沥青路面水损害病害分析及养护对策

1 问题的提出
　　截至2008年底，福建省高速公路总里程已达1767km，2009年计划通车里程203km，这些高速公路路面绝大多数采用了沥青路面，而基层结构形式在2007年以前通车的项目采用半刚性基层，近两年内通车的项目均采用组合式基层，即水泥稳定碎石底基层+级配碎石下基层+ATB上基层。路面结构的调整对于防止反射裂缝、减轻早期破坏起到了积极的作用，但笔者根据长期从事高速公路养护工作的经验，认为在福建这样夏炎热冬温多雨地区，水损害一直以来是困扰高速公路养护工作者们的主要问题之一，尽管组合式基层中的级配碎石层在设计理论中具有排水的作用，但从国内其他采用该结构层的项目实际使用情况来看，级配碎石的排水功能并不十分理想，而其上层的ATB材料细集料含量低，骨料粒径大，仍然受到水损害的威胁，不能掉以轻心。
　　2沥青路面水损害产生的机理分析
　　分析清楚沥青路面水损害病害产生和发展的过程，是科学地开展养护工作的基础。
　　根据在多个已通车3年以上的半刚性基层沥青路面结构取芯的结果，可以看出多数芯样各沥青结构层之间的粘结状况不好，多数破坏的芯样在层间都出现了松散和剥落，一些破坏严重的芯样中甚至可以取出完全没有裹覆粘结料的集料。我省某两条高速公路取芯情况统计于表1。

表1 某两条高速公路取芯数据统计表

项目	通车年限	取芯总个数	完全松散芯样个数	层间分离芯样个数	明显竖向裂缝的芯样个数	基层顶面松散
A	4年	46	4	16	8（注：自下而上开裂）	5
B	9年	32	11	12	5（注：自上而下开裂）	9

