瀝青路面水破壞原因分析與設計探討
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
原因分析：
1、造成水破壞的因素。瀝青路面產(chǎn)生深刻會破壞的外因主要有交通量、交通組成、降雨量以及不盡完善的路面排水系統(tǒng)。進十年來，重載車輛特別是大幅度超載車輛日益顯著增加，其后軸載從額定的100KN增加到180KN以上；輪胎沖氣壓力從額定的0.7Mpa增加到0.9Mpa以上。其作用的直接結果是路面裂縫的產(chǎn)生和擴展，路面開裂破損后，雨水下滲，產(chǎn)生凍漲、翻漿等水破壞，如果不及時養(yǎng)護維修，其破損面積會逐年增大。瀝青路面產(chǎn)生水破壞的內(nèi)因可以歸納為排水設施不完善、瀝青混和料空隙率過大、路面滲水、路面壓實度不足、瀝青混合料抗水損害能力不足、厚度偏薄等。我國的瀝青路面設計方法一般不考慮路面結構層的排水問題。
2、水進入路面層不可避免。汽車行駛在沙地中，隨著汽車向前行進輪胎下的沙子也在動，使一部分沙子被理輪胎擠到兩側，少部分沙子被輪胎壓在下面。同樣的道理，路面上的水大部分被高速行駛的汽車的輪胎濺到路邊（從波型梁護欄上的水滴即可知），還有很少一部分水被擠壓而進入路面瀝青層中。即使采用密級配瀝青混凝土面層，如果瀝青混合料的不均勻性較大、局部面積的實際空隙率較大、施工質量控制不好也會造成局部路段的水破壞。我國早期建成的沈大、京石、京塘等高速公路都采用瀝青路面技術規(guī)范中的I型瀝青混凝土面層，但都未能避免水破壞的產(chǎn)生。只要水侵入并滯留在瀝青混凝土的空隙中，不管是傳統(tǒng)的純立即請混凝土還是改性瀝青或加抗剝落劑的SMA，在大量行車的作用下，都會立場聲瀝青剝落現(xiàn)象，并產(chǎn)生水破壞。
3、半剛性基層強度高，容易開裂，反射到路面會加速水破壞。我國的高速公路路面結構基本上采用半剛性基礎結構，其干縮性和溫縮性相對較大，故其施工碾壓、養(yǎng)護過程中不可避免地產(chǎn)生裂縫。在冬季突然降溫時基層的裂縫會因為溫度收縮而繼續(xù)拉裂，將給同樣產(chǎn)生溫度收縮的瀝青混凝土面層一個附加拉應力，兩個拉應力疊加一旦超過瀝青混凝土的抗拉強度，瀝青混凝土將產(chǎn)生溫度型反射裂縫。下雨時，雨水沿裂縫進入，滯留在半剛性基層與面層之間，很難排走，加之車輛的高速行駛與壓迫，路面結構層的受力情況一定會發(fā)生變化。過的高速公路重交通路面大多采用柔性結構，雖然瀝青用量較大，造價相對較高，但很少出現(xiàn)路面早期破壞現(xiàn)象。
設計探討：防止路面水下滲的辦法，一是封（堵），二是排。現(xiàn)在的問題是瀝青面層本身封不住水，基層又不透水，透層油或下封層也不能完全進入瀝青層內(nèi)部。而我們的路面設計一般不考慮結構層內(nèi)部的排水，相反在設計中埋置路緣石、現(xiàn)澆混凝土坡形護肩、更阻礙了路面滲水的排出（橋面上路面破壞尤為嚴重）。高速公路沉降嚴重的路段開挖湖，水多集中在路面邊緣，排水不暢通，而且養(yǎng)護部門對邊坡采用漿砌片石進行了封閉式護面，反而阻礙了內(nèi)部積水的排出。鑒于以上所述，很有必要對路面的防排水設計進行探討。
（1）做好中央分隔帶的排水，避免雨水及綠化澆水橫向滲入路基。在中央分隔帶內(nèi)填土前采取復合土工膜鋪地隔水；超高路段應采取設置中央集水井或將中央分隔帶開口的設計方案。
（2）保證路面排水順暢，從理論上講設置攔水帶是好的，可將路面水集中后通過邊坡急流槽排走，以減小路基邊坡的沖刷。 但實際施工時（特別公路運營后的自然沉降），路面很難達到理想橫坡，所以在高速公路全線通設攔水帶還是只在較高填土路段設攔水帶還需進一步斟酌。
