浅析冰雪灾害对福建某高速沥青路面使用性能影响

2018-07-04吴建超

福建交通科技 2018年3期

■吴建超

（福州隆通公路工程监理有限公司，福州 350007）

近年来，随着我国低温雨雪极端气候的频繁出现，福建山区北部普降雨夹雪已成为常态，若低温持续时间长，道路往往会形成冰层，对行车安全构成威胁，导致高速公路大面积瘫痪，对人民群众生产、出行造成较大影响。为迅速开放交通，保障车辆行车安全，公路养护人员一般采取大量抛洒融雪剂（主要成分为NaCl），以达到快速除冰作用。从冰冻灾害发生后高速公路历年路面病害的综合检测数据来看，沥青路面裂缝、坑槽、松散及修补（灌缝类修补及坑槽修补）等病害数量较冰冻灾害前明显增加，这些病害的产生一定程度上影响了原路面使用性能的衰减规律，但是其对路面使用性能各分项指标影响的程度尚未清楚。因此，本文以福建某高速公路的历年路面综合检测数据为依托，通过现场探坑、取芯，结合室内沥青粘附性实验，分析冰雪灾害对沥青路面使用性能影响，为高速公路灾后科学制定养护决策提供依据。

1 工程概况

福建某高速公路全长24.021km，设计行车速度为80km/h，采用双向四车道，路面类型为沥青混凝土（原始路面结构及养护结构信息见表1），是福建连接江西，通向湖北、陕西、甘肃、宁夏的重要交通干道。

表1 福建某高速公路路面结构信息

图1 冰雪灾后路面损坏现场图片

该段高速公路位于闽赣省际路段，属福建山区北部，具有以丘陵山地为主的低山区地貌特征。年平均气温18～20℃，7月最热，最高温度为 38℃；1月最冷，最低气温为-3℃。冬季夜间气温较低，常在-1℃至-3℃之间，导致部分路段经常出现积雪结冰现象。

2 路面技术状况现场调查与分析

近年来，由于福建北部山区频繁出现低温雨雪极端天气，冬季期间气温较低，路面常有结冰现象，夏季期间路面温度则较高，年最高气温与最低气温之间温差可相差40℃左右。路表温差的拉大，经长时间反复的温度变化作用后，路面集中出现多种病害，如裂缝、坑槽、松散、反复修补等，通过对该路段上下行车道重点受灾路段路面病害进行调查统计，病害情况如图1所示，病害数量统计见表 2。

表2 福建某高速冰冻灾后重点段落沥青路面主要病害调查数量汇总表

从表2可知，路面百米PCI值绝大部分评价为“中”，个别路段已下降至“次”，甚至是“差”，现场路面破损较为严重。公路养护人员在路面病害出现后也积极开展道路养护工作，期间对全线路面表层加铺1cm的微表处，并对个别损坏较严重的路段进行铣刨重铺，但路面病害并未因此停滞发展。本文结合历年路面检测数据，对导致路面技术状况急剧下降的原因，具体分析如下：

（1）沥青老化是导致路面开裂的主要因素，初步判断抛洒融雪剂除冰后，形成的氯盐溶液对沥青路面的长期作用，是导致沥青老化的重要原因。由于在每年的除冰过程中，公路管理方须抛撒大量融雪剂，以快速融冰，保障车辆通行，而融雪剂中的最主要成分——盐，溶于水后形成氯盐溶液，初步判断氯离子对沥青具有一定的腐蚀作用，会加速沥青的老化。待路表面沥青老化后，沥青混和料的自愈能力逐渐丧失，极限拉伸应变不断减小，在车载荷载直接作用下，在轮迹部位产生强大的拉应力或剪应力，导致路面开裂程度进一步加强，最终在路表处形成大量裂缝。

