沥青路面初期损坏分析

王春茶

(福建船政交通职业学院，福建 福州 350007)

沥青路面初期损坏分析

王春茶

(福建船政交通职业学院，福建 福州 350007)

以福建省福州市城市道路的沥青路面为例，通过钻取产生初期损坏的沥青路面芯样，分析沥青混合料、路面结构、施工、荷载和环境等5个方面因素对沥青路面初期损坏的影响。阐明沥青路面初期损坏是由多个方面因素共同作用的结果，任何一个单方面因素都不能成为沥青路面初期损坏的决定因素。想要避免沥青路面初期损坏，必须全面分析，并制定切实可行的技术对策。

沥青路面；初期损坏；因素；5面图

0 引言

由于我国多年来经济的持续快速增长，交通量的增速很快，许多城市出现了越来越严重的交通拥堵。各地大力进行道路建设对于解决交通拥堵问题取得良好效果。新建及改扩建的城市道路基本为沥青路面；旧城市道路若为水泥路面，在遭损坏后也基本上改建为沥青路面，由此，沥青路面的初期损坏问题也越来越受到人们的重视。

目前道路从业人员对沥青路面的损坏原因从不同方面进行了长期的研究。通常将沥青路面损坏分成初期损坏、早期损坏、正常损坏三个阶段。(见表1)。

初期损坏是当前沥青路面出现损坏的主要问题。初期损坏问题解决之后，早期损坏问题才会出现。[1]

1 沥青路面损坏实例

1.1 福州市南三环城市道路的沥青路面

福州市南三环城市道路设计车速80km/h，双向6车道。沥青道路结构层采用45cm半刚性基层，面层结构为4cmSMA16型表面层+5 cmLH25型中面层+6cmLH35型底面层；采用石灰岩和砂岩作为集料，使用进口优质沥青，沥青型号是SHELL70及ESS070，表面SMA采用的是SBS改性沥青。

通车仅2年，沥青路面就出现初期损坏。损坏的主要类型是新型泛油、沉陷、坑洞、车辙和内部松散现象(图1-6)。在现场调查中，对轮迹带以及轮迹带间表现正常处都钻取了芯样。

图1 斑状泛油 图2 内部松散

图3 翻浆 图4 沉陷

图5 车辙 图6 路面坑洞

结果发现，沥青路面状况正常处路面各结构层的沥青含量与其设计值基本相同，在泛油处沥青路面表面层的沥青含量偏高而中面层的沥青含量偏低。因为提取的所有芯样都是在同一车道上，路面混合料用油量应该是相同的，所以路面各结构层沥青含量的变化必定与初期损坏有关。

经试验检测，不管沥青面层是损坏处还是正常处，它的空隙率都会高于设计值。损坏路段表面层的空隙率约为8.5%，大于4.3%的设计空隙率。正常路段的空隙率约为6.2%，也比设计值高。中下面层出现的情况也基本相似，检测出的空隙率接近设计值的2倍。沥青面层材料为SMA,其空隙率也超限。欠压实或者级配变异可能是造成空隙率偏大的最主要原因。试验检测结果表明，需要进一步提高当前道路设计及施工水平。

根据沥青路面芯样厚度可知，路面施工中控制路面各结构层的厚度不够准确，而且厚薄不均匀，有很大差异性。根据沥青路面芯样厚度标准差，要求越靠近沥青道路表面结构层厚度控制应越准确。然而沥青道路施工顺序是由下而上，若基层顶面标高有误差一般靠沥青路面底面层来调整，从而会造成底面层厚度很不均匀。

1.2 福州市仓山区金洲南路的沥青路面

福州市仓山区金洲南路是一条半封闭的城市道路，双向6车道，是连接福州南二环城市快速路与南三环城市快速路的主要通道。沥青道路结构层采用45cm半刚性基层+15cm沥青面层，面层结构为LK0型级配表面层+LH25型级配中面层+ LH35型级配底面层，道路集料与福州市南三环快速路的沥青道路相同。另外，沥青路面表面层还添加了抗剥落剂(0.4%的BAIII型)。

仓山区金洲南路通车2年半左右,有少量贯穿道路的裂缝(贯穿中央绿化带和路肩)，靠两边外侧车道轮迹带上有少量油斑。

金洲南路沥青路面芯样试验结果显示，损坏处情况与南三环沥青路面损坏原因很相似。金洲南路沥青路面芯样的空隙率都大于正常处，且均高于路面的设计值；路面各层次的厚度差异性很大；中面层沥青含量在减少，而表面层沥青含量在增加。

