半刚性基层沥青路面基层病害调查与分类

丛波日

(深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518034)

0 引言

在国家树立“绿色、低碳的发展理念”，推进“资源节约型、环境友好型社会”的大背景下，原来大规模“开膛破肚”式的路面养护维修方式已经越来越不能适应形势的发展。根据路面结构层损坏的实际情况，采取分层、分类、微创处理的养护模式，将是今后公路养护维修的发展方向。所谓“分层、分类、微创处理”就是根据养护工程维修的目的，最大限度地利用原有路面结构，并对不同层位的不同病害采用最恰当的措施进行处治。

与柔性基层相比，半刚性路面基层具有承载能力高、荷载扩散能力强和整体板结性好的优点，但半刚性基层的抗疲劳能力差，受水影响敏感等先天不足，使基层出现病害后危害很大。在公路养护维修工程中，对半刚性基层病害的认识、调查和处治效果是影响路面使用寿命的重要因素。

1 半刚性基层病害调查

大量的研究表明，正是半刚性基层的先天不足产生的病害导致了我国沥青路面使用性能及使用寿命远未达到预期［1，2］。在半刚性基层沥青路面的养护维修工程中，半刚性基层病害的调查和处理是无法回避的现实问题，也是影响养护维修效果的决定性因素。如果不能准确诊断病害，会使路面维修方案设计针对性不足，难以根除病害，以致反复维修而造成资金严重浪费，并产生不良的社会影响。因此，科学、准确、无损的病害诊断将在高速公路养护维修中具有重要意义。

而科学、准确、无损的病害诊断的前提是明确的病害分类与定义。但到目前为止，国内相关文献和规范还无明确的对半刚性基层病害的分类和定义。为此，选择广东省部分通车5a以上即将或正在进行大中修的高速公路，对开挖面层后的半刚性基层进行全面调查。

1.1 半刚性基层病害的特征

通过对现场的调查和分析，发现半刚性基层病害具有以下特征:

1)半刚性基层病害具有普遍性和局部性。所谓普遍性，是指半刚性基层病害在任何一条半刚性沥青路面上都是普遍存在的;所谓局部性，是指结构性的基层病害通常不是整段大面积存在的(连续几百米)，多以局部小面积形式存在的(连续几米到几十米)。

2)半刚性基层病害具有潜伏性。半刚性基层病害并不一定都能反射到路表面，如轻度的整体性块裂往往在面层无任何病害与之对应，轮迹带块裂在面层往往仅能找到与基层对应的纵缝。

3)半刚性基层病害具有同根病源表象多样性、相同病害表象但影响范围及程度不同等特点。同种表象的重度病害并不一定是由相应的轻度病害发展而来的，如重度的整体性块裂往往不是由轻度的整体性块裂发展来的。

4)车辆荷载是病害发展、恶化的主要原因。从同一断面的不同车道来看，重车行驶的车道(一般为最外侧车道)病害明显较其他车道严重得多;从同一路线的轴载、交通量不同路段来看，轴载大、交通量大路段的病害明显更严重。

5)路面结构层层间结合情况是一个需要特别关注的问题［3－6］。路面结构层层间缺陷是半刚性基层沥青路面病害发展的重要载体和催化剂之一。

6)半刚性基层病害往往与水相互作用。基层病害为水提供了良好的通道和载体，水的存在加速了基层病害向更严重程度的发展。

半刚性基层病害的这些特征，极大增加了对高速公路半刚性基层病害认知及病害维修设计的难度。

1.2 半刚性基层病害的分类方法

病害的分类对病害机理认知、防治措施选取非常重要。基于现场的调查和相关资料的分析，笔者认为可采用以下几种方法对半刚性基层病害进行分类:

1)按病害的表现形式分类:裂缝类病害、块裂类病害、松散类病害等。

2)按病害产生的时期分类:早期病害、中期病害、末期病害等。

3)按病害产生的原因分类:内部原因产生的病害、外部原因产生的病害等。

4)按病害区承载力状态分类:病害区承载力足够、病害区承载力部分不足、病害区承载力完全不足等。

其中，按表现形式分类是其他分类的基础，本文将主要从表现形式方面对水稳碎石类半刚性基层病害进行分类和定义。

2 水稳碎石基层病害的分类和定义

根据对广东省部分高速公路大中修工程现场开挖情况的调查资料，按照开挖铣刨后水稳碎石基层的表现形式，将水稳碎石基层病害分为裂缝类、块裂类和松散类等三大类型病害。表1给出水稳碎石基层病害类型及所占比例，由统计结果可知通车5a以上的水稳碎石基层病害以块裂类病害为主，占病害总数近一半。

