高速公路SMA-13面层不均匀渗水成因分析

杨一希

(湖南交通职业技术学院，湖南 长沙　410132)



高速公路SMA-13面层不均匀渗水成因分析

杨一希

(湖南交通职业技术学院，湖南 长沙410132)

结合某高速公路SMA-13面层的渗水试验结果发现，硬路肩的渗水系数大于超车道，超车道的渗水系数大于行车道，渗水系数横向的变化规律与温度离析及压实度大小的横向规律有一定的相关性，且某些路段渗水系数偏大，结合施工实际有针对性地分析了该高速公路的不均匀渗水的成因。

；沥青路面；SMA；渗水；温度离析

0　前言

德国于20 世纪60年代中期开始应用SMA路面，并于80 年代在欧洲许多国家得到了广泛应用。在1992 年新建的首都机场高速公路上我国首次应用了SMA路面。随着SMA技术的不断改进与成熟，SMA路面具有良好的抗车辙、抗裂和耐久性，雨天行车可以防止水雾产生，可以减少路面的噪声3～5 dB，这些相对于其他类型路面无法比拟的优越性，使得SMA路面在全国各地得到了广泛推广。沈金安先生认为，控制SMA路面质量的关键是确保路面的基本不透水。如果无法尽快排出进入路面的水，使其长期积存在混合料内部，会形成汽车荷载作用下的动水压力，动水压力会逐渐剥离沥青膜与集料，以致产生松散、掉粒、最终成为坑槽，严重影响到行驶安全与路面质量。本文结合某高速公路SMA-13面层的渗水试验结果，有针对性地分析该条高速公路的不均匀渗水产生的成因。

1　工程项目背景

本项目起讫桩号为K33+740～K65+325，全长为31.58 km，为双向四车道高速公路，共有3处互通，合同总造价为2.5亿元，合同工期为10个月。本合同段基本情况和主要工程数量如表1和表2所示。

表1 本合同段基本情况表设计荷载设计速度/(km·h-1)路面宽度/m路面工程合同额/万元公路-Ⅰ级1002628794.5466

表2 本合同段主要工程量表路面工程数量/(万m3)主线支线连接线合计底基层000 0 基层24.670.7425.41沥青面层12.170012.17水泥混凝土面层2.05002.05

2　渗水检测方案及试验结果

本研究选取某高速公路进行渗水试验，选取2个路段K34+068～K34+118和K40+750～K40+800进行研究，沿路面横向测试路面渗水系数，以硬路肩边缘处为起点，在距离路面边缘1.5、5、8.5 m处各测1次渗水系数，对比硬路肩、行车道和超车道的渗水系数。

SMA-13沥青路面的渗水试验选在已经摊铺压实的路面上有代表性的点进行，如图1所示；然后采用规范规定的操作程序与步骤进行渗水试验，如图2所示。

2个路段的渗水测试结果如表3所示。

图1　渗水试验点的选择

图2　沥青路面渗水试验

表3 K34+068～K34+118和K40+750～K40+800渗水系数结果路段桩号及位置渗水系数/(mL·min-1)硬路肩行车道超车道K34+068～K34+118K34+06835.4525.0532.77K34+07366.7748.6749.80K34+078203.3320.5023.65K34+083135.4583.50107.50K34+088268.88120.34190.57K34+093305.13100.67221.88K34+09834.5015.9832.50K35+10358.7328.3532.33K35+10832.8319.6827.89K35+11331.676.7030.50K40+750～K40+800K40+75065.0030.4540.69K40+75550.6328.7741.83K40+76031.6916.7820.00K40+76518.6410.4513.69K40+770253.7816.5319.57K40+77552.3835.8244.59K40+78028.3920.9130.14K40+78537.5824.8532.33K40+79041.2322.6627.89K40+79519.419.2716.88

从表3和图3、图4，可得出以下结论：

图3　K34+068～K34+118渗水系数结果示意图

1) 从整体上来看，硬路肩的渗水系数大于超车道的渗水系数，超车道的渗水系数大于行车道的渗水系数。

2) 渗水系数横向的变化规律与前述温度和压实度横向规律有一定的相关性。

3) K34+068～K34+118与K40+750～K40+800路段相比，渗水系数偏大。

3　造成渗水系数分布不均匀原因分析

1) 摊铺机的摊铺宽度较大，螺旋叶片在横向传送集料时，由于惯性的原因，容易造成粗细集料分离，粗骨料被送到边缘部位的比例比细骨料更多，使得边缘处的混合料经过摊铺、碾压后的空隙率比中间部位大，导致渗水性增强。

2) 施工规范要求各部位均匀碾压，但实际施工时，出于安全的考虑，或者为了避免损坏路边构筑物，导致边缘处往往碾压不到位，所以，边缘的压实度可能小于中央区域。同时路面在摊铺完下面层后会要求开放交通，而运输材料的车辆和其他车辆主要行驶在中央区域，路面边缘受压机会较少，这样，就造成了路面超车道的渗水系数要高于行车道的渗水系数，硬路肩的渗水性要高于超车道的渗水系数。

3) 从摊铺和碾压温度上来看，混合料温度在边缘的和中间的不一样，早压和晚压的温度也有差异。通过红外热像仪分别对摊铺机分料槽和路面碾压温度进行观测，摊铺机螺旋分料槽中的温度中间高两边低，左侧最低温度133 ℃，右侧最低温度138 ℃，中部最高温度169 ℃，温差36 ℃，如图5所示。

图5　螺旋分料槽中部和左侧

而刚刚摊铺的沥青混合料虽然温度基本均匀，但由于初压时，压路机钢轮需要喷水，从而会使SMA表面的温度快速下降；复压之后的SMA路面平均温度为130.0 ℃；终压时路面基本压实，如图6所示。

a) 初压　　　　　　　　　　　b) 复压

因此，由于沥青混合料在运输、施工过程中温度离析，导致碾压完毕后，存在温差的区域压实度、空隙率不一样。低温区压实度低，空隙率大，道路投入使用后，由于车辆荷载的作用，该区域会被继续压实；由于低温区域其空隙率大，渗水现象很严重，水渗入集料与沥青的界面，在反复长期车辆荷载的作用下，集料松散、脱落，导致最后形成坑槽。

4) K34+068～K34+118路段渗水系数偏大，一方面，由于此路段为试验路段，沥青玛蹄脂数量偏少，粗骨料空隙未得到充分填充，影响密实度的大小。另一方面，这一路段是路面加宽路段，摊铺机由原来的1台10.5 m的摊铺机增加到2台，增加1台3.5 m的摊铺机，摊铺机出现少许故障，施工衔接不够紧密，导致混合料摊铺碾压温度相对较低，也对压实度造成了一定的影响。路面压实度不足，使沥青混凝土空隙大于设计空隙率，出现连通孔隙。沥青混合料的离析和路面压实度的局部不均匀是路面的薄弱环节，路面渗水部位往往都从这些薄弱环节开始的，因此，这些部位的渗水系数会增大，而没有发生离析的部位渗水系数较小。

4　结语

该高速公路SMA-13面层的不均匀渗水主要与摊铺宽度较大、摊铺和碾压过程温度离析、边缘碾压不到位、施工衔接不紧密等因素有关。在今后的施工过程中，将采取对应的施工防治手段，保证SMA-13沥青面层的均匀渗水。

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2016-01-21

湖南省教育厅科学研究项目(14C0409)

杨一希(1982-)，男，讲师、工程师，主要从事高职路桥专业教学和研究。

；1008-844X(2016)03-0043-03

；U 414.03

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