1.3 沥青路面芯样试验结果分析

沥青道路建设除了要重点关注沥青混合料设计外，另一个要关注沥青路面的空隙率，路面压实是影响其空隙率的最主要因素。

我国沥青路面规范规定的沥青路面压实度为96%，在沥青路面刚建成时预留了约4%的空隙率，由后面道路交通行车荷载来继续压实。由沥青路面芯样试验结果可知，沥青路面空隙率在路面建成通车两年多以后仍然高出设计值很多，未达到设计压实度。

其原因可能有两个：其一是沥青路面竣工时的空隙率仍太高，其二是道路交通行车荷载的压实效果不理想。芯样试验结果表明，相当一部分沥青路面损坏处的空隙率即便再减去交通压实预留的4%，仍然高出设计值(如福州市南三环城市道路部分沥青路面的表面层)，表明在路面施工过程中存在压实不够的现象。

将发生内部松散的几个沥青路面芯样从深度方向的中间锯成上下两层，并分别进行试样抽提试验。结果表明，上层的沥青含量明显高于下层的沥青含量，这是由于沥青迁移产生油斑型泛油造成的。

2 沥青路面初期损坏原因分析

2.1 混合料因素

我们设计沥青路面混合料时都能满足规范要求，但因沥青路面离析可能导致路面混合料与设计要求不一样。

另外，目前混合料设计时比较重视马歇尔指标的检验，对其他因素不够重视。我们不应把马歇尔指标检验看作沥青混合料设计的全部内容，应把沥青混合料设计作为整个沥青路面结构设计的一部分进行完整、系统地考虑。

2.1.1 空隙率

国内外相关专家和工程从业人员很重视沥青路面的空隙率大小。空隙率能否符合要求对沥青路面出现初期损坏有着重要影响。

因为实测沥青路面芯样的空隙率均大于设计要求，容易引起沥青路面的初期损坏，所以延迟或者消除沥青路面初期损坏的一个很重要方法是减小空隙率。

减小空隙率可以采用提高压实度的方法，然而提高压实度常常会增加压实功，容易将沥青集料压碎，对沥青路面可能造成更大损害。

轮胎压路机压实路面原理是采用揉搓和剪切作用，若不增加压实功，用其压实路面压实度可以提高1-2个百分点，而且路面空隙率均匀性较好。

沥青混合料空隙率减小会降低路面透水性，提高路面强度及耐久性，减小雨水渗入路面并滞留里面，避免产生沥青在混合料中迁移。

通常认为路面通车后在行车作用下进行第二次压实(施工过程中为第一次压实)，最终达到理想的压实度。因目前工程采用优质的沥青和集料，通车后通过车辆二次压实的可能性很小(特别是中面层和下面层)。而且城市重交通沥青路面若通过二次压实提高路面压实度，容易产生车辙损坏。

经试验检测，沥青路面在竣工后，其空隙率约为8%。沥青混合料内部8%左右空隙率会造成其强度大约为室内设计值的60%。对交通量大的沥青路面，压实度标准不能采用96%或97%，应尽量等于或接近马歇尔压实度标准的100%，使沥青路面混合料结构的强度符合设计标准要求。

2.1.2 均匀性

道路从业人员是以假定均匀的沥青混合料为条件进行路面设计施工的，实际上沥青混合料常出现离析等不均匀性问题。我们不能将混合料的离析认为只属于施工问题，有时靠施工技术不能完全保证沥青混合料的均匀性，应尽量从路面设计上去解决。

离析与混合料的最大粒径有关，其最大粒径越大，离析的可能性就越大，离析现象也就越严重。因此提高路面均匀性可以考虑减小沥青混合料的最大粒径。以前道路从业人员曾采用较大的粒径方法试图减少沥青路面车辙损坏，但效果并不好，反而使路面均匀性变得很差。沥青路面设计时合理地选用混合料的最大粒径能有效减少沥青混合料的离析现象。减少沥青混合料离析的另一重要方法是减小沥青路面施工时每次摊铺宽度。

导致当前沥青路面出现初期损坏很重要的原因是沥青混合料均匀性问题，应在沥青路面质量评价标准中对均匀性进行相关规定。

2.1.3 级配

长期以来我国道路从业人员研究沥青路面材料另一个很重要的内容是沥青混合料级配设计。虽然道路工作者建议采用性能优良的试验室级配，但路面施工中沥青混合料的实际级配与试验室级配不可能一致。当前施工企业对城市沥青路面施工通常采用就近取材，因此无法保证其稳定性和一致性。这种现象不是因为拌和沥青混合料时控制不严格，而是原材料有很大差异性所导致。[2]

