面層結(jié)構(gòu)。（2）提高瀝青與礦料的粘結(jié)力要求：水一旦進(jìn)入瀝青混合料中，在快速重載車(chē)輛作用下容易產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象。為了減輕瀝青的剝落，改善瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和耐久性，需要增強(qiáng)瀝青與礦料的粘結(jié)力。因此，建議對(duì)用做中面層和底面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于4級(jí)；對(duì)于用做表面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于5級(jí)。對(duì)于用做表面層的瀝青混凝土，通常要求用既耐磨又增高磨光值的硬質(zhì)巖石料。（3）提高壓實(shí)度指標(biāo)：瀝青混凝土的壓實(shí)度對(duì)瀝青混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。為了盡可能提高瀝青混凝土面層的不透水性，完全有必提高瀝青面層的壓實(shí)度。資料表明，表面層的壓實(shí)度為不小于98%，中面層和底面層不小于97%時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)空氣率約為6%和7%，此時(shí)的面層的透水性就會(huì)大大減小。

（四）加強(qiáng)交通管理。近年來(lái)各級(jí)交通部門(mén)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到超載超限車(chē)輛對(duì)公路使用壽命的嚴(yán)重威脅，相應(yīng)地采取一系列措施進(jìn)行超載超限車(chē)輛的治理，但在短時(shí)間內(nèi)從源頭上解決超載車(chē)輛問(wèn)題是確實(shí)是不可能的?？慷唐谛袨楦淖兤洮F(xiàn)狀是不現(xiàn)實(shí)的，治超的關(guān)鍵就在于立法和長(zhǎng)效的治超措施與理念，同時(shí)也需要全社會(huì)共同努力才能得以解決。

（五）優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)。瀝青路面應(yīng)設(shè)計(jì)良好的排水系統(tǒng)，使路面水很快排除，做好各層排水，防止分從基層、墊層進(jìn)入混合料中，使面層高出地下水位足夠高度，確保路基穩(wěn)定。排水設(shè)計(jì)主要考慮是路表排水、中央分隔帶排水和路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水及邊緣排水。

高速公路瀝青路面水損害的產(chǎn)生原因很多，防治相當(dāng)困難。我國(guó)對(duì)路面水損害的研究還比較落后，更應(yīng)該努力借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真找出瀝青路面水損害的確切原因，因地制宜地采取處治措施。