新疆博州沥青混凝土路面破坏原因及预防措施

冯荣亮，王星晶

(1.长安大学，陕西 西安 710054；2.新疆双河勘测设计有限公司，新疆维吾尔自治区 博乐 833400)

1 导 言

沥青路面是用沥青材料作为结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。通过增加了沥青混凝土结合材料的黏聚力，提升了整个沥青混合材料的强度，这样就能够保证整体沥青混凝土路面在施工中的质量及其安全性。沥青混凝土路面应该具有良好的表面平整、均衡、坚硬、力学强度高、养护期短、维修方便等特点，在我国公路和城市道路的建设中已经得到广泛的应用。随着当前我国社会和经济的发展与进步，在沥青混凝土的路面上仍然存在着更大发展的空间。沥青混凝土路面由于行车过程中产生的荷载和自然环境等条件下会直接影响影响路面的稳定性与耐久性，针对沥青混凝土路面的常见病害进行原因研究分析，并从技术设计角度提出预防措施，从而改善沥青混凝土路面的使用效率，降低病害发生。

2 博州环境

博尔塔拉蒙古自治州(简称博州)位于新疆西北边陲，天山支脉婆罗科努山北麓，准噶尔盆地西南边缘。地理位置东经79°53′～83°53′，北纬44°02′～45°23′。全州地域东西长315 km，南北宽125 km，总面积2.7万km2，约占新疆维吾尔自治区总面积的1.7%。博州地处欧亚大陆腹地，西、北、南三面环山，中间是谷地平原，西部较窄，东部开阔，整个地形由南、北、西逐渐向中、东部倾斜，并似喇叭状逐渐开阔。博州属北天山地槽褶皱带的一部分，地质构造线的发育方向因受纬向构造控制，均为东西向。大构造单位的形成时期分为加里东期和海西宁期。在加里东期主要形成别珍套褶皱束，其轴部有大量花岗岩侵人体，两翼为泥盆系及石炭系地层。地貌特征大致由南北两侧山地、中部博尔塔拉谷地和东部艾比湖盆地这三个较大的地貌单元组成。

博州地区远离海洋，属于典型的北温带大陆性干旱气候。主要的气候特点之一是季气温日、年比较差大，夏季炎热，冬季寒冷；春季季节气温反复下降回升快且气温变化不稳定，秋季季节降温迅速；冬季降水稀少、分布不均，蒸发量和流动量大，空气干燥，光照充足；夏季多急性雷阵雨和急性冰雹，春秋季多强烈暴雨大风，冬季多连密集阴雨大雾。博州境内的年度月平均气温一般会随着当地海拔的不断增长和气温升高而逐渐有所应的降低，海拔每年会增长100 m，年度的平均气温一般会下降0.3～0.4 ℃。由于中国地势基本上都已经是一个西高东低，因而年均气温几乎都会从东到西逐步向上降低。根据历年博州各级气象站的统计数据：年各月平均气温为7.2 ℃，极端极高最低气温为41.3 ℃，极端极高最低气温-36.4 ℃；年各月平均累计降水量为91.5 mm，最大年平均累计降水量为163.9 mm，最小年各月平均降水量一般设计为23.5 mm，降水多主要集中在春夏这一个降雪季节，3～8月的年平均降水量63.3 mm，占博州全年各月平均降水量的75%；年均积雪厚度≥5 cm的31.6 d，历年积雪最大厚度13 cm；最大冻土深度为15 cm，多年平均冻深115 cm。

从博州交通运输局的数据调查中获悉，2020年全州建设修建公路的总里程为3 345 km，全州建设公路总里程达8 971 km，三级以上公路占总里程的54%，其中81.4%的公路均采用沥青混凝土路面结构。

3 常见病害原因及预防

3.1 裂缝

在沥青混凝土路面结构中，裂缝是属于最为常见的一种病害，常见的裂缝主要有横向裂缝、纵向裂缝以及网状裂缝。路面一旦出现裂缝如若未及时进行处理，随着雨雪水的侵蚀、温度的升降及行车荷载等因素的作用，裂缝也将变的更加严重，直接影响到道路结构的强度，导致路面的承载力下降，并随之发生其他病害。

