探讨如何加强高速公路沥青路面水损害的控制

郝利华

【摘 要】本文分析了沥青路面设计、施工原因、土基和基层原因，确定超载车辆及水损害是我国高速公路沥青路面产生破坏的重要因素之一，并给出了相应的解决措施。为高速公路沥青路面水损害防治提供一定的理论基础。

【关键词】高速公路；水损害；优化路面结构

近几年来，随着高速沥青路面广泛使用，路面都出现了不同程度的早期破坏现象。通过调查发现，沥青路面的早期破坏或多或少，或直接或间接的都与水有关，即水的破坏是关键因素之一。因此，对高速公路沥青路面水损害进行研究具有重要的现实意义。

一、沥青路面水损害分析水对沥青路面的破坏主要体现在以下两上方面

（一）水对沥青路面材料的侵蚀作用

沥青混合料在水作用下，沥青与集料之间的粘附性能和粘结强度受到影响。这是因为一方面水介入沥青与集料的接触面之间，使“结构沥青膜”联结作用降低，从而导致沥青薄膜过早剥落；另一方面水浸入沥青混合料中，使其软化而导致强度、劲度减小。这就产生了所谓的沥青混合料水稳定性问题。加上国产石油沥青的性能本来就差，沥青与集料之间的粘附性能差、粘结强度低，沥青路面易发生早期破坏，严重影响了路面的使用。正是由于水的存在，再综合其它因素，如行车荷载、气温变化等共同作用，致使沥青路面在使用过程中处于一种恶性循环的状态。

1.沥青路面水损害类型。沥青路面水损害按照水对路面损害的部位可以分为：路表水对路面的损害和进入路面结构内的水对路面的损害。其中，路表水对路面的损害主要是使表面层产生坑洞；进入路面结构内的水对路面的破坏可分为以下几类：（1）降低路面材料和路基土的强度；（2）长时间的浸水作用易造成沥青混合料中沥青与石料的剥落；（3）造成路面裂缝处卿泥和路肩的损坏；（4）在动荷载作用下形成很高的动水压力，卿泥处极易造成局部承载能力的大幅度下降；（5）渗入在路面结构中的水可能在降温冰冻过程中，造成路面冻胀破坏。

2.沥青路面水损害原因。沥青路面产生水损害是多方面的，比如设计、施工原因、土基和基层原因、超载车辆原因等。（1）设计、施工原因：高等级公路的建设速度突飞猛进，给设计和施工周期提出了严峻考验。近年来工程项目一旦立项就对设计周期提出了严格的“时限要求”，致使在勘测设计过程中外业调查不够深入、细致。如有些项目采用“边设计、边施工、边变更”的方法。近些年技术人员流动也相对频繁，且有些设计人员缺乏新技术、新工艺的学习培训和应具备的设计经验与工程实践经验，设计单位在完工后工程回访很不够，以致设计很难完全达到从实际出发、因地制宜的目的，施工单位的管理人员也缺乏高速公路工程实施的管理经验，监理人员素质低下，有些责任心差的监理人员还利用职务之便谋取私利，与施工单位勾结来应付业主及监督部门的检查事件时有发生，监理人员编造假数据、假资料已习以为常，这就给一些整体素质差的施工单位提供了可乘之机，为工程质量的控制埋下了隐患。（2）土基和基层原因：为防止路基出现剪切破坏或过量塑性变形而使路面结构损坏，要求土基必须稳定和密实有路够承受基层传下来的应力的能力。对于一般柔性路面而言，50%—70%以上的弯沉由路基提供。另据有关专家计算表明，当土基模量增大20%，其效果相当于基层模量增大1005，所以为了减少路表弯沉，以提高土基模量为宜，由此可知，保证土基的压实的重要性。然而，目前有些施工单位却不重视土基的压实质量，导致结构层沉降，沥青面层产生不规则裂缝。基层的结合料偏少，混合料拌合不均匀，基层存在夹层，基层失养干裂，基层刚度不足，未形成早期强度过早铺筑油面等都将影响基层的抗压、抗拉强度和刚度，面层将产生剪切破坏和弯拉破坏，从而导致沥青混凝土面层出现波浪、拥包、网裂等病害。这也是造成水损害现象发生的原因之一。（3）超载车辆的原因：通过对沥青路面水损害破坏区域的调查发现，沥青路面水损害破坏均发生在高速公路重车方向行车道上，不难看出：沥青路面水损害破坏与车轮荷载的作用有关，汽车轮胎对面的挤压搓揉以及轮胎与路面间的真空吸附，加速了沥青膜从集料颗粒表面剥离的过程，使自由沥青迁移到路表面，引起路表面泛油、松散、波浪、 推移变移。近年业，交通流量逐年增大，受政策、管理部门利益等诸多因素的影响，超载车辆迅速增多，对路面产生剪切破坏日益加重造成路面大面积松散、网裂、波浪、拥包等病害，从黄河车作用一次相当于标准车作用10.43次的破坏 作用的理论中可看出超载车辆的危害。