2.1 裂缝类病害

裂缝是水稳碎石基层普遍存在的损坏现象之一，裂缝的存在导致两种后果，首先裂缝进水使基层、底基层、路基含水状况恶化，结构承载能力迅速降低，同时，沥青层和基层界面条件改变，产生水力冲刷，出现灰浆，并形成裂缝处唧浆、坑槽;其次是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时，荷载变化不再连续，使路面裂缝两侧发生大的应力突变，形成很大的剪力和拉力［7－10］。

表1 水稳碎石基层病害类型及比例

从形态上可分为三类:横向裂缝、纵向裂缝、纵横交叉裂缝等。裂缝类病害分类及比例见表2，由统计结果可知横向裂缝和纵横交叉裂缝病害为主要的裂缝类病害，各占裂缝类病害近40%。

按裂缝宽度分为轻、重两种程度，其中:

轻:裂缝宽度在3mm以内，裂缝壁无散落或有轻微散落。

重:裂缝宽度大于3mm，裂缝贯通整个基层，裂缝壁有散落并伴有少量支缝。

表2 裂缝类病害分类及比例

2.1.1 横向裂缝

定义:横向裂缝是与道路中线近于垂直的裂缝，是水稳碎石基层发生较多的一种裂缝类病害。

特征:横向裂缝一般以5～20m间距规则分布，多为贯通裂缝。见图1。

原因分析:基层材料的干缩和温度收缩、车辆荷载作用是引起基层产生横向裂缝的主要原因。

2.1.2 纵向裂缝

定义:纵向裂缝是与道路中线基本平行的裂缝。

特征:纵向裂缝多沿轮迹带分布，多数裂缝壁有散落现象，有时伴有少量支缝。见图2。

原因分析:车辆荷载疲劳作用、分幅施工、局部土基或基层压实度不足及填挖交界处或桥涵过渡段等原因均可能产生纵向裂缝。

图1 基层横向裂缝现场开挖照片

图2 基层纵向裂缝现场开挖照片

2.1.3 纵横交叉裂缝

定义:纵横交叉裂缝是指一条或多条纵缝与一条横缝相交，或一条纵缝与一条或多条横缝相交而形成的裂缝。

特征:无法明显判断纵、横向裂缝的主次，纵、横向裂缝相互间影响，能改变彼此的发展方向，可进一步衍生成纵横交叉块裂。见图3。

原因分析:纵向裂缝与横向裂缝的产生原因也是纵横交叉裂缝的产生原因，对于其中纵、横向裂缝产生的先后顺序及纵横交叉裂缝产生后的发展变化规律，需要进一步调查和分析。

图3 基层纵横交叉裂缝现场开挖照片

2.2 块裂类病害

块状裂缝是指水稳碎石基层板块被裂缝分割为两块以上，块度2m以内的情况。块状裂缝是结构强度不足的体现。

从形态上可分为4类:整体性块裂、轮迹带块裂、纵横交叉块裂、沉陷性块裂。块状裂缝类病害分类及比例见表3，由统计结果可知纵横交叉块裂病害为最主要的块状裂缝类病害，占块裂类病害近一半。

表3 块裂类病害分类及比例

轻:缝细、裂缝区无散落，主要裂缝宽度在2mm以内，主要裂缝块度大于1.0m。

中:裂缝区有轻度散落，主要裂缝宽度在2～5mm之间，主要裂缝块度在0.5～1.0m之间。

重:缝宽、裂缝区有散落，裂缝宽度在5mm以上，主要裂缝块度在0.5m以内。

2.2.1 整体性块裂

定义:整体性块裂是指块裂遍布整幅车道，裂缝块度基本均一的块裂类病害。

特征:整体性块裂遍及整个车道，车道中间也存在块裂。见图4。

图4 基层整体性块裂现场开挖照片

原因分析:①施工质量等原因造成的整体性缺陷;②由轮迹带块裂和纵横交叉块裂等其他几种块裂类病害进一步衍生发展而成。

2.2.2 轮迹带块裂

定义:轮迹带块裂是指块裂基本位于轮迹带上，呈条状，往往会有1～3条主导性的纵向裂缝的块裂类病害。

特征:轮迹带块裂一般多出现在右轮迹位置(超高路段则相反)，主要由轮迹带处一条或多条纵缝衍生扩散而成，块度一般为30～50cm，并无明显主导性横缝，部分路段伴随沉陷辙槽。若轮迹带块裂处部分横缝发展成贯通裂缝，则可能进一步衍生成整体性块裂。见图5。