(1)横向裂缝

横向裂缝一般有荷载型裂缝和非荷载型裂缝两类，其中荷载型裂缝主要特点是先在路面底层发生，逐渐向上反射至表面。产生的原因主要有：①设计不合理，设计结构承载能力不满足实际使用能力；②施工质量低劣，未达到设计标准，使得道路结构承载力偏低；③车辆超载行驶，车辆荷载超出道路承载力。这些路段的断裂都是因为路面上所产生的拉应力大大地超出了路面上的疲劳强度。非荷载型裂缝主要有沥青面层收缩裂缝和基层反射裂缝两类：面层收缩裂主要因冬季气温骤变导致面层收缩，在温度应力的影响下反复发展，产生裂缝，基层反射裂缝主要原因是由于半刚性基层首先开裂，向上反射发展和扩张致使路面产生裂缝。横向裂缝的间距是由当地的气温及沥青表面层和半刚性基层之间的抗拉强度而定。

(2)纵向裂缝

纵向裂缝的形成原因主要包括：①道路施工时分幅摊铺，而且摊铺机之间的间距过大，导致接茬处未处理好；②由于路基压实度不均匀或由于路基两侧边缘受水侵蚀而直接产生不均匀的沉降；③由于轮载诱发的沥青表面径向拉应力、温度和沥青结构老化等原因导致的劲度差异、沥青老化降低混合料拉伸强度和拉伸应变而引起的Top-down裂缝。

(3)网状裂缝

由于沥青路面整体承载力强度不足，引起的路面裂缝，主要原因有以下几点：①沥青路面结构设计不合理，路基路面压实度不够，路面材料配合比不当或材料拌合不均匀；②沥青路面出现局部横向、纵向裂缝后未及相应材料进行封闭填充，导致水向下渗透，产生材料剥离或冻融，加剧裂缝；③沥青施工及长期使用导致出现老化现象。

(4)裂缝预防措施

根据裂缝产生的原因，在博州地区，除了荷载之外，水和温度的影响也是非常重要的。博州地广人稀，多数路段缺少道路交通量真实数据，在进行设计路面结构时，除考虑当地人口及车辆保有量等因素作为计算依据外，还要综合考虑该地区已经修建道路的使用情况，借鉴当地运行状况良好道路的路面结构，合理选择沥青材料及骨料级配，优化道路材料设计，根据道路等级、交通组成、行车荷载等级及自然条件设计合理结构层厚度，可以有效抵御基层裂缝的发射延伸、减少车辆荷载所引起的剪力效应；不管是地下水还是地表水，都会在某种程度上影响沥青混凝土路面的稳定，根据博州地区的地质情况，道路周边环境以戈壁滩或耕地为主，加之博州气候干燥，即使在雨季，降雨也会很快渗入地下和蒸发，所以在道路设计时，要合理考虑路线的纵坡和路面标高，确保路面雨雪水能及时顺利排至道路两侧，同时设置路边排水设施，最大程度减少地表水对路面的损害破坏；博州昼夜温差大，夏冬季节时间长，夏季温度过高，路表面受温度影响会膨胀，路面结构又会约束这种膨胀，增大道路表面的拉应力，从而出现裂缝，冬季温度过低，尤其夜间温度更低，沥青随温度的降低而收缩，同时沥青路面整体会变的又硬又脆，白天随着温度的升高，这种收缩相应减轻，如此反复，最终会导致路面出现裂缝，面对温度的不利影响，笔者认为博州这种特殊气候情况，应该合理选择沥青标号，使材料性能适合当地的温缩影响，减少因温度影响出现道路裂缝。

3.2 盐碱土

盐碱土主要有两个成土阶段，即盐化过程和碱化过程，所以当土壤中的中性盐大量在毛管水中积累或者达到某种浓度时，在土壤中的毛管水作用下，其盐分会随水流动而上升至土壤地表，主要的土壤中盐分有氯化物和硫酸盐，土壤pH为中性，称之为盐土碱土主要是在土壤的碱化反应中形成的，土壤在碱性或者水溶液的相互作用下，产生了钠盐，使得土壤中的胶体与其之间发生钠-钙的交换，当土壤中胶体上的钠-磷离子含量达到一定的比例，土壤pH值大于9.0，使得土壤具有强烈的碱性，土壤的物理特征会发生变坏，就可以形成了碱土。博州地区属于典型的北温带大陆性干旱气候，降雨量小，蒸发流动量大，加之博州地区整体地势不平坦，在降雨比较集中的季节，土壤中的大量盐碱成分均可以溶于水中，并从高处向低洼处进行汇集，随着空气温度的升高，蒸发速率过快，部分盐分会随毛管水从低处转移至高处，致使高处积盐相对严重。同时，博州地区的水质矿化度相对较高，而且地下水埋深越浅的地方，水质矿化度越高，当蒸发量远大于降水量时，土壤中的水分和矿物质将会离析，最终形成盐碱土。经调查，博州地区农村公路中有近22%路段建设在盐碱土上。受盐碱土影响，有可能会降低道路的稳定性，出现路基溶陷、盐胀、翻浆等危害。

