某舊路面養(yǎng)護項目加鋪SMA-13罩面后早期水損處治分析

摘要 舊路面銑刨舊面層后加鋪SMA-13罩面層，短時間內(nèi)可能出現(xiàn)水損病害，嚴重影響路面養(yǎng)護效果。為探究水損病害的成因和機理，并基于此提出有效的處治方法，提高SMA-13罩面的抗水損害能力。文章從原材料、瀝青混合料、瀝青路面、路面結(jié)構(gòu)層等方面對比了兩個不同工程實例，研究表明水損病害的主要原因是層間水積聚，對此提出了刻槽回填病害的處治方法，并通過現(xiàn)場實踐驗證了其可行性，該文章研究旨在為瀝青路面的水損病害處治提供參考。

關(guān)鍵詞 SMA-13罩面；水損病害；層間水積聚；公路工程

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0086-03

0 引言

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）具有高溫抗車轍、低溫抗裂、抗滑等優(yōu)點，適用于重載交通的SMA罩面，其公稱最大粒徑為13 mm，壓實層厚度為35～40 mm，可有效提高舊路面的使用性能，是一種常用的路面養(yǎng)護材料。然而，SMA-13罩面存在早期水損問題，早期水損是指SMA-13罩面施工后，在短時間內(nèi)出現(xiàn)的層間剝離、破碎、坑槽等病害，主要原因是SMA-13罩面與下層路面之間的層間水排水能力不足，導(dǎo)致水分滲入并積聚在層間，破壞層間結(jié)構(gòu)。為有效解決SMA-13罩面早期水損問題，該文以某高速公路舊路面養(yǎng)護項目為例，探討加鋪SMA-13罩面后出現(xiàn)的早期水損病害，進而提出針對性的病害處治方案。

1 水損病害實例分析

1.1 工程概況

某國道公路是某省重要交通干線，路面結(jié)構(gòu)為AC-25下面層4 cm、AC-13中面層3 cm和SMA-13罩面層2 cm，總厚度為9 cm。由于該路段長期承受重載交通、高溫環(huán)境的影響，路面出現(xiàn)裂縫、車轍、坑槽等病害，影響行車安全和舒適性。為改善路面性能，2024年對該路段進行養(yǎng)護施工，采用銑刨舊面層、加鋪SMA-13罩面層的方法，壓實層厚為4 cm。施工后，路面平整度、抗滑性和耐久性都得到了提高，但施工后短時間內(nèi)，面層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)層間剝離、破碎、坑槽等水損病害，尤其是在強降雨后病害更加嚴重，直接影響路面養(yǎng)護效果。

1.2 病害實例

為探究該公路SMA-13罩面的早期水損病害情況，通過現(xiàn)場調(diào)查、取樣檢測等手段，發(fā)現(xiàn)病害主要位于輪跡帶，無明顯規(guī)律，周邊有唧漿、泛油、骨料外露等現(xiàn)象，部分地段出現(xiàn)沖刷、坑槽等病害，罩面層與下面層之間有明顯水漬，說明層間水排水能力不足，導(dǎo)致水分滲入并積聚在層間，破壞層間結(jié)構(gòu)。該省另一條高速公路的同類工程也采用銑刨重鋪加鋪SMA-13罩面層，施工時間相近，但未出現(xiàn)水損病害。

1.3 病害分析方法

針對SMA-13罩面的水損病害分析及處治技術(shù)路線見圖1，基本流程如下：

（1）進行相關(guān)材料質(zhì)量檢驗，分析現(xiàn)有瀝青路面路用性能；

（2）選取病害路段、正常路段進行比較，分析各項指標，找出差異和影響因素；

（3）根據(jù)對比分析的結(jié)果，綜合判定水損病害的成因，分析其機理、影響程度；

（4）根據(jù)水損病害形成原因確定針對性的處治技術(shù)方案，并用于病害路段檢驗其有效性。

2 水損病害分析

2.1 原材料分析

針對水穩(wěn)定性不良的瀝青路面的原材料質(zhì)量進行檢測評價，包括集料、瀝青的性能指標。結(jié)果表明，兩個路段的集料均為凝灰?guī)r，具有較高的黏附性，質(zhì)量均符合要求，差異較小。因此，原材料不是引發(fā)水損病害的主因。

