沥青路面早期破损及防护

商城县公路管理局 吴泽勇

沥青路面早期破损及防护

商城县公路管理局 吴泽勇

沥青混凝土路面因具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点，近年来被广泛应用于高速公路建设中。随着国民经济的快速发展，我国道路交通量日益增大，车辆迅速大型化且超载严重，公路路面面临严峻考验。现有高等级公路的有效服务时间普遍没有达到其设计使用年限，常常在通车两三年后便出现了较为严重的早期破损现象。在当前公路建、养资金严重不足的情况下，研究沥青路面的早期破损原因及防护具有特别重要的现实意义。

一、沥青路面早期破损的类型

1.桥头跳车。桥头跳车一般是由于台背填土压实不足，导致填土在台背后数十米范围内下沉引起的。其特征为：沉降在行车方向是渐变的，延续距离相对较长，路面的整体强度未被破坏，路表面也少有损坏，但行车时具有明显的“波浪”感。

2.沉陷。沉陷一般是由于基层局部成形不足，强度不够，在行车载荷和自然因素等作用下形成的。对于大面积沉陷，往往是由于路基（高填方地段）不均匀沉降或局部滑移面引起的。

3.裂缝。路面裂缝是路面早期破损最常见的病害之一，它的危害在于使水分从裂缝中不断进入，软化基层甚至路基，导致路面承载能力下降，从而加速路面破坏。

（1）横向裂缝。横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类。荷载性裂缝是由于路面设计不当和施工质量低劣造成的，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝。非荷载性裂缝是横向裂缝的主要形式，常见的有两类：沥青面层温度收缩性裂缝和基层反射性裂缝。一般认为非荷载性裂缝是不可避免的，但对路面的整体性没有损害。

（2）纵向裂缝。纵向裂缝可分为两类：一类是由于路基压实不均匀、路面不均匀沉陷而引起的，如发生在半填半挖处的裂缝；另一类是由于沥青面层分幅摊铺时，两幅接茬未处理好，在行车载荷作用下形成的。有时，车辙边缘也会有纵向裂缝。

（3）龟裂。龟裂又称网裂，通常是由于路面整体强度不足、基层软化、稳定性不良等原因引起的。沥青路面老化变脆，也会发展成网裂缝，一般多发生在行车道轮迹下。

4.车辙变形。车辙是在行车载荷重复作用下，路面产生的永久性的带状凹槽。常见的车辙变形有以下三类。

（1）结构性车辙。由于荷载的作用发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形而形成。这种车辙宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成凹字形。

（2）磨损性车辙。由于车辆不断磨损路面，特别是大量重型超载车辆渠化行驶在主车道上，磨损路面也会形成车辙。

（3）流动性车辙。在高温条件下，车轮碾压反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限，使流动变形不断积累形成车辙。这种车辙一方面车轮作用部下凹，另一方面车轮作用甚少的车道两侧反而向上隆起，在弯道处明显向外推挤，车道线或停车线因此可能成为变形的曲线。

5.坑槽。沥青路面的坑槽往往都有一个形成过程，起初局部龟裂松散，在行车载荷和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。常见的有以下三类。

（1）压实不足性坑槽。一般情况下是施工时混合料温度太高，使沥青老化，黏结力降低，脆性增加，导致压实不够，粘结不牢，在行车载荷作用下，形成坑槽。另一种情况是混合料温度太低，摊铺不均匀，压实不充分，导致压实度不够，形成坑槽。

（2）厚度不够性坑槽。路面下面层局部标高控制不严，导致沥青上面层个别地方厚度不够。在行车作用下，部分混合料易被“带走”，形成坑槽。

（3）水损害性坑槽。这种坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中常见的坑槽，其形成过程可归纳如下。在开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面，以水膜或水汽的形式存在，影响沥青与集料的粘附性。在反复荷载的作用下，沥青膜与集料开始剥离。渐渐地，路面开始麻面、松散、掉粒，最后形成坑槽。水损害破坏是沥青混凝土路面在水或冻融循环的条件下，由于汽车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，使水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失黏结力，沥青膜从集料表面脱落（剥离），沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青混凝土路面水损害性坑槽。

