福宁高速公路沥青路面水损害原因分析及处治措施研究

■代松航

（1.福建省高速技术咨询有限公司；2.福建省高速公路企业工程技术研究中心，福州 350001）

福建省福宁高速公路 （K1843+000～K1984+164），北起福鼎分水关，南接罗宁高速公路，是沈海国道主干线福建段高速公路的重要组成部分，全长141.164km。福宁高速为双向4车道高速公路，设计速度为80km/h。路面结构为两层半刚性水泥稳定碎石基层+三层沥青混合料面层，水泥稳定碎石基层结构厚度为56cm，沥青面层结构厚度为16cm。本文结合福宁高速公路养护工程中出现的路面损害实际情况，结合养护设计、施工等相关经验，初步分析高速公路中出现的水损害的主要表现形式及特征，剖析水损害的产生机理，研究产生水损害的主要因素，进而针对性地提出养护工程中的防治措施。

1 福宁高速路面典型病害分析

依据2017年福宁高速路面破损检测数据，对路面病害进行统计分析。根据折合破损面积，福宁路面主导病害依次为修补、横向裂缝、纵向裂缝、松散、龟裂、坑槽。

从病害类型分析，修补主要为针对坑槽、局部严重龟裂、沉陷进行路面日常养护以及对裂缝进行刻槽灌缝；横、纵向裂缝为福宁高速典型半刚性基层反射裂缝，外部水沿裂缝进入面层结构内部，破坏混合料结构，使得裂缝发展为严重裂缝；坑槽、松散、龟裂为典型水损害破坏形式。由此可见，福宁高速路面破损主要因素为水损害造成。

表1 福宁高速路面主导病害

图1 福宁高速公路沥青路面病害比例图

沥青路面的水损害是指沥青面层结构在存在的条件下，在交通荷载、动水压力以及水的浸泡的作用下，破坏沥青混合料的结构强度、沥青与集料的粘结而产生路面损坏的过程。沥青路面水损害在福宁高速公路上主要表现形式按破坏的不同阶段分为：

（1）初期表现：水由外至内侵入沥青路面表面或沿裂缝进入沥青结构内部，在行车荷载和温度胀缩作用下，造成路面麻面、掉粒、松散。表现形式见下图2。

图2 水损害初期表现

（2）中期表现：水分在结构层内长期存在，在外部行车荷载的反复作用下产生动水压力，冲刷沥青混合料内部结构，造成混合料内部粘结性降低、细集料散失，结构松散，从而产生龟裂、沉陷等严重病害。表现形式见下图3。

图3 水损害中期表现

（3）末期表现：水分在结构内部持续存在，破坏沥青与集料的粘结力，出现坑槽、唧浆。表现形式见下图4。

图4 水损害末期表现

2 福宁高速公路沥青路面水损害形成机理分析

沥青路面的结构强度来自沥青自身的粘结力,集料间的联锁作用,内摩擦力以及沥青与集料的粘附力。粘附力被认为是保证沥青混合料发挥强度作用的主要条件。沥青路面的水损害主要是对沥青混合料中集料与沥青的粘附力产生破坏，从而导致混合料结构强度不足形成路面破损。

水对沥青路面的破坏方式可分为两类：

（1）自上往下水损害

福宁高速部分路段通车时间已接近15年的设计使用年限，沥青路面表面层沥青老化情况比较严重；同时福建属于南方高温多雨地区，瞬时雨量大，路面积水不易及时排走。在行车荷载的作用下，产生的动水压力反复冲刷集料，造成沥青从集料表面剥离，导致局部混合料结构松散，最终形成麻面、坑槽。

图5 自上往下的水损害

（2）自下往上的结构破坏

福宁高速路面基层为半刚性水稳基层，沥青面层厚度整体偏薄，厚度为16～18cm。半刚性基层由于温度、强度等原因产生裂缝，在沥青面层产生反射裂缝。水通过面层裂缝进入混合料结构内部，而半刚性基层结构相对致密，外部水无法及时排走，滞留于基层与面层界面。在行车荷载的作用下，形成极大的动水压力，反复冲刷基层表面及面层混合料结构，从而产生泥浆。泥浆沿面层裂缝被行车荷载挤出，在路面形成唧浆。面层结构中的细集料被泥浆裹附挤出结构内部，造成结构松散，导致结构强度不足，在路面逐渐表现出沉陷、龟裂等严重的结构性病害。

图6 自下往上的水损害

3 水损害影响因素分析

根据水损害的形成机理，结合福宁高速公路养护工作的实际情况，沥青路面的水损害的主要因素可归纳为以下4个方面：交通荷载等级、降雨量、材料性能以及施工质量。

（1）交通荷载

通过对福宁高速路面水损害病害的调查，水损害病害频发、多发的路段多处于中、重交通量的路段，且主车道明显远大于超车道。主车道路面的交通荷载主要为重车荷载，超车道主要为小车荷载，可见重车荷载是路面水损害的主要外因之一。