（二）路面层内滞水压力对沥青混合料的剥蚀作用

在路面设计和施工过程中，人们比较重视路界地表排水，采取的措施也很多。但是降落在路表的雨水或多或少会有一部分进入到路面结构内。长期以来，人们将因水引起的路面结构破坏归因于地下水的浸入。虽然地下水是问题的一个方面，但高路堤道路也经常存在结构早期损坏的事实，这使人们将目光转向路表渗入水的研究，并且意识到限制或排除进入路面结构内渗入水的重要性。

二、沥青路面水损害的防治措施我国的路面结构设计习惯上不考虑路面内部排水，也不考虑防止水损害基层。往往造成水能进去出不来，任其在路面结构层内发挥破坏作用。因此，必须从设计和施工两方面考虑采取多种措施，才能基本解决路面的早期水破坏，使水破坏现象降到最少。

（一）沥青面层的各层都用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土

工程实践表明，沥青面层结构中只设一层密实式I型沥青混凝土或仅设一层沥青砂来防水破坏是远远不够的。实际情况是沥青面层中的哪一层空气率大，一旦水进去，那一层就会产生水破坏。某高速公路沥青面层中的表层和中层都是密实I型沥青混凝土，但底面层是空气率较大的II型沥青混凝土，开放交通后不久，在某些路使沥青混凝土的强度显著减弱。虽然初期沥青面层没有产生其他明显的水破坏现象，但随着开放交通时间增长，路面逐渐产生网裂变形。因此，不管沥青面层是一层、二层还是三层，各层都应该采用密实型I型沥青混凝土，但专门设计的排水层不包括在内。抗滑表层也应该是空气率不大于4%的密实式沥青混凝土，用密实式沥青混凝土来减少表面水透入面层结构。

（二）提高沥青与矿料的粘结力要求

水一旦进入沥青混合料中，在快速重载车辆作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青的剥落，改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。因此，建议对用做中面层和底面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级；对于用做表面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。

（三）加强设计、施工管理。加强设计、施工管理，采用相应的防治措施。比如：沥青面层的各层都用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土、提高沥青与矿料的粘结力要求和提高压实指标，使水损害现象降到最少。（1）沥青面层的各层都用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土：工程实践表明，沥青面层结构中只设一层密实式I型沥青混凝土或仅设一层沥青砂来防水破坏是远远不够的。实际情况是沥青面层中的哪一层空气率大，一旦水进去，那一层就会产生水破坏，因此，不管沥青面层是一层、二层还是三层，各层都应该采用密实型I型沥青混凝土，但专门设计的排水层不包括在内。抗滑一有层也应该是空气率不大于5%的密实式沥青混凝土，用密实式沥青混凝土来减少表面水透入面层结构。（2）提高沥青与矿料的粘结力要求：水一旦进入沥青混合料中，在快速重载车辆作用下容易产生沥青剥落现象。为了减轻沥青的剥落，改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。因此，建议对用做中面层和底面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级；对于用做表面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。对于用做表面层的沥青混凝土，通常要求用既耐磨又增高磨光值的硬质岩石料。（3）提高压实度指标：沥青混凝土的压实度对沥青混凝土的物理力学性质有着至关重要的影响。为了尽可能提高沥青混凝土面层的不透水性，完全有必提高沥青面层的压实度。资料表明，表面层的压实度为不小于98%，中面层和底面层不小于97%时，现场空气率约为6%和7%，此时的面层的透水性就会大大减小。

（四）加强交通管理。近年来各级交通部门已经认识到超载超限车辆对公路使用寿命的严重威胁，相应地采取一系列措施进行超载超限车辆的治理，但在短时间内从源头上解决超载车辆问题是确实是不可能的。靠短期行为改变其现状是不现实的，治超的关键就在于立法和长效的治超措施与理念，同时也需要全社会共同努力才能得以解决。

（五）优化路面结构排水设计。沥青路面应设计良好的排水系统，使路面水很快排除，做好各层排水，防止分从基层、垫层进入混合料中，使面层高出地下水位足够高度，确保路基稳定。排水设计主要考虑是路表排水、中央分隔带排水和路面结构层内部排水及边缘排水。

高速公路沥青路面水损害的产生原因很多，防治相当困难。我国对路面水损害的研究还比较落后，更应该努力借鉴国外先进经验，认真找出沥青路面水损害的确切原因，因地制宜地采取处治措施。