浅谈道路水损害成因分析

2018-10-26汪笑璇

建材与装饰 2018年42期

汪笑璇

（上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司广东广州 510405）

引言

水泥混凝土道路建设和运营中，伴随出各种病害现象，造成这些病害的原因有很多，其中一个重要的原因是水损害，把水进入道路结构层后产生的破坏现象，称为道路水损坏。重视水的存在和来源，认识道路水损坏的实质，以保障在道路设计、施工和养护阶段中，选择更有效的防治措施，延长道路使用寿命，提高道路的服务水平。在此结合作者的从业经验，浅谈分析道路水损害中水的来源及其水损坏的原因。

1 道路内部水的来源及迁移动力

研究水损害关键在于了解道路内部水分的来源及水分迁移驱动力。水分的来源大致可以分成以下几种[1]：

（1）地表水，地表水主要有大气降水、冰雪融化和人为作用（刹车冷却水等），地面水进入道面结构层的途径（通道）有：①水泥混凝土路面接缝填缝料，道面接缝一般采用嵌缝料密封，在使用中填缝材料经受热压冷拉，易疲劳老化，出现裂缝和脱落开裂等现象，形成渗水通道。②路面和路基裂缝，路基裂隙形成原因主要是路基不均匀沉降和路面裂缝的延续发展。路面裂缝其形成原因复杂，一种是路基裂缝反射到路面上，一种是路面初凝过程中，因材料配合比不合适、施工不当、基层对路面约束力及基层顶面裂缝等影响，产生微裂缝，在使用期间受静荷载、动荷载及温度应力的反复作用下，逐渐产生、扩大和聚集混凝土微裂缝，最终众多的微裂缝贯通成宏观裂缝。③路面边缘，浸湿道路两侧的临空面，水分通过毛细和渗透作用向道路内扩展，进入路基路面结构内部。④面层孔隙，特别是沥青混凝土面层本身存在的空隙。

（2）地下水。地下水在迁移动力作用下上升进入道路结构层中，根据地下水的形态，可将地下水分为气态水、液态水和固态水，其中液态水又可根据与土粒的吸附程度分为结晶水、吸着水（强结合水）、薄膜水（弱结合水）、非结合水（毛细水和重力水）；结晶水和强结合水由于受土颗粒表面的吸引较大，类似固态水，在外部因素影响下很难发生迁移。地下水迁移的主要是液态水（弱结合水和非结合水）和气态水。

水分迁移驱动力主要有渗流作用、毛细作用、重力作用和温差作用等，不同驱动力对水分迁移的影响程度与道路所在地域、道路相对高度、透水性等结构特性有关。

（1）渗流力作用。主要分为垂直渗流力和侧向渗流力。地表水主要是在垂直渗透力作用下，通过接缝填缝料、路面裂缝和路面边缘等进入道路结构层；道路两侧的高水位地下水主要是在侧向渗透力作用下向路面结构层中渗流。渗流现象主要发生在山岭重丘区的挖方地段、地下水位较高的路段、路表排水沟较浅或排水不畅的地方，道路纵坡平缓或零坡处、位于江河附近道路。

（2）毛细力作用，主要在粉细砂、粉土和粉质黏土中产生。地下水、包气带水或上层滞水，在毛细力作用下不断上升，浸润路基和路面。毛细力作用对道路湿度的影响程度，与毛细水最大上升高度和速度有关，毛细水上升高度和速度与土的粒度、密实度、类型、矿物成分、化学成分和含水量有关。

（3）重力作用，主要是指非结合水即自由水，在重力作用下自由流动，产生动水压力，冲刷带走土中的细小颗粒，并溶滤土中的水溶盐，产生机械和化学潜蚀作用。重力作用主要发生在中粗砂、卵砾石土等有较粗大孔隙处，可为自由水提供移动通道。

（4）温度差作用，温度变化导致水的物理和化学性质（粘度、密度、表面张力等）产生变化，影响土水势。当温度梯度较大时，水分从土的高水势（温度高）向低水势（温度低）方向迁移，并积聚（或凝结）至路基路面结构内部中。温度差影响因素主要是外部气候条件（气温、太阳辐射状况、风速、风向和蒸发等）和道面热稳定性。