（3）挖方路段的排水尤其要注意邊溝的深度，不但要排路表水，還應能讓路面內(nèi)部的水滲入邊溝，作者建議最好采用漿砌邊溝而不是混凝土邊溝 。
（4）增加路面防水層設計。在瀝青面層結構組合設計中，至少兩層按密級配瀝青混凝土設計或設置必要的隔水層，以減少面層滲水。
（5）下面層與基層之間必須澆灑透層油，瀝青面層之間需涂粘層油，護肩、路緣石與瀝青混凝土接觸面之間也應涂粘層油。透層瀝青宜采用經(jīng)試驗確定具有滲透性強、防水性好的煤瀝青。粘層的瀝青材料一賓采用灑布型乳化瀝青或采用快、中凝液體石油瀝青。同時要求做好施工管理，減少施工過程中（主要是施工車輛及層間污染）對透層油、粘層油的破壞。透層油使得基層材料中的毛細孔隙全部或部分被封閉，有一定的防水封閉作用，但僅僅依靠透層，是不能抵抗水對基層表面的損毀的。因此穩(wěn)定類基層使用乳化瀝青封閉基層還是采用煤瀝青滲入基層，或者二者兼施，其效果還需實踐驗證。但有一點可以肯定，乳化瀝青封閉基層后會防止路面滲水再次滲入基層。
（6）實踐證明已經(jīng)竣工通車的高速公路路面裂縫相當一部分是由基層引起的反射裂縫，路面開裂后如不及時灌縫，雨水進入面層中就會產(chǎn)生水破壞。所以基層的結構設計和配合比設計就顯得較為重要。通常情況下，采用提高基層抗拉強度，在面層與基層結合部位鋪設土工布等以緩減半剛性基層材料的收縮應力。但基層的結合料如水泥，劑量太大易干縮開裂 。建議采取規(guī)則切縫，縫內(nèi)灌填瀝青等適宜材料，縫上鋪土工材料，然后再灑布透層油或做下封層。如果落投資容許的話，鼓勵發(fā)展柔性基層和組合基層路面結構。
（7）由于中堿性石料缺乏或某些指標不能滿足路面用料的要求，設計中一般采用花崗巖等酸性石料，摻入一定量的抗剝落劑以提高瀝青與石料的粘附性能，也就是增強瀝青混合料的抗水損害能力。胺類抗剝落劑一般在溫度100℃以上就會分解、揮發(fā)，長期果不佳。所以建議利用消石灰等抗剝落劑來改善粘附性。中、下面層粘結力不小于4級，上面層粘結力不小于5級。
1、造成水破壞的因素。瀝青路面產(chǎn)生深刻會破壞的外因主要有交通量、交通組成、降雨量以及不盡完善的路面排水系統(tǒng)。進十年來，重載車輛特別是大幅度超載車輛日益顯著增加，其后軸載從額定的100KN增加到180KN以上；輪胎沖氣壓力從額定的0.7Mpa增加到0.9Mpa以上。其作用的直接結果是路面裂縫的產(chǎn)生和擴展，路面開裂破損后，雨水下滲，產(chǎn)生凍漲、翻漿等水破壞，如果不及時養(yǎng)護維修，其破損面積會逐年增大。瀝青路面產(chǎn)生水破壞的內(nèi)因可以歸納為排水設施不完善、瀝青混和料空隙率過大、路面滲水、路面壓實度不足、瀝青混合料抗水損害能力不足、厚度偏薄等。我國的瀝青路面設計方法一般不考慮路面結構層的排水問題。
2、水進入路面層不可避免。汽車行駛在沙地中，隨著汽車向前行進輪胎下的沙子也在動，使一部分沙子被理輪胎擠到兩側，少部分沙子被輪胎壓在下面。同樣的道理，路面上的水大部分被高速行駛的汽車的輪胎濺到路邊（從波型梁護欄上的水滴即可知），還有很少一部分水被擠壓而進入路面瀝青層中。即使采用密級配瀝青混凝土面層，如果瀝青混合料的不均勻性較大、局部面積的實際空隙率較大、施工質量控制不好也會造成局部路段的水破壞。我國早期建成的沈大、京石、京塘等高速公路都采用瀝青路面技術規(guī)范中的I型瀝青混凝土面層，但都未能避免水破壞的產(chǎn)生。只要水侵入并滯留在瀝青混凝土的空隙中，不管是傳統(tǒng)的純立即請混凝土還是改性瀝青或加抗剝落劑的SMA，在大量行車的作用下，都會立場聲瀝青剝落現(xiàn)象，并產(chǎn)生水破壞。