6.沥青路面的表面功能衰减。沥青路面的表面功能是指沥青路面的平整抗滑、噪音、溅水和水雾等。这里主要说明路面抗滑性能的衰减。在我国，沥青路面抗滑性能在通车后迅速下降，主要有两方面原因：一是沥青标号过大，针入度偏大，沥青用量可能过多，路面渐渐泛油，构造深度下降，直到变成光滑的路面；二是粗集料不耐磨，迅速磨光。

二、沥青路面早期破损的形成原因

1.路面结构设计方面的问题。采用半刚性基层时只用弯沉控制设计，忽略层底弯拉应力是否合理，没有考虑冬夏温差对于半刚性基层和面层的温缩开裂作用。另外，设计时没有考虑防止反射裂缝等问题，没有把路基路面作为整体进行综合设计。还有，结构层设计厚度太小也是导致路面早期破损的重要原因之一。路面面层受行车水平力和垂直力的综合作用，在面层结构内产生剪应力。从力学角度看，这种综合作用越大，面层产生的剪应力就越大。对车辆在公路上的不同位置进行受力分析可知，在车辆启动、制动处，纵坡较大的坡道以及合成坡度较大的弯道内侧，路面面层所受车辆的水平力和垂直力的合力较大，较易发生剪切破坏。同时，据有关资料分析，剪切应力对路面的破坏一般在路面表层的5～8cm内，随着深度的增加，剪切应力的影响逐渐消失。

2.路面原材料的问题。目前，河南省采用的沥青材料主要有70#和90#道路沥青，由于河南省的气候特点是冬季寒冷、夏季炎热、四季温差大，这要求沥青材料要具有优良的黏结力、抗老化性能和高低温稳定性能。另外，随着国民经济的蓬勃发展，公路运输超、重载现象严重，也对沥青材料的性能提出了更高的要求。沥青材料性能不过关是河南省沥青路面早期破损的主要原因之一，普通沥青已不能完全适应形势发展的需要，推广应用改性沥青已势在必行。目前，河南省路面基层以水泥稳定或二灰稳定砂砾为主，由于料源有限且考虑经济因素就地取材，砂砾、碎石土等天然材料质量较差，使得路面基层质量难以保证。从路面材料情况来看，主要问题是骨料的表面特性、形状、磨耗值、级配不能满足使用要求，以及矿粉的质量难以保证，从而导致沥青混合料的内摩阻力、内聚力和黏结力下降，沥青路面也就极易发生早期破损。

3.施工质量问题。

（1）缺乏认识。对透层油或粘层油的作用认识不够，造成各结构层间连续性和黏结性差。例如，为了降低工程造价，在摊铺面层前，基层不洒粘层油，或洒布工艺控制不严，造成计量不准、油膜不均匀、稠度不连续等不良情况；基层清扫不净，残余浮土、碎石、油污等，形成隔离层。

（2）拌和方法不当。半刚性基层施工初期曾使用五铧犁拌合，后期主要是拌和机路拌，刮平机和压路机组合摊铺，极易造成水泥等黏结材料和不匀、基层顶面泛浆，形成光滑的灰浆层和硬壳，从而使层间粗糙度不足。

（3）压实度不足。面层铺筑过程中易出现压实度不足，从而造成面层内部孔隙率较大，使得沥青混合料黏结力、防水性能下降。如，碾压设备不当或碾压遍数不够；拌和厂离施工现场较远，运距过长，运输途中沥青混合料热量损失较大，运至现场后温度不能满足铺筑要求；工程低温施工，或拌和过程中油温过高，致使沥青老化。

4.路面渗水。高速公路路面面层损坏的一个很重要的原因是路面渗水所致的。降水渗到沥青面层中排不出去，这样在汽车荷载及温度化的作用下，使沥青面层遭到破坏。

三、沥青路面早期破损的防护

通过以上分析，可以看出，沥青混凝土路面早期破损与沥青混合料、路面设计及施工、交通气候条件等因素有关，而交通气候条件是客观存在的，所以沥青路面早期破损防治应从路面设计、沥青混合料和施工三个方面考虑。