2 道路水损害原因分析

道路水损害分为路面水损坏和路基水损害，下面从这两方面分析：

图1 道路水分迁移示意图

2.1 水对路面结构的损害[2]

（1）降低路面强度，水进入路面结构内部，若排水不畅或积聚，造成路面结构含水量过多，其结构的强度和刚度降低，长期饱和甚至会引起和加速各种病害。

（2）冲刷路面结构，在频繁的重车辆轴载作用，路面结构的自由水高速流动产生动水压力，对路面结构进行冲刷，特别是含细料较多的基层。反复冲刷作用，面层中的细颗粒剥落，形成剥落破坏现象；基层中的细料浆渐渐堆积，在外部荷载作用下，从裂缝和接缝处挤压出来，形成唧浆现象。对于水泥混凝土路面，长期唧浆作用最终造成板底脱空，打破混凝土板受力平衡，产生接缝间的错台、下沉、断板、甚至破碎。对于沥青混凝土路面，长期的剥落和唧浆作用将产生网裂、变形或坑洞等破损。

（3）路面板收缩变形，水泥混凝土路面板顶部与底部之间湿度的差异，产生湿度梯度，造成路面板断面处体积变形率不一致，导致翘曲变形。

2.2 水对路基的损害[3]

水对路基的危害分为原始作用和继发作用，原始作用表现为渗流潜蚀作用和改变路基含水率，降低路基土体强度；继发作用主要表现诱发、增强或改变其他作用，特别是位于特殊土地区，地下水或路基含水量状态的改变，会诱发特殊土的工程地质灾害，黄土湿陷、盐渍化、冻胀等是水的原始作用同其他作用和土体自身特殊性的共同结果。

（1）降低路基强度，含水量是影响路基土体强度的重要因素，水分经各种途径进入路基内部，或者因温度变化造成地下冰层融化等，使得路基含水率增加，影响土体的压实度和承载能力。特别是位于水敏感性高的黄土等特殊土分布区域，影响更大。路基土体含水量不均匀分布造成路基强度的不均匀，使路基局部产生差异沉降，产生各种路基和边坡裂缝，以及路基或者边坡的沉陷等病害，甚至造成路面破坏。

（2）盐渍化，主要发生在气候干燥的盐渍土的区域，携盐含量高的地下水在毛细作用和蒸发作用下，上升并析出盐分置路基中，路基土孔隙度增大，结晶粘聚力降低，透水性增加，以致路基土强度削弱，产生沉陷。

（3）冻胀，主要分布在季节性冰冻地区，充足的水分补给源和补给通道是产生冻胀必要条件。地下水在温度差作用下，迁移至路面下的冻结区，构成冰晶体和冰夹层，并伴随体积的膨胀，造成道路局部隆起鼓包、开裂，甚至路面板的断裂和错台；春融时冻融界面土层达到饱和过饱和状态，变的过湿和软化，路面松软、荷载作用下产生翻浆或沉陷破坏。

3 道路水损害防治措施

目前解决道路水损害的防治措施主要是分为以下几个原理：减小水进入道路结构层的可能、提高道路抵抗水损害的能力、提高道路结构排水能力。以下按照不同防治原理介绍常用的防治措施。

3.1 降低水进入道路结构层的可能性

对于路面，主要是减少水进入道路结构层的通道数量。水泥混凝土路面中选择性能优良的填缝料，沥青路面采用透水性小的密集配沥青混凝土等措施，尽量避免路面产生各种接缝和裂缝。

对于路基，主要是加大路基工作区和地下水位的距离。人为抬高路基标高，降低地下水位都属于此种。降低地下水位主要是设置明沟、暗沟（管）、渗沟等排水设施。明沟的用途是阻拦和截引路堑边坡上侧或边沟外侧的上层滞水。暗沟（管）的用途是排除路基范围内的外涌泉水或地下水源。渗沟的用途收集地面以下流向路基的地下水，排至影响区范围以外。