　　对于水损害产生机理的分析，业内观点基本一致，特别是在高速公路上，由于行车速度快，重载车辆多，水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后,在车轮轮胎动态荷载产生的动水压力或真空抽吸冲刷的反复作用下,水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部,使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力,从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离,沥青混合料掉粒、松散,使沥青路面结构的整体性发生破坏。而且这种破坏的过程往往快得惊人，有时一场大雨就能产生坑洞，除此之外，网裂、唧浆及严重的辙槽也是水损害的主要表现形式。
　　3 沥青路面水损害养护对策分析
　　基于上述分析和福建省通车道路的使用情况，笔者认为在南方地区沥青混凝土路面的高温稳定性已经得到高度重视并有了行之有效的防治措施之后，水稳定性应当作为养护对策研究的重中之重。
　　3.1 根据水损害产生的层位不同，采用不同的养护对策
　　对于较为普遍的上、中、下三层沥青面层，或目前我省推广应用的上、下沥青面层+沥青稳定碎石基层，水损害可能发生在任何一个层位。
　　（1）当水快速渗入局部空隙率较大的上面层时，由于其下层较密实，进入面层的水在尚未继续下渗到下层时，上面层就开始产生水损害。这种情况下通常采用铣铇上面层，加铺罩面，同时做好中上面层的层间防排水，完善路面的平整度和横坡，保证路表排水通畅的对策。
　　（2）当透入上面层的水较快渗入中面层，由于各种原因滞留在中面层而难以进入下面层时，在冲刷作用下中面层沥青混凝土沥青剥落，强度变弱，导致上面层首先在行车道轮迹带上产生网裂或车辙。这种情况下必须铣铇到上、中面层，并彻底处理下面层的破坏，做好路面结构层的防排水措施和路面外部的排水系统，疏通路面结构内水的流出通道，重新铺筑中上面层。
（3）当水透过中面层渗入下面层，滞留在下面层空隙中的水引起下面层沥青混凝土沥青剥落、混合料松散，强度减弱，导致产生网裂。对于半刚性基层，进入下面层的水直接滞留在基层顶面，并在行车荷载作用下首先冲刷基层表层的水泥细料，逐渐形成唧浆；而浆被唧出的过程中，沿途的沥青混凝土产生剥落，轻者表面产生网裂形变，重者将很快产生坑槽；坑槽中的碎石被行车作用甩出洞外，洞中极易积水，加剧水损害的发展。对于柔性基层，下承层的排水功能若不能发挥，或设置了排水层但质量较差时，也会发生上述病害。这种情况下，应首先彻底分析路面结构内水的来源，完善整个路面排水系统，并彻底修补已经破坏的基层甚至底基层，重新铺筑沥青混凝土面层。
　　3.2 根据水的来源不同，采用有针对性的养护对策
　　（1）自然降水是路面主要水源之一，它导致水损害的一方面是建设时期层间排水不畅导致结构内部有残留水，另一方面是工程完成后的平坡路段由于表面降水在路面滞留时间过长而导致下渗。针对自然降水首先应在建设过程中根据降水强度加强层间水的排出，采取适当增加排水出口，增加积水槽密度等措施；进入运营阶段后，也应想方设法采取表面封水措施，使水尽可能从表面排走。
　　（2）当出现中央分隔带渗水的现象时，应在路面两侧增加纵向边缘排水设施，以排出路面结构内部积水。
　　（3）挖方路段或软基路段的地下水往往比较丰富，局部路面内部易形成水分浸入的通道，这时应加强路面内部的排水，如增设路面横向盲沟，将路面内水分通过路侧排水设施排出路面结构以外。
　　3.3 针对路面结构设计导致水稳定性不足的养护对策
　　目前出现的水损害中，相当一部分是由于沥青路面结构设计中忽视了层间粘结的功能层设计和防排水设计而造成的，因此结合具体的路基状况、降雨量状况和周围已运营路段的实际情况，完善路面结构设计是非常重要的。除了业内人士已经非常重视的结构层厚度选择、混合料设计以外，路面结构层内部防排水和外部排水综合设计对路面的耐久性起到关键的作用。我省目前采用的组合式路面结构就是考虑沥青层下设置级配碎石过渡层排水，并在半刚性底基层顶面设置上封层，防止水分进入半刚性底基层内部，就是很好的对策，对降低养护成本起到了积极的作用。而对于早期半刚性基层沥青路面水损害严重的路段，也可以考虑采用在基层顶面增设上封层，再重铺密级配面层的养护对策。
　　3.4 针对施工不均匀的养护对策
　　沥青路面施工时，不均匀现象潜藏于生产的各个环节当中，理论上表现为混合料级配偏差较大和局部离析，而水损坏常常就从这些局部不均匀部位开始并逐步扩展。这种破坏随机性大、无明显规律，制定养护对策是重在及时——及时发现、及时处理，以将病害控制在局部范围内，防止其进一步扩展。
　　3.5 针对不同水损害阶段的养护对策
　　（1）水损害早期阶段，路面上有轻微且小面积的麻面，点状的坑槽较少，应进行及时的坑槽修补和灌缝，起到预防作用。此外根据我省微表处的使用情况，笔者认为在道路运营早期就采取超薄罩面、微表处等预养护措施对减少水损害是非常有利的。
　　（2）当路面出现少量的唧浆、坑槽，抗滑性能变差，路面状况指数降低，平整度也有所下降时，就进入了水损害中期阶段。此时的养护对策应着眼于恢复表面行驶功能，常规的处理方法是对路面进行铣刨，然后进行热沥青罩面。
　　（3）水损害发展到后期，路面破坏一般是各种破坏因素共同作用、各种病害交叉发展的结果，沥青混合料性能变差，出现沉陷、大面积不规则裂缝等，此时路面结构强度不足，必须对面层甚至基层进行挖补，开展全面的大修。
　　4结语
　　综上所述，沥青路面的水稳定性已经成为影响我省高速公路服务水平的重要因素之一，水损害产生的早期往往是材料性破坏，而发展到后期就成为结构性破坏，因此早期及时养护维修、有针对性地制定养护对策对于延缓水损坏、提高道路运营质量是非常重要的。文中所述的损坏类型以及养护对策是根据笔者多年来在福建省从事高速公路养护的经验积累，希望对同行有所借鉴。