高速公路沥青路面水破坏现象探讨
摘要：水破坏是当前影响高速公路路况，造成高速公路沥青路面破坏的重要因素。根据咸旬高速公路中施工中所积累的经验，简单的介绍以一下水破坏的表现形态，形成原因及防治措施。
高速公路沥青路面表面层受雨水和车轮辗压的作用，容易出现表面层松散，坑洞、拥包、纵横向裂缝以及雨水沿缝下渗形成的啃边、局部沉陷、翻浆等现象。这些病害一般都发生在雨季，基本上都与水有关。
【关键词】： 沥青路面 破坏现象 预防
一、 高速公路沥青路面水破坏的类型
当降水进入沥青面层后，根据水的滞留位置而异，在大量高速行驶车辆，特别是重型车辆作用下，可以产生以下几种不同的水破坏现象。
1、表面层产生坑洞
降雨过程中,雨水较快进入表面层,在中面层为Ⅰ型密实式且实际空隙率较小的情况下,雨水下渗的速度变慢并滞留在表面层沥青混凝土的孔隙中,在大量高速行车的动水压力作用下使沥青从碎石表面逐渐剥落下来。由于水多数滞留在表面层的下部和与下层的交界面上，因此沥青的剥落总是从层底面开始逐渐往上延伸，当层下部较大碎石上沥青被剥落下来之后，下部沥青混凝土就失去了强度，在车载作用下产生网裂和形变，局部网裂后逐渐松散，松散的石料被车轮甩出并形成坑洞。
2、表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和形变
当表面层和中面层均为空隙率比较大的半开级配沥青，底层为密实式沥青混凝土时，降水易渗入并滞留在表面层和中面层，大量快速行车作用使此两层沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂、形变和向外侧推挤，或者形成坑洞。一旦开始形成坑洞，洞上侧和前后层的水都会渗入到坑中，坑洞就会越来越大。
即使表面层和中面层是密实式沥青混凝土，如果沥青混凝土的均匀性较差或者局部沥青混凝土的压实度不够，实际空隙率偏大，也可能会产生上述水破坏。
3 、产生唧浆、网裂、坑洞
如果水透过沥青面层（两层式或着三层式）滞留在半刚性基层顶面，在大量高速行车作用下，自由水产生很大的压力，冲刷基层混合料表层的细料，形成灰白色浆，灰浆又在被行车压力作用下，通过面层的各种裂缝唧到路面。面层一旦发生唧浆，就很容易产生以裂缝为中心的下陷，同时引起两侧产生新的裂缝和碎裂破坏。范围扩大，该处出现网裂和形变，随后因降水更易渗入并恶性循环，导致路面破坏。
桥面产生坑洞往往也是先产生唧浆，接着产生形变、网裂和坑洞。
4、路面产生严重的辙槽
自由水侵入沥青面层后，使沥青与骨料的粘结力减弱，有行车荷载作用时，滞留在面层下部的水分使矿料，特别是粗粒径碎石上裹覆的沥青膜逐渐剥落，使沥青混凝土的强度逐渐损失，直至完全松散，在行车轮迹下不但产生压缩变形，而且产生剪切变形，轮下松散的沥青混凝土向外侧挤出使轮迹带下陷，同时其两侧鼓起，形成严重的辙槽。这种破坏多发生在重型车辆行车道上，超车道比较少见。
二、高速公路沥青路面水破坏产生的机理与原因
上述水破坏的形式虽然不相同，但其病害机理都是由于水侵入沥青面层，使沥青膜从石料上剥落，最终形成水破坏。分析水破坏产生的原因，要从内因和外因两个方面入手。
水破坏产生的外因是降水（尤其是持续性的强降水无法及时排出路面而下渗），重交通量，以及车辆行使速度。在多雨的南方地区，水破坏程度相对比北方要严重。
水破坏的内因主要有以下几个方面：