原因分析:原路面基层或路基强度不足，在车辆荷载作用下轮迹带位置疲劳破坏形成纵缝及支缝，支缝向两侧发展衍生成块裂。

2.2.3 纵横交叉块裂

定义:纵横交叉块裂是指沿着纵横交叉裂缝的交汇点衍生支缝，支缝与主缝相交形成块裂类病害。

特征:纵横交叉块裂有一处或几处明显的纵横缝交叉点，交叉点周围的支缝成明显的以交叉点为圆心的近似同心圆形式分布。纵横交叉块裂进一步发展，最有可能衍生成整体性块裂。见图6。

图5 基层轮迹带块裂现场开挖照片

图6 基层纵横交叉块裂现场开挖照片

原因分析:纵横交叉裂缝的交叉点一般位于轮迹带位置，裂缝的出现极大的消弱了板体结构的整体性，交叉点的产生则可以迅速降低板体结构的承载力，形成绝对的薄弱点，在车辆荷载作用下可以加速支缝的产生和发展，形成块裂。

2.2.4 沉陷性块裂

定义:沉陷性块裂是指由局部基层沉陷衍生而成的块裂类病害。

特征:沉陷性块裂主要表现形式是沉陷产生的裂缝由沉陷中心向外波纹形或放射形扩散，无明显的主导性纵缝或横缝，铣刨机铣刨后中心有明显残余沥青层。见图7。

图7 基层沉陷性块裂现场开挖照片

原因分析:施工质量较差或使用过程中路面防排水较差致使大量水存留于路面结构层内，造成基层或土基强度不足，局部沉陷，进而导致沉陷基层周边受拉形成由沉陷中心向外发散的块裂。

2.3 松散类病害

根据现场开挖情况，基层集料散失、粘结不紧密称为松散。松散也是水稳碎石基层普遍的损坏现象之一。

从形态上可分为两类:整体松散、局部松散。松散类病害分类及比例见表4，由统计结果可知局部松散为最主要的松散类病害，占松散类病害的三分之二。

表4 松散类病害分类及比例

轻:基层表层松散深度小于基层碎石最大粒径。

重:基层表层松散深度大于基层碎石最大粒径。

2.3.1 整体松散

定义:松散范围波及到整个车道宽度的松散类病害。

特征:整体松散改变了路面结构层的连续性条件，直观表现是路表面的裂缝、龟裂、块裂等裂缝类病害在基层却找不到与之对应的相关裂缝。见图8。

图8 基层整体松散现场开挖照片

原因分析:整体松散一方面是由于施工过程中较大面积的材料离析、压实度不够、水泥等胶结料粘性不足等原因造成的;另一方面，半刚性基层铺筑后到铺筑沥青层之间的养生阶段，如果没有做好下封层或透层油，很容易在施工车辆作用下形成浮灰、浮土、浮砂，在面层施工前未进行有效处理，容易造成基层表层的松散。

2.3.2 局部松散

定义:松散范围未波及到整个车道宽度的松散类病害。

特征:局部松散位置往往潮湿甚至饱水，是路面坑槽、唧浆产生的重要原因。见图9。

原因分析:局部松散一方面是由于施工过程中局部范围内的材料离析、压实度不够、水泥等胶结料粘性不足等原因造成的;另一方面，各种形式的水进入基层，在行驶车辆的挤压和吮吸作用下反复冲刷，造成细集料侵蚀，粗集料松动，形成松散。

图9 基层局部松散现场开挖照片

续图9 基层局部松散现场开挖照片

3 结论

通过对广东省部分通车5a以上的高速公路进行大量的现场调查和分析，本文主要得出如下结论:

1)半刚性基层病害具有普遍性和局部性、潜伏性、表象多样性、原因复杂性等特征，这些特征极大增加了对高速公路半刚性基层病害认知及病害维修设计的难度。

2)半刚性基层病害可以按病害的表现形式、病害产生的时期、病害产生的原因、病害区承载力状态等4种方法进行分类，其中，按表现形式分类是其他分类的基础。

3)水稳碎石基层病害按表现形式可分为裂缝类、块裂类和松散类等三大类型病害，其中以块裂类病害为主，占病害总数近一半。

4)通过对各类基层病害进行详细的分类、特征分析和原因总结，为科学、准确、无损的病害诊断及分层、分类、微创处理的养护模式提供依据。

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