(1)溶陷

虽然盐碱土在干旱环境下其强度的表现相对良好，但是在土壤含水率逐渐增加的情况下，路基土层中的结晶物和硅酸盐大量溶解，土壤之间的孔隙逐渐增大，受到了土壤的自重和行车时的荷载等各种多方面原因的影响，导致了土体产生明显的溶陷现象，随着气候温度的升高，出现了持续性的吸收和溶解，从而直接造成了路基土层溶陷失稳。

(2)盐胀

盐胀通常被认为是由于盐经过结晶后迅速膨胀所致，并且一旦路基发生盐胀，会使得路基表面呈现肉眼能够看到的膨胀高度，给驾驶者的行车安全造成了较大隐患。博州地区盐碱土的快速膨胀主要原因是由于温度变化所致，因为该地区的昼夜温差及四季平均气候的温差都非常大，气温变得更高时盐分的溶解度就会逐渐增大，相应地析出的结晶就比较少，当其温度下降时，盐分的溶解度也会逐渐降低，从而导致盐碱土出现大量的结晶，在这个过程中盐碱土会出现明显的体积膨胀，当其温度又继续升高时，盐分就会被溶解，土壤体积减小，导致土体疏松，如此反复，导致路基出现失稳破坏。

(3)翻浆

翻浆通常是发生在冬春相邻的交替期间，随着春天和夏季气温的增加而升高，博州地区春季时间短，冬季过完很快就到夏季，导致路面上层的结构要先融化于下层的结构，在行驶和荷载作用下，路基可能会变得湿软、强度降低的情况，严重时会出现裂缝、泥浆等造成路面泥泞不堪。

(4)盐碱土预防措施

我国对公路工程施工中遇到土壤盐碱土的治理技术和应用方法已经很成熟，最常见的方法有：隔断和分层法、提高路基法、浸水预溶法、强夯法和换填法等。针对博州地区的特殊地质情况和道路使用性质，建议在设计时考虑采用卵石隔断层法、提高道路路基法和换填法，同时可以多种方法综合使用。隔断层法使用材料很多，如土工布、沥青砂等隔水材料或河沙、砾石、卵石透水材料等，结合博州地区矿料资源，有大量的卵石等大粒径天然石材可以选用。卵石作为隔离层，使降水快速下渗，不会形成毛管水，减轻盐碱结晶。在满足路基强度的同时，通过卵石做为隔离层，卵石粒径自下向上依次减小，这样既保证基础稳定，又不会导致上层结构材料填满卵石层空隙减弱隔离作用。提高路基高度主要是可以减少路基中水分和盐分的含量，从而减轻盐碱土的病害影响，但是考虑博州道路的主要作用，部分路段的标高要与周边环境相协调，这就造成了提高路基高度的方法有一定的局限性。换填法是指将路基中的盐碱土挖出，回填一定的良性砂砾材料作为路基。博州地区天然砂砾储量丰富，在道路设计工作中，用天然砂砾作为换填层是常见的做法，可以有效的减轻盐碱土对路基造成的危害。现实情况多为复杂，我们通常多种方法综合使用，最大程度的减少不良病害。

4 结 语

沥青混凝土路面常见病害，基本上都是从小至大，从轻微到严重的渐变过程，病害发生前期如果足够重视，可以避免其发展成为严重的路面损坏。而道路设计是整个建设过程中首先进行的工作，本文主要通过对沥青混凝土常见的两种病害进行分析，针对博州地区的气候和料场情况进行分析，对不同病害采取合适措施，将病害影响降至最低，达到提高道路服务水平和延长道路使用寿命的目的。