1、Ⅱ型沥青混凝土的空隙率较大Ⅰ型沥青混凝土的压实度偏小致使现场实际空隙率大，以及沥青混凝土离析造成的局部空隙率较大；国外的研究资料表明，当沥青路面的空隙率大于8%时，在荷载作用下容易产生较大的动水压力，并造成水损坏。
2、沥青与石料的粘结力不强，易剥落；为了满足路面的抗滑性能对集料质量的要求，我国很多地区采用与沥青粘附性不好的酸性材料，导致沥青混合料的水稳定性大大降低；有些虽然使用抗剥落剂，但质量差，许多抗剥落剂为胺类，在100℃以上会分解，往往在拌和，储存，运输，摊铺时就分解，达不到应有的效果。
3、由于水的介入，可能导致路面结构受力模型的变化。目前我国高速公路的多数采用的是半刚性基层，由于半刚性基层的强度较高，细料含量较多，本身非常致密，几乎不透水或着是渗水性很差。当有路表水渗透到路面内部，很快达到基层表层上时，由于半刚性基层过分致密，不能将水迅速排除时，水将滞留在沥青层和基层的界面上。在汽车动荷载的作用下，容易在界面上形成灰浆，灰浆又会在上下连通的孔隙中挤出，成为唧浆，造成路面破坏；与此同时，沥青和基层的界面条件发生恶化，可能很快转变为滑动的界面条件，沥青层底部将承受很大的拉应力，在反复疲劳作用的同时，造成沥青层底部开裂，加剧破坏；
4、我国路面设计习惯上不考虑路面结构层的排水和不设置有效的防水层。大多设计采用了埋置式路缘石、砌筑式路肩、浆砌挡墙，阻碍了渗入面层的水分排出；有些路段纵坡不顺，路缘石使路表水不能迅速排除，反而形成局部积水。
三、结合咸旬高速公路责任期内修复水破坏道路一些难点处理的看法
1、分析水破坏中水的渗入位置咸旬高速公路内部给水主要是面层与基层交界面上滞留的自由水，水稳基层与二灰碎石底基层交界面上的自由水，来源一般分为两种：①路面裂缝渗水；②中央分隔带渗水。
2、以前处理水破坏病害，只注重于对于病害的治理，忽略了病害的根源是水的来源问题 只有真正切断了水的渗入，才能从根不上解决问题。
1）沥青混凝土面层上裂缝处有从基层反上来的白浆，这表明基层已经积水。唧浆表明水泥混凝土基层已经损害，应挖除沥青层和水泥混凝土稳定基层，这样处理才能彻底。在实践中发现问题：2013年罩面的路段经过一个冬天，多处出现唧浆，原因多处是未处理基层，原先的裂缝都反上来了，经过雨季唧浆的路段就更多了。
2）有些唧浆路段是光处理基层不能彻底解决的，必须要设置排水设施才能彻底根治，2014年5月在旬邑方向K45+450处，外车道出现坑洞，当时处理了基层，处理的很彻底。但是经过夏天雨季后，8月份路况调查中，此处的内车道出现坑洞，而且很严重，从表面形态看是出内部水鼓开的，经过大家的分析是，水是由中央分隔带进入路面基层下面的，由于路面坡度的问题，先前的水是存在外车道的，所以出现唧浆现象最早的是外车道，当外车到处理到基层的时候就已经把这个存水的地方堵死了，经过一个雨季的中央分隔带流入的水，由于外车道被堵死了就存在了内车道中，经过车辆的反复碾压，和水量的增加就出现了唧浆现象，所以我们得出结论要想解决唧浆问题，首先得解决基层下的排水问题。
四、结合咸旬高速公路的施工经验谈一下对水破坏一些难点处理的看法
1、分析水破坏中水的渗入位置，咸旬高速公路内部给水主要是面层与基层交界面上滞留的自由水，水稳基层与二灰碎石底基层交界面上的自由水，来源一般分为两种：①路面裂缝渗水；②中央分隔带渗水。
2、以前处理水破坏病害，只注重于对于病害的治理，忽略了病害的根源是水的来源问题只有真正切断了水的渗入，才能从根不上解决问题。