2.2 瀝青混合料分析

分析瀝青混合料的空隙率、瀝青含量、水穩(wěn)定性等指標，以探究其與水損病害的關(guān)系。

（1）級配組成分析：級配組成對瀝青混合料的水穩(wěn)定性存在一定影響，具體表現(xiàn)為級配越密，空隙率越小，瀝青含量越高，水穩(wěn)定性越好；級配越開，空隙率越大，瀝青含量越低，水穩(wěn)定性越差。比對兩個路段的瀝青混合料的級配組成，結(jié)果顯示，兩個路段的瀝青路面水穩(wěn)定性均符合要求，該公路水損病害與級配組成無直接關(guān)系。

（2）瀝青含量分析：采用燃燒試驗分析瀝青混合料的瀝青含量，檢測兩個路段的瀝青混合料，結(jié)果顯示瀝青含量均符合設(shè)計要求，判斷該公路水損病害與瀝青含量無關(guān)。

（3）空隙率分析：采用表干法檢測兩個路段的瀝青混合料，結(jié)果顯示空隙率、馬歇爾指標均無明顯差異，說明瀝青混合料的密實度、穩(wěn)定性均較好，空隙率并非導(dǎo)致水損病害的原因，可以排除。結(jié)合之前的級配和瀝青含量的分析，該文認為兩個路段的材料質(zhì)量、性能基本一致，材料不是造成水損病害的根本原因。

（4）水穩(wěn)定性分析：采用馬歇爾試件，對兩個路段的瀝青混合料進行了三種不同的水穩(wěn)定性試驗，水穩(wěn)定性的表征指標是劈裂強度比，劈裂強度比越接近1，說明水穩(wěn)定性越好；動水沖刷試驗得到的瀝青混合料劈裂強度比越低，說明該試驗水損環(huán)境越嚴格，要求混合料水穩(wěn)定性越好。兩種水穩(wěn)定性試驗環(huán)境下，SMA-13的劈裂強度比均大于80%，滿足設(shè)計要求，說明SMA-13罩面層的水穩(wěn)定性較好，水穩(wěn)定性不是導(dǎo)致水損病害的可能因素，可以排除。

2.3 瀝青路面分析

路面壓實度分析：采用芯樣法檢測兩個路段的SMA-13上面層，結(jié)果顯示路面壓實度、空隙率均無明顯差異，且均符合設(shè)計要求，說明瀝青路面的密實度、水穩(wěn)定性均較好。因此，路面壓實度不是導(dǎo)致水損病害的可能因素，可以排除。

滲水系數(shù)分析：基于試驗得到的不同瀝青路面的滲水系數(shù)見表1。據(jù)表可知，車輛荷載作用下，原瀝青路面摩擦系數(shù)減小，滲水系數(shù)降低，基本不滲水。而經(jīng)過罩面、銑刨重鋪處治的路面，其他性能指標符合要求，但滲水系數(shù)明顯增大，說明路面有滲水，可能影響路面的使用性能。

據(jù)此可以推斷滲水系數(shù)是導(dǎo)致水損病害的一個重要因素，因為滲水會造成層間水的形成，瀝青路面各層之間的水受到車輛荷載的長期反復(fù)作用，罩面層底動水壓力明顯增大，動水壓力會破壞瀝青混合料的水穩(wěn)定性，導(dǎo)致水損發(fā)生。依據(jù)水穩(wěn)定性試驗評價瀝青混合料抗水損能力，試驗結(jié)果可知：瀝青混合料在動水壓力下作用下易發(fā)生水損，即使混合料水穩(wěn)定性指標合格，也無法保證瀝青混合料不產(chǎn)生水損病害。

因此，應(yīng)合理控制瀝青路面的滲水系數(shù)，以防止層間水產(chǎn)生，提高瀝青路面的水穩(wěn)定性。

分析兩種路段的路面結(jié)構(gòu)層，結(jié)果表明：銑刨重鋪后加鋪罩面的路面結(jié)構(gòu)層具有較好的透水性、層間儲水能力，銑刨重鋪后新鋪設(shè)的混合料比原路面更透水，且結(jié)構(gòu)層整體加厚，減少了層間水的影響。直接加鋪SMA-13路面結(jié)構(gòu)層則存在層間嵌合不良的問題，SMA-13骨架密實型結(jié)構(gòu)與光滑舊路面不易形成有效黏結(jié)。因此，建議處治時以水泥穩(wěn)定碎石層作為黏層，可有效確保層間結(jié)構(gòu)牢固，增加路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 綜合分析及病害處治