3、半剛性基層強度高，容易開裂，反射到路面會加速水破壞。我國的高速公路路面結構基本上采用半剛性基礎結構，其干縮性和溫縮性相對較大，故其施工碾壓、養(yǎng)護過程中不可避免地產(chǎn)生裂縫。在冬季突然降溫時基層的裂縫會因為溫度收縮而繼續(xù)拉裂，將給同樣產(chǎn)生溫度收縮的瀝青混凝土面層一個附加拉應力，兩個拉應力疊加一旦超過瀝青混凝土的抗拉強度，瀝青混凝土將產(chǎn)生溫度型反射裂縫。下雨時，雨水沿裂縫進入，滯留在半剛性基層與面層之間，很難排走，加之車輛的高速行駛與壓迫，路面結構層的受力情況一定會發(fā)生變化。過的高速公路重交通路面大多采用柔性結構，雖然瀝青用量較大，造價相對較高，但很少出現(xiàn)路面早期破壞現(xiàn)象。
設計探討：防止路面水下滲的辦法，一是封（堵），二是排。現(xiàn)在的問題是瀝青面層本身封不住水，基層又不透水，透層油或下封層也不能完全進入瀝青層內(nèi)部。而我們的路面設計一般不考慮結構層內(nèi)部的排水，相反在設計中埋置路緣石、現(xiàn)澆混凝土坡形護肩、更阻礙了路面滲水的排出（橋面上路面破壞尤為嚴重）。高速公路沉降嚴重的路段開挖湖，水多集中在路面邊緣，排水不暢通，而且養(yǎng)護部門對邊坡采用漿砌片石進行了封閉式護面，反而阻礙了內(nèi)部積水的排出。鑒于以上所述，很有必要對路面的防排水設計進行探討。
（1）做好中央分隔帶的排水，避免雨水及綠化澆水橫向滲入路基。在中央分隔帶內(nèi)填土前采取復合土工膜鋪地隔水；超高路段應采取設置中央集水井或將中央分隔帶開口的設計方案。
（2）保證路面排水順暢，從理論上講設置攔水帶是好的，可將路面水集中后通過邊坡急流槽排走，以減小路基邊坡的沖刷。 但實際施工時（特別公路運營后的自然沉降），路面很難達到理想橫坡，所以在高速公路全線通設攔水帶還是只在較高填土路段設攔水帶還需進一步斟酌。
（3）挖方路段的排水尤其要注意邊溝的深度，不但要排路表水，還應能讓路面內(nèi)部的水滲入邊溝，作者建議最好采用漿砌邊溝而不是混凝土邊溝 。
（4）增加路面防水層設計。在瀝青面層結構組合設計中，至少兩層按密級配瀝青混凝土設計或設置必要的隔水層，以減少面層滲水。
（5）下面層與基層之間必須澆灑透層油，瀝青面層之間需涂粘層油，護肩、路緣石與瀝青混凝土接觸面之間也應涂粘層油。透層瀝青宜采用經(jīng)試驗確定具有滲透性強、防水性好的煤瀝青。粘層的瀝青材料一賓采用灑布型乳化瀝青或采用快、中凝液體石油瀝青。同時要求做好施工管理，減少施工過程中（主要是施工車輛及層間污染）對透層油、粘層油的破壞。透層油使得基層材料中的毛細孔隙全部或部分被封閉，有一定的防水封閉作用，但僅僅依靠透層，是不能抵抗水對基層表面的損毀的。因此穩(wěn)定類基層使用乳化瀝青封閉基層還是采用煤瀝青滲入基層，或者二者兼施，其效果還需實踐驗證。但有一點可以肯定，乳化瀝青封閉基層后會防止路面滲水再次滲入基層。
（6）實踐證明已經(jīng)竣工通車的高速公路路面裂縫相當一部分是由基層引起的反射裂縫，路面開裂后如不及時灌縫，雨水進入面層中就會產(chǎn)生水破壞。所以基層的結構設計和配合比設計就顯得較為重要。通常情況下，采用提高基層抗拉強度，在面層與基層結合部位鋪設土工布等以緩減半剛性基層材料的收縮應力。但基層的結合料如水泥，劑量太大易干縮開裂 。建議采取規(guī)則切縫，縫內(nèi)灌填瀝青等適宜材料，縫上鋪土工材料，然后再灑布透層油或做下封層。如果落投資容許的話，鼓勵發(fā)展柔性基層和組合基層路面結構。
（7）由于中堿性石料缺乏或某些指標不能滿足路面用料的要求，設計中一般采用花崗巖等酸性石料，摻入一定量的抗剝落劑以提高瀝青與石料的粘附性能，也就是增強瀝青混合料的抗水損害能力。胺類抗剝落劑一般在溫度100℃以上就會分解、揮發(fā)，長期果不佳。所以建議利用消石灰等抗剝落劑來改善粘附性。中、下面層粘結力不小于4級，上面層粘結力不小于5級。