1）沥青混凝土面层上裂缝处有从基层反上来的白浆，这表明基层已经积水。唧浆表明水泥混凝土基层已经损害，应挖除沥青层和水泥混凝土稳定基层，这样处理才能彻底。在实践中发现问题：2013年罩面的路段经过一个冬天，多处出现唧浆，原因多处是未处理基层，原先的裂缝都反上来了，经过雨季唧浆的路段就更多了。
2）有些唧浆路段是光处理基层不能彻底解决的，必须要设置排水设施才能彻底根治，2014年5月在旬邑方向K45+450处，外车道出现坑洞，当时处理了基层，处理的很彻底。但是经过夏天雨季后，8月份路况调查中，此处的内车道出现坑洞，而且很严重，从表面形态看是出内部水鼓开的，经过大家的分析是，水是由中央分隔带进入路面基层下面的，由于路面坡度的问题，先前的水是存在外车道的，所以出现唧浆现象最早的是外车道，当外车到处理到基层的时候就已经把这个存水的地方堵死了，经过一个雨季的中央分隔带流入的水，由于外车道被堵死了就存在了内车道中，经过车辆的反复碾压，和水量的增加就出现了唧浆现象，所以我们得出结论要想解决唧浆问题，首先得解决基层下的排水问题。
五、高速公路沥青路面水破坏的预防措施
从产生水破坏的机理来讲，由于水分的渗入，在车辆荷载作用下，沥青膜与集料剥落，这就是水破坏发生的条件。因此要预防水破坏必须从这方面入手：
（1）防止水进入沥青路面面层内部；
（2）提高沥青与骨料的粘接力，增强水稳性
1、采用密集配沥青混凝土
路面各层使用密实式即Ⅰ型沥青混凝土，抗滑表层也使用空隙率不大于4%的密实式沥青混凝土，来减少路表水渗入到面层结构中。
在选择面层材料时，除不透水性还应注意高温稳定性以及抗滑性能。但是空隙率较低的密实式沥青混凝土构造深度较小，对抗滑性能不利。综合考虑，在选择密实式沥青混凝土的同时，应改善矿料的级配，选择合适的级配，满足要求。
2、改善沥青混凝土的水稳性和耐久性，增强沥青与集料的粘结力
通常情况下,石灰岩等碱性石料,与沥青的粘附性很好,但耐磨性能差,不能适应沥青路面对表面层抗滑及耐磨耗的需要;而花岗岩、砂岩、石英岩等酸性岩石,石质坚硬、致密、耐磨性强,能充分发挥集料之间的嵌挤作用,但它与沥青的粘附性能较差,容易在水份的作用下造成沥青膜的剥落,因此,有必要提高沥青与集料的粘附性和抗剥离性能,大量的试验证明，用干燥的磨细消石灰或生石灰粉能有效改善抗剥落性能；
其次，在沥青中掺加抗剥落剂，以增加粘结力，但应先做抗高温试验，以验证效果。
3、加大现场对压实度的控制，提高压实度指标和现场空隙率指标
为了增加沥青混凝土面层的密实性，增强不透水性，应该提高沥青面层的压实度。实践证明只要严格要求，加强管理，压实度完全可以达到98%以上的要求。提高压实度指标和现场空隙率指标，表面层压实度达到98%以上，中面层和底面层不少于97%，表面层现场空隙率≤6%，中面层或底面层≤7%，在这种情况下，面层的透水性会大大减少，能够较好的防止水破坏的发生。
同时，对于压实度的控制，必须提高对压实度重要性的认识，迅速改变因为片面追求平整度和担心构造深度而忽视压实度的现象。
4、减少施工中的变异性，增强沥青路面质量过程控制
即使面层全部使用密实式沥青混凝土，对于半刚性路面，施工质量受到中的各种变异性因素的影响，也可能产生水破坏。沥青路面施工的变异性的原因是各种变异性的综合结果，包括取样的不均匀性（缺乏代表性），试验方法的问题以及材料和施工过程的变异性等（如原材料的质量、混合料级配、油石比、压实度、温度等的变异性），这些因素均能直接影响沥青路面的质量。