2.1.4 沥青集料粘附性

在车辆高速行驶作用下，雨水可能渗入沥青路面并滞留路面结构层中，经有压空隙水反复作用沥青集料的粘附性不足以确保沥青集料不剥落。因此保证沥青集料粘附性的重要措施是尽量避免雨水渗入并且滞留在路面结构层内部。

2.1.5 强度

沥青路面的空隙率过大会导致其强度降低，尤其是产生沥青路面内部松散后，其抗剪强度会进一步降低，从而造成沥青路面的初期损坏。另外对于超载现象比较严重的沥青路面，应严格控制沥青混合料强度，特别是要控制其抗剪切强度的降低。

将上述5个方面的因素绘制成沥青混合料5面图(见图7)。5面图表达了对沥青混合料的全面综合要求。必须从设计、施工和原材料等各方面去研究，才能尽量避免沥青路面初期损坏。

图7 沥青混合料的5面图

在5面图中，虽然将均匀性与其他4个指标置于同等重要的地位，以强调均匀性对沥青路面初期损坏的作用，但是沥青混合料的均匀性实际上更重要，它不仅决定了空隙率，也决定了强度。因此，均匀性和粘附性在5个指标中是最重要的指标。对于相同的沥青混合料，一般控制了均匀性和粘附性，也就基本上控制了其他3个指标。另外空隙率也在相当程度上决定了沥青混合料强度和耐久性。

2.2 结构

因受到以往低等级道路设计习惯的影响，路面设计常采用比较薄的沥青面层和较厚的基层。不同的路面结构层组合，使得路面各结构层的受力有很大不同，研究相关指标的重点也经常放在路面弯沉及结构层底面的弯拉应力上。

对于重交通量的沥青路面，应确保沥青结构层厚度满足相关规范要求，使其与基层形成整体而保持长期共同发挥作用，以保证路面的长期使用而不会过早损坏。

当前使用的半刚性基层，很大程度提高了路面结构的抗变形能力。随着城市交通量的增加和道路等级的提高，人们不断改进半刚性基层质量，使基层模量增大，沥青路面弯沉变小。根据当前的规范，弯沉小，路面的强度就高。

试验分析表明，较大的基层模量可以有效减小路面弯沉和面层底面的弯拉应力，但也同时增加了路面面层内的剪切应力。然而我们不能只简单地认为路面弯沉小其抗力就大。若面层空隙率太大会降低沥青路面强度，也会增大面层产生剪切疲劳破坏的可能性。

经试验分析表明，路面面层内的最大剪应力通常产生于上面层的底面，该处也最容易因沥青迁移而产生沥青路面内部松散。沥青迁移会造成该处沥青混合料抗剪强度降低，当抗剪强度低于荷载产生的剪应力时会发生剪切破坏，可能进一步发展成内部松散甚至表面开裂，更严重的会产生坑洞初期损坏。

目前沥青路面设计规范采用多指标的设计方法，但选取多个指标时不够合理，有些是重复的，参数间的相容性、一致性不够合理，沥青路面弯沉指标是起主要控制作用的指标。

只靠弯沉指标没办法从理论上指导路面结构组合设计。因参数取值很复杂，整体性结构层底面的弯拉应力指标不能优化结构组合设计。无限制增加基层模量会增大上面层剪应力，从而增加了路面产生车辙损坏的可能性。

按规范设计沥青路面能有效地控制沥青路面结构的整体抗力。当沥青路面结构的整体抗力不再是产生初期损坏的主要原因时，设计方法不能有效控制路面使用性能及局部抗力的缺陷就变得更为突出了。这就是结构强度、材料质量和施工质量都很占优的城市道路沥青路面比普通沥青路面初期损坏反而更为严重的原因。因此应充分考虑沥青路面的特点，准确全面地理解沥青路面结构，并按沥青路面性能指标分析和设计路面。

2.3 施工

沥青混合料摊铺方法对沥青路面质量会产生很大影响。沥青混合料摊铺得太宽、太快很可能造成沥青混合料产生离析。

因沥青路面的面层厚度较薄，摊铺层数较多容易造成沥青路面难以压实，空隙率较大，为雨水渗入路面并滞留提供空间。所以，在沥青路面设计时就应该科学合理地考虑施工过程的各种问题，尽可能消除产生路面初期损坏的可能性，避免产生沥青路面初期损坏。目前已经生产出双层摊铺机械，可以有效减轻沥青路面初期损坏的危害。

