高速公路瀝青路面典型病害類型及成因分析

李敏

摘 要：隨著道路通車年限的不斷增長，瀝青路面將出現(xiàn)各類病害形式，本文研究了高速公路瀝青路面裂縫類、變形類、松散類及其它等四種病害類型，分析了各種病害產(chǎn)生的機(jī)理及原因，為高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；瀝青路面；典型病害；成因分析

1 裂縫類病害及其產(chǎn)生機(jī)理

1.1 橫向裂縫

橫向裂縫與路面中線近于垂直，裂縫起初大多出現(xiàn)于路面兩側(cè)的硬路肩，逐漸發(fā)展而貫通全路幅，貫通的裂縫沿路面大致呈均勻分布。按照裂縫的寬度與縫壁石料剝離、脫落程度分為輕度和重度。橫向裂縫按成因分為橫向裂縫可分為荷載性裂縫和非荷載性裂縫兩大類，其原因分析如下：

（1）荷載性裂縫是由于路面設(shè)計(jì)不當(dāng)和施工質(zhì)量差，或由于車輛嚴(yán)重超載，致使瀝青面層或半剛性基層內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其疲勞強(qiáng)度而產(chǎn)生的裂縫。

（2）非荷載性裂縫是橫向裂縫的主要形式，它有兩種情況：瀝青面層溫度收縮性裂縫和基層反射性裂縫。瀝青面層溫度收縮性裂縫多發(fā)生于冬季，當(dāng)瀝青面層中的平均溫度低于其斷裂溫度，使產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過在該溫度時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度。通常都是瀝青路面表面的溫度應(yīng)力最大，一般溫縮裂縫都是起始于表面層并向下延伸。基層反射指半剛性基層先于瀝青面層開裂在荷載與溫度應(yīng)力的共同作用下在基層開裂處的面層底部產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致面層底部開裂，而后向上擴(kuò)展使得裂縫貫通面層全厚度。

1.2 縱向裂縫

縱向裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫長度和寬度不一。

縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因有：由于路基壓實(shí)度不均勻，或者是由于路徑邊緣受水侵蝕，引起路面不均勻沉陷而引起的；瀝青面層分幅攤鋪時(shí)，兩幅接縫未處理好，在行車載荷和大氣因素作用下形成橫向或者縱向裂縫致使水分下滲，多發(fā)于半填半挖路基處，主要由路基的不均勻沉降造成。

1.3 龜裂和塊狀裂縫

龜裂和塊狀裂縫是瀝青路面的主要病害之一，特別是對于建成通車時(shí)間較長的公路尤其明顯。其主要表現(xiàn)為縱、橫向的裂縫相互交錯(cuò)，形成塊度不一的網(wǎng)格狀裂縫，嚴(yán)重時(shí)裂縫區(qū)貧油形成麻面，并有不同程度的變形，縫壁有松散、大部分路面出現(xiàn)龜裂、塊裂，且程度嚴(yán)重。

龜裂和塊度裂縫的產(chǎn)生主要是由于路面在通車后，進(jìn)過大量的行車荷載作用，推斷基層已產(chǎn)生疲勞開裂，強(qiáng)度不足，路面在車輛碾壓作用下逐漸碎裂成塊。 另外由于路面壓實(shí)不均勻或路基壓實(shí)度不足，路面在行車荷載作用下逐漸形成不均勻沉陷，進(jìn)而形成塊度不一的裂縫，較輕微時(shí)形成塊狀裂縫，嚴(yán)重時(shí)形成龜裂。

瀝青路面的老化，也會(huì)導(dǎo)致在低溫時(shí)瀝青混合料變脆變硬，加劇裂縫的形成速度。

2 變形類病害及其機(jī)理

2.1 車轍

瀝青路面車轍指瀝青路面表面沿輪跡的縱向凹陷，是瀝青路面特有的一種損壞現(xiàn)象，是在與時(shí)間有關(guān)的荷載因素和氣候因素共同作用下，輪跡帶逐漸產(chǎn)生下洼形變并形成兩條縱向的凹槽。車轍的深度常指輪跡帶外側(cè)凸起部分的峰頂?shù)讲鄣墓鹊椎木嚯x，《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ H20-2007）中車轍定義輪跡處深度大于10mm的縱向帶狀凹槽（轍槽）。

（1）結(jié)構(gòu)型車轍：主要是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合適或由于土基弱或?yàn)r青混凝土層下臥層弱，或兩者都有，這類車轍通常伴有裂縫。

（2）壓密型車轍：瀝青混凝土面層在行車荷載作用下進(jìn)一步壓實(shí)而這可能是由于鋪筑過程中壓實(shí)不好引起的或由于混合料設(shè)計(jì)不好引起的，也可能是混合料設(shè)計(jì)殘留空隙率的固有壓縮產(chǎn)生的轍槽，開放交通后，輪跡帶下的面層受到繼續(xù)壓實(shí)，產(chǎn)生壓密變形。