进行必要的质量过程控制，从原材料的选定、生产，到沥青混合料的生产、运输、摊铺过程，再到路面压实成型过程的一整套的质量控制，尽量减少施工中的变异性，变事后控制为过程控制，对关键工序、重要指标实时控制，反馈信息及时，建立一套科学的完整的现场管理体系，这些对预防水破坏乃至高速公路的早期破坏都有重要的价值。
沥青路面使用的原材料品种多，数量大，要经过加工、运输、堆放等过程，材料的性能很容易受到影响。碎石可能是多个地方采购，实际颗粒组成存在显著差异。在实际工程中，由于管理不到位，从多个小碎石场采购的石料很难按照原来样品的颗粒组成进行验收，料场的矿料堆放混乱，需要加强管理来减少和避免各种不同的石料混合堆放造成的不均匀性；使用装载机向冷料仓中上料容易造成不同规格的碎石在同一冷料仓中混合；普通的矿料堆放方式往往是从一个小堆慢慢地往上堆积，往往造成了大粒径的矿料滚到底部，造成了矿料间的离析；这些都增加了原材料的变异性，增大了沥青混合料的不均匀性，要影响最终的路面质量，属于沥青路面过程控制中原材料控制的问题；
工程现场中的控制手段比较落后，抽样频率，和取样方法缺少科学的统计性，与国外同行相比，缺少全面的代表性，国外对试验数据评价依据的是离散性、变异性和对最终产品可靠度的影响，与我国的点点对比方法具有先进性和科学性，国外的施工采样频率通过统计离散性来进行确定，与我国固定频率抽检更科学一些。对于国外的先进经验，我们可以进行借鉴；
沥青混合料的离析有粒料离析和温度离析，如何控制和减少混合料的离析是关键环节之一。例如，如何控制混合料的干拌和湿拌时间使混合料的均匀性好？如何保持混合料拌和时间和温度与出厂温度的一致性？送料车要采取什么保温措施来保证在摊铺前运输过程中混合料的温度减少变化？实际上，如果这种温度变异性能够很好的控制，沥青混凝土的压实度和空隙率都能够得到保证；此外，还有混合料拌和、运输、摊铺、压实等施工中的许多具体问题，具体措施，这些都属于沥青路面过程控制的内容。
对于现场施工，一方面加强管理，采取有效的手段，减少以为人为因素，管理原因造成的混合料变异，施工的不均匀性；另一方面，我们要改进目前的施工工艺，找出影响变异性的环节，加大控制力度，借鉴和吸收国外先进施工经验，引进先进的无破损过程检测仪器，从多方面来控制沥青路面工程过程施工，可以提高我国沥青路面高速公路质量水平，减少水破坏等早期病害的发生。
5、做好路面的防水和排水
水无法进入面层，水破坏的条件也就无法达到，因此水破坏也可以得到控制。我国路面设计习惯上不考虑路面结构层的排水和不设置有效的防水层，如何改进这些不足，建议设计一些构造排水，使得路表降水及时排除；设置排水层，即使渗入到面层中的水也能排出。这些我们可以借鉴一些国外的先进经验，加大这方面的研究力度，改进我们设计理念得到发展。我们可以从以下几个方面做好路面的防水，排水：
1） 提高认识，做好路基，路面的防水综合设计；
2） 提高路表水排水畅通；
3） 路面结构层内部排水畅通，全线设置纵向排水沟；
4）做好中央分隔带封水，要求护栏柱安装提前并灌沥青封堵；
5） 保证路面横坡度，提高平整度；
6） 保证边沟尺寸，防止边沟水倒灌；
7）做好内侧边沟及盲沟，经常清理，防止堵塞。
五、结束语
高速公路沥青路面早期水破坏原因复杂，影响因素多，涉及到设计，施工，检验，以及道路养护等等诸多问题，实际上，通过精心设计，在施工中进行严格的质量过程控制，从源头上预防水破坏，这种问题会逐步地得到解决。