通常我们只重视施工机械配置，而不重视沥青路面施工组织。人们一般会认为沥青路面初期损坏的主要原因是车辆超载，实际上，沥青路面施工过程中也普遍存在工程施工车辆的超载问题，因为沥青路面结构层还未最终形成，承载能力欠缺，其产生的危害性更大。另外在竣工交工验收的沥青路面中也可能隐含大量的微裂纹。因此，必须认真做好沥青路面施工组织设计，严禁施工车辆超载。

2.4 荷载因素

产生沥青路面初期损坏的另一重要原因是荷载因素。在沥青路面交通繁重的车道上，常出现严重初期损坏；而沥青路面荷载很轻的路段，虽然车速较快，路面内空隙率也较大，但出现初期损坏现象要少很多，有的路段几乎没有出现。这种情况表明，滞留在沥青路面中的水所受挤压力很小，不能在短期内造成沥青集料产生裂缝剥落。

沥青路面基层模量越高，其面层内的剪切应力越大。由于沥青路面的半刚性基层的模量很大，会造成路面内很大的剪切应力。在车辆荷载的重复作用下，沥青混合料会产生剪切疲劳，当同时发生沥青迁移时，很容易发生沥青路面剪切疲劳破坏。其初期损坏外在表现之一是沥青混合料内部松散。

因此，我们不仅应充分重视超载车辆，也不能忽视那些欠载的重型车辆。因为当车辆欠载时，轮胎与路面接触的压力呈凸形分布，所以虽是车辆欠载，但其所产生的最大剪切应力有可能接近或大于标准荷载。

2.5 环境因素

与其他几个因素相比，环境因素在造成沥青路面初期损坏方面也具有相当重要的影响。

(1)高温天气很大程度地降低了沥青混合料的抗力。

(2)在车辆行车荷载特别是重车的作用下，沥青路面表面的雨水渗入路面并滞留其中，形成空隙水，空隙水变成了有压水，有压水反复作用侵蚀沥青路面，导致沥青路面的剥落和沥青迁移，从而使沥青路面的工作状况恶化，发生初期损坏。避免路面初期损坏的两个重要方法是增强沥青混合料对周围环境因素的抗力及改善路面中各结构层的工作环境。

(3)虽然在沥青路面设计时，路拱横坡已满足设计要求，但由于沉降，路面横坡会变小，甚至有可能产生平坡或者倒坡现象；还有城市沥青道路上的路缘石，有时也会阻碍快速排除路面水；另外，沥青道路中央分隔带的渗漏，也会对路面结构造成很不利的影响。这些都是造成路面初期损坏的重要因素。

3 结语

综上所述，沥青路面初期损坏是沥青混合料、材料结构、施工、荷载和环境等因素综合作用的结果，任何一个单方面因素都不能成为决定因素。要想避免沥青路面产生初期损坏，应全面分析，并制定相应的技术对策。

[1]王春茶. 高等级重交通沥青路面损坏力学分析[J].长春工程学院学报：自然科学版，2013(2)：9-13.

[2]马海龙,谢明达. 沥青路面病害及其影响因素[J].黑龙江交通科技，2012(7)：17-21.

责任编辑：尚尔辉

Analysis of Initial Damage of Bituminous Pavement

WANG Chun-cha

(Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350007, China)

Take the Fujian Province Fuzhou urban road bituminous pavement as an example, through drilling the initial period damage bituminous pavement core type, thoroughly analyzed five influence aspect factors of the bituminous mixture, the pavement structure, the construction, the load and the environmental factor to the bituminous pavement initial period damage. It is considerded that the bituminous pavement initial period damage is a result which affects together by many aspect factor, any factor itself cannot become the determining factor to bituminous pavement initial period damage unilaterally. To avoid the bituminous pavement initial period damage, we must analyze comprehensively, and formulates the truly feasible technical countermeasure.

Bituminous pavement; Initial period damage; Five factors; Five charts

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.04.012

2017-05-30

福建省教育厅科研项目(B类科技)“福建省高等级重交通沥青路面损坏机理研究”(JB12365)。

王春茶(1973—)，男，福建永春人，硕士，副教授，工程师。研究方向：道路与桥梁工程。

U416.217

A

1674-6341(2017)04-0034-04