湿热地区高速公路坑槽病害评估与对策

蔡扬发，黄民如，杨海明，杨艺

（1.广东华路交通科技有限公司，广东 广州510420；2.广东交科技术研发有限公司，广东 广州510550）

华南湿热地区最突出的气候特征是高温多雨，且高温持续时间长，降雨量大，平均年降雨量大于1500mm，最高月平均气温可达30℃以上[1-3]。沥青混合料是一种感温性极强的材料，其路用性能受温度和湿度影响较大，如果沥青路面出现裂缝，或者施工离析造成空隙率过高，路表水容易滞留渗入沥青混合料内部[4-6]，在交通荷载和动水压力作用下，混合料会出现松散，若不及时处理将发展成为坑槽，最终引发路面结构性破坏，这不仅会削弱路面平整度，影响行车的安全和舒适，还会缩短沥青路面的使用寿命，降低其服务质量和耐久性[7-10]。

广东省作为我国沥青路面使用性能气候分区中的夏炎热冬温潮湿区的典型代表之一，多数高速公路地处高温多雨的山区，加上近年经济发展带来的交通量快速增长，重载车辆占比趋高，故路面坑槽病害问题更为突出，导致广东湿热地区的沥青路面病害类型及发展有别于其它地区。

广东省某高速公路为半刚性基层结构，路面总厚度为88cm，沥青层厚17cm，上面层和中面层分别为4.5cm和5.5cm，在通车5年内局部路段即出现了严重坑槽病害。本项目结合对广东省某高速公路的坑槽病害评估工程实践，旨在对沥青路面坑槽病害的成因进行系统性分析，并给出有针对性的养护措施，为广东湿热地区高速公路沥青路面坑槽病害的防治提供依据和经验。

1 路面现场检测

1.1 路面结构强度

采用落锤式弯沉仪FWD 对原路面GAC-16、铣刨重铺GAC-13、CAP 养护三个典型病害路段慢车道进行路面结构强度检测，并分别在坑槽处和距坑槽30cm ～50cm 无病害处设置测点，检测结果见图1。

图1 路面结构强度统计结果（单位：0.01mm）

（1）路面弯沉代表值为7.4～14.8（0.01mm），且坑槽处和无病害处的弯沉值差异较小，均小于设计弯沉19.7（0.01mm），说明基层结构强度整体较好。

（2）对比原路面、GAC-13 路段及CAP 路段的弯沉代表值和变异系数，均显示原路面＜CAP 路段＜GAC-13 路段，说明三者弯沉的离散程度存在差异，而这与路面现场坑槽病害的严重程度的规律保持一致。

1.2 路面钻芯

采用水钻法对原路面GAC-16、铣刨重铺GAC-13、CAP 养护和桥面四个典型路段的坑槽处和相邻无病害处分别进行取芯，现场芯样见图2。

图2 现场芯样

（1）四个典型路段坑槽处和无病害处的芯样平均破损率分别为45.5%和20.8%，说明坑槽处的混合料粘结质量整体上劣于无病害处，更容易受到水损害的影响，其中桥面芯样的完整性较好，无病害处芯样的完整率为100%，与现场桥梁段坑槽病害弱于路基段情况一致。

（2）芯样的破损主要与芯样下面层出现残缺和层间脱粘两者因素相关，说明沥青下面层的强度不足和层间粘结不良在一定程度上导致了沥青面层服役寿命的衰减。

2 室内试验分析

2.1 基层无侧限抗压强度

在原路面和铣刨重铺GAC-13 路段的坑槽处及相邻无病害处分别钻取2 个直径150mm 的上水稳基层芯样试件进行无侧限抗压强度试验，基层7d 无侧限抗压强度设计值为4.0～6.0MPa。

基层取样共计8 样，基层芯样均完整取出，无侧限抗压强度平均值为8.4MPa，满足设计要求，且原路面和铣刨重铺路段不同位置的基层无侧限抗压强度差异不大，均维持在较高水平，说明水稳基层整体强度较高，稳定性较好。

2.2 沥青抽提试验

在原路面GAC-16、铣刨重铺GAC-13 和桥面段钻芯取样，将上中下面层分开测试油石比，上中下面层的设计油石比分别为4.80%、4.10%、3.70%。

根据沥青抽提结果，坑槽位置旁沥青含量比路肩无病害处要低，其中上面层油石比均值为4.47%，分布范围为4.21%～4.68%，较最佳油石比低0.12%～0.59%；中面层油石比均值为3.81%， 分布范围为3.54%～3.93%，较最佳油石比低0.17%～0.56%；下面层油石比均值为3.36%，分布范围为3.16%～3.48%，较最佳油石比低0.22%～0.54%；说明上中下面层混合料沥青含量整体偏低。