（2）冰冻灾害除持续低温外，路面冰层的反复冻融也是路面损坏的原因之一。路面冰层在融雪剂的作用下快速融化为水，但由于低温作用又重新凝结成冰，处于一种反复冻融状态。沥青混合料空隙中的水，在冰冻时体积膨胀，而在融化时膨胀应力又消失，在这种反复冻融作用下，混合料的强度必然衰减。同时，冰灾期间的持续低温，使得半刚性基层收缩应力变大，造成基层更多裂缝的形成，而这些裂缝在冰灾过后的1～2年内便会集中反射到路面，形成反射裂缝。

（3）在历年几次的路况调查中，裂缝类病害数量均呈快速发展势态，伴随裂缝的快速发展，路面局部开始出现坑槽。虽然管理方及时采取灌缝封水处理的养护方式，但无法较好的完全封闭缝隙，因此裂缝得以继续发展，下渗的路表水在车辆动载的作用下对路面造成更大破坏，严重影响路面使用性能和寿命。

（4）动载和内部水的共同作用是加速路面破坏的主因，在现场局部段落发现个别裂缝和修补处有唧浆现象，说明病害已扩展至水稳层进行破坏。因此，在路面的日常养护方面，对于路面上裂缝、松散、坑槽类等病害要及时发现、有效封堵、合理治愈，防止加剧加速路面的早期损坏。

（5）部分段落坑槽存在反复修补现象，是由于基层的层间水无及时排出，在汽车荷载直接作用下，对沥青路面造成冲刷破坏，导致该沥青面层在修复以后，很快又遭到水冲刷破坏，形成循环反复修补。同时，由于坑槽的修补都是小面积，往往造成碾压不充分，压实度不足，以及修补块周边接缝的不够密实，水分极易再次进入修补块内，在车辆的碾压下形成动水压力，导致坑槽修复不久后又复发。

3 路面探坑、取芯分析

为判断路面损坏情况，对路面较典型病害处进行多处探坑、取芯（见图2），并作了原因分析：

（1）结合现场取芯和挖坑探方来看，部分裂缝类病害为温缩裂缝，裂缝仅存在于上、中面层表面。据近几年气候数据资料显示，冬季期间气温较低，路面常有结冰现象，夏季期间路面温度则较高，年最高气温与最低气温之间温差可相差40℃左右，路表温差的拉大，经长时间反复的温度变化作用，以及行车荷载直接作用下，在轮迹带部位产生大的拉应力或剪应力，导致路面产生开裂，形成大量的裂缝类病害。同时冲刷也对沥青面层造成较大破坏，导致沥青老化，造成混合料自愈能力下降，上、中面层混合料呈碎散且潮湿，石料表面无沥青包裹，沥青粘结力差。

图2 路面探坑、取芯现场图片

（2）路面病害位置基本都能取出完整芯样，但芯样层间粘结力均较差，同时基底大部分都有积水现象，芯样及孔壁处均可见水冲刷损坏痕迹；在横向裂缝密集段落横缝处取芯，芯样沿裂缝处开裂，且各层间均分离，芯样完全碎散。对碎散的部位进行观察，断裂面都有明显水冲刷的痕迹，石料裸露，表面无沥青裹附。原本应该包裹在石料表面的沥青已老化，粘结力变差，失去粘弹性，而造成沥青混凝土结构松散。

4 融雪剂作用下沥青粘附性试验

由于沥青材料是一种复杂的多成分混合物，其组成相当复杂，氯离子对沥青胶结料的影响仍处于研究阶段。但可以肯定的是氯离子对石灰岩等骨料是具有侵蚀作用的，尤其当沥青从矿料表面剥落后，矿料露出与氯盐溶液直接作用而受蚀。现通过水煮法对标准试样进行沥青粘附性试验，对两组水煮后的粘附性进行评价对比，可以看出有添加融雪剂溶液的试样，粘附性明显劣于不添加的试样，粘附性等级从5级下降到3级，甚至是2级，说明融雪剂对沥青混合料的抗剥落性能有较大的不利影响。冰冻天气下为了快速除冰采取抛洒融雪剂，导致氯盐溶液渗入路面结构，经车辆动载的反复挤压，对沥青混合料造成冲蚀，一定程度上削弱了沥青的粘附性能，导致了路面快速出现裂缝，并最终形成松散、坑槽。