（3）失穩(wěn)型車轍：在荷載的中心產(chǎn)生下洼形變，材料從荷載下壓擠向轍槽兩側(cè)并向上臌起。

（4）磨耗型車轍：在交通車輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落。

2.2 波浪擁包

主要表現(xiàn)為由于局部瀝青面層材料產(chǎn)生位移導(dǎo)致路表面形成有規(guī)律的縱向起伏，波峰和波谷間隔很近，這種病害對路面的行駛質(zhì)量影響很大，按照波峰波谷之間的大小分為輕、重兩個(gè)等級。波浪擁包產(chǎn)生的首要原因是由于瀝青混合料的設(shè)計(jì)與施工的缺陷，材料組成設(shè)計(jì)差如油石比過大、細(xì)料過多、施工質(zhì)量差，使面層材料不足以抵抗車輪荷載水平力的作用或者是面層和面層或面層和基層之間存在著不穩(wěn)定夾層造成面層在行車荷載作用下產(chǎn)生的水平剪切和推擠。

3 松散類病害及其產(chǎn)生機(jī)理

3.1 松散

松散主要是由于集料和瀝青逐漸剝落并散失。松散可能出現(xiàn)在整個(gè)路面表面，也可能在局部區(qū)域出現(xiàn)，但由于行車作用，一般輪跡處比較嚴(yán)重。按嚴(yán)重程度分為輕微和嚴(yán)重兩類。輕微的特征為路面細(xì)集料散失、脫皮、麻面等；嚴(yán)重的特征為路面粗集料散失、脫皮、麻面、露骨、表面剝落、有小坑洞等。

原因分析：集料與瀝青粘附性可能較差，在動(dòng)水壓力的作用下，與路面脫落；路面混合料瀝青含量可能過低，或?yàn)r青老化變硬，產(chǎn)生麻面和露骨；壓實(shí)度不足或局部集料級配不均勻，也可能造成松散。

3.2 坑槽

瀝青路面在存在水分的條件下，經(jīng)受交通荷載和溫度漲縮的反復(fù)作用，一方面水分逐步侵入到瀝青與集料的界面上，同時(shí)由于水動(dòng)力的作用，瀝青膜漸漸地從集料表面剝離，并導(dǎo)致集料之間的粘結(jié)力喪失而發(fā)生的路面破壞過程。這種破壞主要表現(xiàn)為：

（1）表面層產(chǎn)生坑洞

只要自由水侵入并滯留在瀝青混凝土的空隙中，不管是傳統(tǒng)的瀝青混凝土，還是改性瀝青或加抗剝落劑的SMA，在快速行車作用下都會(huì)產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象和水破壞。

（2）表面層和中面層同時(shí)產(chǎn)生坑洞以及局部表面產(chǎn)生網(wǎng)裂和形變

當(dāng)瀝青路面表面層和中面層都是空隙率較大的半開級配瀝青混合料，而底面層為空隙率較小的密級配瀝青混合料時(shí)，路表的自由水較易滲入并滯留在表面層和中面層內(nèi)。行車荷載的作用使得中、上面層內(nèi)的瀝青剝落，瀝青混合料失去粘結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致路表面產(chǎn)生網(wǎng)裂、形變（局部沉陷）和向外側(cè)推擠，并最終出現(xiàn)粒料分離形成坑槽。由于近年來高速公路的中上面層均采用密級配混合料，因而此類坑槽產(chǎn)生數(shù)量不是太多。

（3）底面層和基層間產(chǎn)生坑槽

此類病害容易發(fā)生在翻漿現(xiàn)象非常嚴(yán)重的路面，在重載車輛作用下，自由水產(chǎn)生很大的壓力沖刷基層混合料表層細(xì)料，形成灰白色漿。在動(dòng)水壓力反復(fù)作用下，整個(gè)面層范圍內(nèi)的基層粒料出現(xiàn)松散，并反射到面層，產(chǎn)生坑槽。

4 其他類

4.1 泛油

泛油是瀝青混合料中的瀝青向上遷移到路表面，形成的一層有光澤的瀝青膜，是影響路面行車安全的重要病害之一。泛油根據(jù)損壞部分的嚴(yán)重程度等級，按涉及的面積進(jìn)行計(jì)算和評價(jià)。

泛油主要是由于瀝青材料或設(shè)計(jì)缺陷造成的，瀝青含量過多、混合料的空隙率過小、拌和控制不嚴(yán)、瀝青高溫穩(wěn)定性差是造成泛油的主要因素。施工時(shí)粘層油用量不當(dāng)，或雨水滲入使下層瀝青與石料剝離，在動(dòng)水作用下，瀝青膜剝落上浮也能造成路表面泛油。泛油一般發(fā)生在天氣炎熱時(shí)，在溫度低時(shí)不存在可逆過程，所以泛油會(huì)使得瀝青路面的抗滑能力降低。

4.2 修補(bǔ)

修補(bǔ)是指因路面出現(xiàn)龜裂、坑槽、松散、沉陷、車轍等損壞后進(jìn)行處理在路表面形成的修補(bǔ)部分。

5 結(jié)語

瀝青路面病害形式多樣，產(chǎn)生的原因各異，在養(yǎng)護(hù)中需要結(jié)合路面病害形式和原因進(jìn)行綜合分析，確定合理的養(yǎng)護(hù)方案。未來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)道路病害發(fā)展趨勢的研究，為公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供可靠依據(jù)。

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