1.合理设计路面结构。应尽可能减薄沥青面层厚度，由于以下四方面原因，高速公路路面厚度可酌情减薄，宜控制在9～12cm之内。一是半刚性基层沥青路面结构的承载能力可由半刚性材料层（基层和底基层）来承担，无需用增厚面层来提高承载能力；二是提高沥青路面使用性能不是用厚的沥青面层，而是用优质沥青；三是沥青面层的裂缝不只是反射裂缝，在正常施工情况下，大部分是沥青面层本身的温缩裂缝；四是一般来说，厚的沥青面层易导致车辙的产生。

2.严格控制沥青混合料的质量。

（1）沥青的选取。应选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高黏度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下，可在沥青中掺和各种类型的改性剂，以提高其性能指标。

（2）骨料的选用。骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青黏性好的集料。如果骨料呈酸性，则应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，以确保混合料的抗剥落性能。同时，还应尽量降低骨料的含水量。

（3）混合料级配的确定。沥青混合料的高温稳定性与疲劳性能、低温抗裂性，路面表面特性与耐久性是两对矛盾，相互制约。照顾了某一方面性能，可能会降低另一方面性能。混合料配合比设计，实际上是在各种路用性能之间抗平衡或最优化设计，根据当地气候条件和交通情况做具体分析，尽量互相兼顾。当然，为了提高沥青路面使用性能，还可以考虑以下两个途径：一是改善矿料级配，采用沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）；二是改善沥青结合料，采用改性沥青。

3.严格控制施工质量。施工质量控制不严，早期破损必然出现。所以，沥青路面施工必须依照全面质量管理的要求，建立健全有效的质量保证体系，实行目标管理、工序管理，明确责任，对施工全过程、每道工序的质量进行严格的检查、控制、评定，以保证其达到质量标准。具体要抓好以下几方面：

（1）严格控制沥青混合料的拌和质量。拌合过程中如发现“糊料”或“离析”等异常情况，应立即进行处理，加大马歇尔试验频率，严格控制沥青混合料的油石比、稳定度、流值等指标，必要时对混合料进行特殊配合比设计。

（2）保证基层顶面粗糙度。改善基层材料级配，增加粗骨料，提高大中粒径集料含量；控制最佳含水量，改进碾压方法，避免过振过湿，避免基层顶形成灰浆硬壳，不用细料进行压实后找平。对于细粒土类的半刚性基层，必要时可采用顶面栽钉等办法，加强基层顶面粗糙度。

（3）合理洒布透层油、粘层油。在进行各层铺筑前，必须保持顶面清洁。根据近年来的施工经验，对于水泥稳定类半刚性基层，透层油应以慢裂型乳化沥青为宜。用沥青洒布车喷洒时，应保持稳定的车速和喷洒量，不能流淌和形成油膜，更不能有空白，并立即布撒2m3/1 000m2的石屑或粗砂，用6T钢筒式压路机稳压一遍，将多余的浮料扫走。对于旧沥青路面罩面，必须洒布黏附性较好的粘层油，脚踏有明显的黏附感，整个面层取芯后不易分离。对于干线公路，可以设置I型稀浆封层作为黏结层，实现层间结合与防水的双重作用且不必封闭交通。

（4）提高面层摊铺质量。在摊铺混合料时，运距不能过远，摊铺温度应控制在50～130℃为宜，摊铺厚度均匀，压实设备数量应配套，速度控制在2m/min左右，碾压遍数不能太少，以免混合料孔隙过大。一般不能进行补料，尤其是下面层。基层雨后潮湿未干，不得摊铺，更不得冒雨摊铺。纵向、横向接缝应紧密、平顺，各幅之间重叠的混合料应用人工铲走。

路面早期破损已成为沥青路面的主要危害之一，各级公路管理部门应予以足够的重视，并根据其成因从路面设计、原材料进场到具体施工，有针对性地采取一系列预防和改善措施。同时，必须建立健全质量保证体系，从管理部门、设计部门到施工部门，层层重视、层层控制、层层落实。只有这样，才能从根本上减少沥青路面早期破损现象的发生，全面提高公路建设工程质量。