3.1 綜合分析

根據(jù)試驗分析綜合判斷水損病害成因為罩面后的層間水聚集。層間水是指瀝青路面結(jié)構(gòu)層之間存在的水分，主要來源于雨水的滲透、基層空孔隙水的上升。層間水會降低瀝青、礦料的黏結(jié)強度，削弱瀝青混合料的抗水損害能力，增加瀝青混合料的變形破壞，導(dǎo)致路面產(chǎn)生松散、坑槽、車轍、泛油等病害。層間水對瀝青路面的病害形成過程，主要包括以下三個方面：

（1）層間水對上面層的影響：上面層是指瀝青路面的最上層，一般采用SMA-13型瀝青混合料。當(dāng)雨水透入上面層后，由于下層比較密實不滲水，上面層的水無法下滲，而在車輛荷載、動水壓力的作用下，上面層混合料產(chǎn)生破壞，瀝青、礦料剝離，骨料外露，表面層發(fā)生松散、坑槽。SMA-13的攤鋪厚度、表面構(gòu)造也影響其阻水效果，厚度越低，表面構(gòu)造越深，阻水效果越差，滲水風(fēng)險越高。

（2）層間水對下面層的影響：下面層是指瀝青路面的下層，一般采用AC型瀝青混合料。由于原有瀝青路面在車輛載荷的長期作用下，表面摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)降低，形成深淺不一的車轍，進而導(dǎo)致路面各層間水量增加。層間水受到車輛動荷沖擊形成較大動水壓力，反復(fù)沖刷混合料，最終導(dǎo)致瀝青和礦料的剝落。同時，高速輪胎和路面產(chǎn)生泵吸力，使瀝青上浮形成油膜，不斷擴散，使骨料外露，最后形成坑槽。

（3）層間水對罩面的影響：罩面是指瀝青路面的最外層，一般采用SMA-13型瀝青混合料。罩面的作用是作為上面層的磨耗層，以提高路面的防水性、耐磨性。但加鋪罩面后，為確保路側(cè)護欄立柱埋深需增加土路肩高度，加高后的土路肩與硬路肩融合，導(dǎo)致層間水難以順暢排出，增加了層間水的積聚，加劇了水損的程度。

為驗證該文的分析結(jié)論，該工程對現(xiàn)場病害集中部分路段進行刻槽，即用切割機在路面上沿縱向切槽，槽深15 cm，寬5 cm，用鏟子清理干凈槽內(nèi)混合料，觀察槽壁、槽底情況。槽內(nèi)可觀測到較多水從層間滲出，局部形成小水流，說明層間存在大量積水，與該文分析結(jié)論一致。

3.2 病害處治

根據(jù)分析可知，該公路SMA-13罩面性能受到層間水影響，因此，需采取針對性病害處治措施。

（1）病害處治的原理和方法：為消除層間水的通道，防止水損擴展，在病害集中路段每隔15 m刻槽，刻槽尺寸為20×5 cm，從硬路肩延伸至土路肩，進行回填?，F(xiàn)場試驗檢測顯示刻槽回填后，路面病害得到有效控制，沒有出現(xiàn)新水損現(xiàn)象，說明該方法可行。

（2）病害處治的補充措施：為進一步提高SMA-13罩面的抗水損害能力，還需采取以下補充措施。1）增加罩面的設(shè)計厚度，確保不小于3.5倍的公稱最大粒徑，以形成有效阻水層，防止雨水滲透；2）多雨高溫地區(qū)需做好層間水處理，硬路肩部位可采用回鋪碎石法增加層間嵌合作用；3）在橫坡較小位置刻槽，以排除層間水；4）土路肩采用混凝土加高時，需預(yù)留明溝，以利于層間水排放。

4 結(jié)語

綜上所述，該文以某高速公路路面養(yǎng)護項目為例，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)綜合分析了該公路路面加鋪SMA-13罩面產(chǎn)生的早期水損病害成因及處治方式，主要結(jié)論如下：

（1）分析了某高速公路SMA-13罩面的早期水損病害成因為層間水的積聚，進而導(dǎo)致了瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降，路面結(jié)構(gòu)層的嵌合不良。

（2）提出了刻槽回填的病害處治方法，通過現(xiàn)場實踐驗證了其可行性，同時提出其他補充措施，用以提高SMA-13罩面的抗水損害能力。

（3）該文的研究成果可為濕熱區(qū)域的高速公路瀝青路面加鋪SMA-13罩面處治施工提供參考，也可為其他類型的瀝青路面的水損病害的分析處治提供思路。

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收稿日期：2024-02-05

作者簡介：熊陳晨（1990—），男，本科，工程師，主要從事公路工程施工工作。