道路水稳定性评价及相关性能提高的措施

李明军

（山西省朔州高速公路有限责任公司，山西 大同 037034）

0 引言

道路是交通运输大动脉的基本组成之一，也是一个国家或地区国民经济的先行和赖以生存和发展的主要基础产业。无论属于何种级别和结构组成，道路从建成通车开始，始终处于各种自然光候不间断的影响之下。这些自然光候，包括风、沙、水、雪、阳光照射和不同环境温度（依所处地球纬度、昼夜和地形标高的不同呈现较大的数值差异）等自然现象。相较于人为因素（如车辆碾压荷载等），这些自然光候对道路的作用和影响往往具有更加持续和更为严酷的特点。研究各种自然光候对道路影响的特性，从而在道路设计、工程施工和日常养护中施行有针对性的对策，以尽可能消除和减少这些自然现象对道路的有害影响，对于保证道路的正常服务效果、延缓和减少道路病害（特别是建成通车后的早期病害）的形成和提高道路的使用寿命具有重要意义[1]。

1 提高道路水稳定性的意义

在本文上述的各种自然光候中，水对道路的影响是十分严重的。如笔者所在的山西朔州地区地处桑干河上游，地下水位较高，年降雨量曾达806.7 mm，雨季的持续降水和地下水的双重作用，使得道路水毁比较严重。统计数据显示，朔州地区每年因水毁形成的道路损坏占道路损坏总量的40%左右，这种情况在我国南方水网地带表现更为严重。

严格意义上讲，铺设道路面层所使用的沥青混凝土材料和水是难以相容的，但较长时间的雨水冲刷和侵泡必然会降低面层材料所具备的原始强度，从而形成道路的面层损坏（各种纵横网裂和路面材料的松散是主要表现形式），而面层下部目前常用的半刚性基层（水泥稳定基层等）对道路面层出现损坏后侵入的水和因道路下部基础较高水位的地下水的抗侵蚀能力也是有限的。有鉴于此，分析水毁形成的原因，从道路结构设计的优化、筑路材料的优选、施工和养护工艺等方面的逐步改进和完善，从而提高道路的水稳定性是十分重要的。

2 国内外道路水稳定性评价标准综述

很多工业先进国家在20世纪中期即已认识到道路水毁的严重性并制订了相关评定标准。如美国早在1959年就以国家标准的方式颁布了沥青与级配矿料的裹覆和抵抗剥落的试验方法（ASTM D1664）及评定标准，相关标准在执行多年后，根据道路等级的提高和筑路材料的改进于1985年进行了修订，另外又制订了压实成型后的沥青混凝土材料抵抗水损坏的试验方法，即改进后的Lottman法（Lottman是美国道路工程学教授，以其提出的采用试验前后的劈裂强度比和回弹模量比作为水损害的评价指标由其名字命名，即Lottman试验方法），这个试验方法就是一直在美国道路工程领域沿用至今的AASHTOT283试验方法，收到了良好的应用效果。

相较于工业先进国家的道路建设技术，我国的相关研究和成果起步较晚。但自从高速公路在我国大陆20世纪80年代中期开始建设以来，已在短短30年间取得了明显的进步。如20世纪90年代中期交通部制定和颁布的JTJ 032—94《公路沥青路面施工技术规范》要求高等级道路的粗集料与沥青应进行黏附性测定，且应不低于4级，其他道路不低于3级。对于沥青混合料，JTJ 032—94要求选用马歇尔试验的残留稳定度作为基础数据进行水稳定性评价。2004年颁布的JTGF40—2004更规定了选用浸水马歇尔试验的残留稳定度和双面击实50次的冻融劈裂试验的残留强度比作为水稳定性评价标准，如表1所示。

表1 道路水稳定性评价标准

3 提高道路水稳定性的措施

如本文前述，因道路水稳定性较差造成的道路水毁现象十分严重，如山西境内的高速公路在通车数年后大多就会出现各种路面病害，其病害的产生数量与通车年限呈指数增长[2]。这些损坏的近50%是由水毁造成的，可见提高道路水稳定性已经刻不容缓且应当从下述几个主要措施入手。

3.1 道路结构的防水设计

在路面结构中设置防水层是十分必要的。沥青路面的面层（包括上面层和下面层）也被称为磨耗层或封闭层，前者指沥青路面是直接承受车辆对路面作用的耐磨部分，后者即指其为封闭上部水分（自然降水和人为洒水）对面层下部道路结构的渗入。但由于面层直接受到车辆的反复作用（常常出现的超载重载车辆—如山西、内蒙、新疆等地区的煤炭、矿石外运地区使得这种作用表现更甚），因此面层的防水作用很容易被破坏。有鉴于此，笔者建议在路面结构设计时应设置双层防水结构，即在路面的上面层和下面层间设置第一防水层，而在水稳层上部表面设置第二防水层。前者能够阻挡水分侵入水稳结构层，后者则能够阻滞因面层结构出现问题时透过面层孔隙进入的水分，从而对面层下部的水稳层提供保护。相较道路面层，水稳层的结构更为稳定和持久，因此其防水层的作用更为可靠。这种双重防水结构的设置对于道路工程造价的提高影响不大，但其防水效果和使用寿命却可有效提高。同时，道路两侧应留出水分的排出渠道，以使水分及时排出。

长期以来，道路防水层的材料大多采用专用防水涂料，收到了较好的效果。近年来，由山西省交通科学研究院完成的以高剪切和研磨为技术特征的改性沥青成套设备成功实现了SBS改性沥青和改性乳化沥青的高质量快速制备[3]，具有国际先进水平。以改性乳化沥青作为防水涂料不仅能够保证使用效果，而且能够有效降低工程成本。

3.2 路面材料防水性能的优化

目前，大多数高等级路面由沥青混凝土材料铺设，通过改进和优化路面材料的防水性能是十分重要的。如以聚合物作为改性剂（以SBS、PE和废旧橡胶为主要代表）制作的改性沥青作为沥青混合料的黏结剂能够有效提高沥青和级配矿料的黏结性能[4]，降低路面早期病害，特别是纵横裂缝的产生；采用以花岗岩、闪长岩等高硬石料做面层骨料，使其粒径级配得到长期保持，进而使沥青混合料的路用特性，包括面层的抗滑特性及整体抗疲劳能力有效提高。这些措施能够使沥青路面的防水性能得到明显的改善。

3.3 保证和提高路面的铺筑质量

a）提高压实密实度。我国高等级道路的施工机械已基本成龙配套，关键是在施工过程中严格按照施工规范进行作业。如路面的压实密实度必须保证达到96%以上，但要达到这一指标，不仅要使用合适吨位的压实设备，更重要的是必须保证压实温度。如以SBS改性沥青制作的沥青混合料摊铺后的压实初始温度不能过低，否则再好的压路机也难以达到要求的密实度，而较好的密实度是提高路面防水性能的关键之一。

b）尽可能降低沥青混合料材料的离析。材料出现离析是出现路面病害进而影响其防水性能的重要原因，离析的成因多种多样，但某些关键工序应特别注意。如拌和机和为摊铺机供料的自卸运输车的卸料高度应尽可能降低；尽可能减小运输车的运距；摊铺机采用较大螺旋角的螺旋分料器等均可有效降低混合料材料的离析。

c）采用震荡压实工序，改善沥青混合料的结构均匀性。震荡压实的过程可使得沥青路面结构层的材料实现水平振动，结果使其结构组成更为均匀，面层孔隙率有效降低，材料的结合强度和密实度进一步提高，其结果使得道路面层对上部水分的封闭效果有效提升。