2.3 回收沥青三大指标

将原路面混合料抽提的沥青回收进行三大指标试验，其中上中面层采用的是SBS 改性沥青，下面层采用的是普通70 号沥青。

（1）上面层回收改性沥青针入度为32.1（0.1mm），延度为6.5cm，软化点为78.0℃；中面层回收改性沥青针入度为16.9mm（0.1mm），延度为6.3cm，软化点为84.5℃；下面层回收普通沥青，沥青针入度为14.7mm（0.1mm），延度为2.7cm，软化点为67.5℃。

（2）由回收后沥青三大指标分析可知，沥青老化后明显变硬变脆，塑性增强，弹性减弱，粘度降低，具体表现为针入度减小，延度降低，软化点升高，其中上面层改性沥青软化点、针入度、延度衰减幅度分别为6.8%、39.4%、81.4%，中面层改性沥青分别为15.8%、68.1%、82.0%，下面层普通沥青分为39.2%、75.5%、86.4%，证明三层混合料沥青均存在不同程度的老化，而下面层普通沥青老化最严重。

2.4 水稳定性试验

采用肯塔堡浸水飞散试验评定沥青混合料水稳定性，试验结果见图3。

图3 飞散试验结果

（1）坑槽附近的芯样的飞散损失整体大于无病害处的芯样，说明坑槽处的混合料的抗水害能力整体弱于无病害处，无病害的芯样的抗水损害能力多保持在良中等级，而坑槽处芯样的抗水损害能力已降至次差等级。

（2）芯样飞散质量损失率的大小排序整体为铣刨重铺GAC-13 ＞原路面GAC-16 ＞桥面，基本与坑槽病害的发展程度一致，说明坑槽病害与沥青混合料的抗水损害能力密切相关。

（3）下面层芯样的飞散损失率整体要大于上中面层，说明下面层抗水害能力要弱于上中面层，这一方面与下面层使用的沥青为基质沥青且油石比更低有关，另一方面由沥青老化后的三大指标可知，下面层的沥青老化程度亦更高，使得沥青胶结能力大幅下降，造成下面层抗水损害能力更弱。

3 病害原因与对策

3.1 病害原因

依据现场钻芯开挖情况，结合FWD 对于路面弯沉的测定结果和对于水稳基层无侧限抗压强度的室内试验结果，综合表明路面基层结构强度良好，暂不构成路面坑槽的形成原因，所以导致路面坑槽的成因主要集中在沥青层。

（1）沥青混合料各层水稳定性不足。根据肯塔堡浸水飞散试验结果，沥青上中下面层抗水损害能力分别评定为中次差等级。

（2）沥青混合料沥青含量低。沥青含量试验显示各层混合料测定油石比均小于设计油石比，且超出规范要求的0.3%的范围，易造成混合料空隙率整体偏高，路面容易出现渗水现象，由于雨水进入路面内部后难以排除，使路面处于饱水状态，在行车荷载作用下，产生动水压力冲刷沥青混合料，更容易造成水损坏。

（3）沥青老化严重，三大指标衰减幅度较大。根据混合料回收各层沥青的试验结果显示，沥青存在异常老化现象，导致沥青变硬变脆，塑性增强，弹性减弱，粘度降低，沥青组分及结构稳定性发生变化，易与矿料剥离，导致沥青混合料颗粒产生脱落。

（4）沥青层层间粘结差，下面层整体强度不足。现场取芯有接近50%的芯样出现断裂或崩角损坏，不能完整取出，粘聚力薄弱，徒手可轻松剥碎芯样下面层，同时层间粘结不足导致层间抗剪强度下降，二者综合会降低沥青层抵御车辆荷载的能力。

3.2 养护对策

为改善路面行驶安全性和舒适性，延长路面使用寿命，从根本上解决路面坑槽病害，遂结合广东气候特点，提出了有针对性的养护对策。

首先对全线坑槽病害进行修补，修补后对全线路基段加铺4cmGAC-13+6cmGAC-20，对沥青面层进行补强，改变路面承载模式，原路面的沥青层变为上基层，由半刚性基层改变为组合式基层；对全线桥梁段铣刨两层，中面层重铺新沥青混合料6cmGAC-20，上面层重铺2cm 热拌热铺超薄罩面。

4 结语

将广东省某高速公路沥青路面的坑槽病害通过现场检测结合室内试验的手段进行了综合诊断，对包括沥青混合料水稳定性差、沥青混合料沥青含量低、沥青老化严重和沥青层层间粘结差等坑槽病害的成因进行了分析，最后提出了有针对性的养护对策，从而为广东湿热地区高速公路沥青路面坑槽病害的评估与防治提供思路。