（2）降雨量

福建省地处南方高温多雨的亚热带地区，梅雨季节，夏季台风暴雨季节是沥青路面水损害高发、频发、多发的主要时段。尤其福宁高速位于福建沿海，瞬时雨量大、雨季长，雨后路面大量出现的坑槽、松散成为日常养护工作中最繁重的工作。雨水在路面滞留的时间长，不管是破坏表面层还是进入结构内部的机会越大，渗入的雨水量也越大，对沥青路面造成的破坏也显著增大。

（3）材料性能

沥青路面的材料性能决定水损害的程度。福宁高速路面经过15年左右的运营，路面材料均不同程度地存在沥青老化现象，沥青混合料结构的水稳定性能降低，对抗水损害的性能明显不足，造成路面表面水损害情况严重。

近年来福建省建设的高速路面采用了组合式柔性基层路面，半刚性基层上设置级配碎石层，面层结构厚度达到了26～28cm，表面层采用了改性沥青AC-16C结构，部分路段采用了SMA-13面层，严格控制了各层空隙率，对防止、减少水损害的发生起到了积极的作用。在近年通车的路段上，水损害病害比率明显降低。

（4）施工质量

路面施工质量直接影响路面使用性能，养护工程对路面的维修中的质量，原材料以及施工控制的质量好坏以及日常维修保养工作中对坑槽的修补质量直接影响维修后路面的使用性能。施工中存在的离析、原材料质量差都会导致路面出现较为严重的水损害现象。日常维修由于集料、沥青等原材料无法与建设期乃至维修工程相比，压实设备功率不足导致修补位置下部结构压实度不足，空隙率偏大容易积水等原因造成修补位置出现反复坑槽等严重的水损害病害出现。

4 水损害防治措施

综合沥青路面水损害的形成机理以及影响因素，可以从以下4个方面进行预防、改善。

（1）路面防水

对运营一定时间的路面通过预防性养护措施如微表处、超薄罩面、超薄磨耗层等，减缓路面沥青混合料老化速度。同时，预防性养护措施一般具有较好的隔水、防水效果，可以有效减少外部水进入面层结构内部，降低水损害出现的几率。

图7 路面微表处防水

（2）优化路面排水设计

首先，对路面易产生积水的段落采取优化路面横向坡度，增设排水槽等方法，加快路面排水，减少外部水在路面的滞留时间，从而达到降低水损害的几率。

图8 优化路面排水设计

其次，优化沥青面层结构内部排水功能。对可能受地下水影响的挖方路段，在面层结构内部设置排水层。鉴于福建省组合式柔性基层路面良好的排水设计，早期建设的半刚性基层路面可采用路面重构的方式，按照组合式柔性基层路面结构进行路面结构重构。

图9 优化沥青面层结构内部排水设计

第三，对局部基层表面易产生积水的段落，可采用在基层表面设置级配碎石盲沟的方式对渗入路面结构的水及时排出以及减小沥青面层结构内部的动水压力。级配碎石盲沟可结合排水管的方式，增加碎石盲沟的排水能力。

图10 局部碎石盲沟排水

（3）严格控制施工质量

首先，要加强沥青路面养护工程的质量控制。对养护维修工程所采用的原材料、施工工艺进行严格把控，避免路面离析、压实度不足等问题的出现。严格控制铣刨面粘层、封层的施工质量，确保施工面层与原路面的层间粘结质量。

其次，日常养护工程中对修补工艺进行严格把控，对10cm以上的坑槽修补要求必须采用分层回填、压实，按照沥青路面施工规范控制回填沥青混合料温度。铣刨面及切割面必须喷洒改性乳化沥青粘层油，保证回填沥青混合料与原路面的粘结效果。

（4）改进表面层结构设计

对雨量丰富、长期受水损害困扰的部分段落，采用水稳定性更好的面层结构形式如（SMA-13）、采用高性能改性沥青、优化沥青混合料级配设计等途径对沥青面层结构设计进行优化，以提高路面的使用寿命，保证沥青路面的使用性能。

5 处治效果

（1）福宁高速公路进行了大面积的微表处罩面的预防性养护。从养护效果来看，总体上有效地预防了水损害对路面结构的破坏，从而提高了路面结构的使用寿命。

（2）在路面维修工程中，注重路面结构内部排水设计。针对路面内部易积水的局部段落（如长、陡坡路段）增设了级配碎石盲沟设计。经过施工后的后期跟踪调查结果，路面基本未再次出现水损害破坏，可见针对性设置的排水通道对沥青路面水损害具有良好的效果。

（3）加强养护工程施工质量控制后，近年来施工质量明显提升。经过近几年养护工程施工后的跟踪调查，路面整体维修效果优良，未出现大面积的二次病害。

（4）近年来养护工程设计更加注重面层结构设计的合理性及适用性。对不同路面情况进行了针对性设计。在面层结构选择、级配设计、原材料等各方面进行了优化，维修后的路面状况基本保持优良，路面基本未出现二次水损害现象。

6 结束语

水损害是福宁高速公路沥青路面主要的破坏形式，对路面结构破坏程度也是最严重的。本文从水损害的表现形式、形成机理、影响因素等方面进行了综合分析，并针对福宁高速公路养护工程的实际情况提出了防治措施。对防治措施在实际工程中的效果进行了跟踪调查，论证了防治措施的合理性。