沥青路面水破坏原因及施工防治措施

杜显平(中铁二十四局集团有限公司路桥分公司)

在早期破坏的诸多现象中，水损坏成为影响最深、危害最大的一类。利用已经取得的研究成果，探讨采用恰当的施工措施减少水损坏的影响，对提高施工质量、延长公路使用寿命、降低维护费用具有十分长远的意义。

1 以各种形式存在的水破坏现象

(1)混合料剥落

路面泛油、结构松散、坑槽等病害现象是伴随混合料的剥落发生的。集料不管是酸碱性，都存在剥落现象，环境因素造成了不同程度的剥落。沥青的粘性与极性、集料的岩石种类与洁净性以及比表面积等都是影响剥落的原因。

(2)内部松散、坑洞

滞留在面层的水分降低混合料的稳定性，进而削弱了其强度，导致混合料松散成碎石状。松散的混合料，在行车荷载作用下，流失剥落的石料形成坑洞，坑洞随后继续扩大形成坑槽。

(3)泛浆

从裂缝或层间空隙进入路面结构的自由水，因为路面内排水能力差，长期浸泡基层顶面，在反复行车荷载作用下，冲刷基层结合料形成白浆。路面的泛浆现象，就是白浆被挤压通过路面结构内的空隙或裂缝到达路表。

2 解读水损坏的原因

2.1 产生水损坏的外因

(1)水和动水压力

水侵入沥青与骨料之间，导致沥青混凝土粘附性损坏，在行车荷载导致的动水压力作用下，形成剥落、坑槽、网裂等早期破坏现象。水侵入下层透水性较低的路面结构，就会长期浸泡和冲刷基层材料，最终导致泛浆、唧浆破坏，削弱路面基层强度和稳定性。

(2)荷载因素

近年来，高速公路上重型货车在车辆组成中的比例显著增加，而且普遍存在超载现象。这些货车成为了决定路面早期破坏的一个很重要因素。我们从下面两个方面论述这个问题。

情况一：路面的疲劳破坏在轴重超过设计标准值时会大大增强，甚至导致路面直接强度破坏。从表1给出的超载情况下路面各层破坏年限变化情况，可以看出使用年限的削减度与轴压增长值有级数关系，荷载的大小决定了路面结构的使用时间。

情况二：超载行车不仅增大路面的强度负担，车轮与路面间复杂的应力分布使面层间的剪切破坏可能性增加。通过对比各层次力学性能对剪切破坏的影响，可以得出结论：泊松比对路面结构的剪切破坏起决定作用，同时基层与面层模量的相差情况对剪切破坏同样至关重要。施工中应该避免追求大模量的基层的错误认识，采用各结构层的合理组合，以达到良好的使用性能。

表1 路面各层破坏的时间与轴压的关系

2.2 产生水损坏的内因

(1)过大的空隙率

空隙率对沥青面层初期损坏影响深远。路面初期破坏在孔隙率超过8%的路面较为严重，当空隙率低于7%时路面情况较好。

研究表明：沥青混合料透水的临界空隙率是8%，路面透水性在其空隙率小于8%时很低;路面透水能力增长迅速在空隙率超过8%。此外空隙率对路面的强度起到一定作用，空隙率由4%上升到8%时，沥青混凝土的抗拉能力削弱了1/2;开级配型沥青混合料的劈裂强度是密级型的1/2左右。

综上所述，沥青混合料的空隙率是决定路面初期破坏的显著因素，沥青路面在施工过程压实不足的情况下空隙率偏大，削弱了它的抗疲劳破坏能力，进而沥青面层的整体性能大打折扣。

(2)压实度重视不足

压实对路面结构的性能有重要作用。施工单位过于顾忌平整度和构造深度要求，造成了压实度不达标。如国内率先提出并实现平整度指标要求的沪宁高速公路，在缺乏经验的情况下，未保证压实的前提下实现了平整度要求，结果第二年夏天就出现了比较严重的水破坏问题。

(3)集料与沥青的性质

集料的矿物质成分、比表面积、表面清洁度对混合料稳定性有显著影响。集料与水的吸附作用强弱是影响剥落的关键因素：对水吸附作用强的集料通常偏酸性，这种集料对沥青的吸附作用偏弱;对水吸附作用弱的集料通常偏碱性，这种集料对沥青的吸附作用稍强。集料比表面积大，表面清洁程度高，表面富含丰富的高价金属离子时，集料对沥青的吸附作用更加稳定可靠。

富含多种极性物质的高粘性沥青，可以与集料产生更好的吸附作用，比低粘性沥青抵抗水侵害能力强。在技术标准较高的公路施工时，采用抵抗水破坏能力更强的改性沥青是有必要的。

(4)路面排水系统

以自由水形式滞留在路面中的水如果不能及时排出就会引起各种形式的早期破坏现象。设置合理、质量过硬的排水系统对于防止水损坏提高路面使用性能有着重要作用。

对进入路面结构的水形式进行分类：通过各种空隙和裂缝侵入路面内的表面自由水;通过虹吸现象侵入路面结构的地下水;道路两侧的临时滞水。正常情况下，路面内自由水是通过缓慢的渗流过程从路基向四周的土壤逐渐散开，这个渗流过程的速度受到周围地质状况和路基渗透性影响。采用渗透性差的路基和填土，会将路面结构包裹起来，进而使水分困在路面结构内部。这些被“围困”的水分就是路面早期破坏的元凶，因为路面路基的强度及结构抗疲劳能力都受到不同程度的削弱，所以建立良好的排水体系，实现水分迅速排出路面和路基，很有必要。

3 采取适当的施工措施控制水破坏

3.1 防止混合料离析

(1)集料管理方面：选用清洁、均质集料，选取结构坚硬、地表平整的场地堆放集料，为避免降水等气候影响要采取遮盖措施。

(2)拌和工艺控制：严格控制油石比、拌和温度和拌和时间，生产过程中不能随意变动试拌结果，并尽量保证拌和均匀。

(3)按从前到后的次序，对运输卡车实施装料。

(4)摊铺机应在运料车离去后及时收料斗，以避免混合料离析。

(5)混合料在摊铺机螺旋输送器上先前滚动产生离析，应通过在螺旋传输器前设置通长挡板，避免其发生。

(6)提高摊铺工艺：合理施工设计，采用多台摊铺机分批次跟进作业，保证摊铺过程速度均匀、质量过关，并控制施工宽度在合理区间(6～8 m)。

(7)选用合理压路机数量和类型，匀速作业，以加强压实效果。

(8)做好施工接缝，防治接缝离析，为避免施工接缝附近的沥青混合料产生离析，一般不允许有冷接缝，尽量采用热接缝，避免横向接缝开裂。

3.2 提高压实标准

施工过程中应在追求平整度的同时，兼顾压实度要求，控制表面层在98%的压实度以上，中、底面层在97% 以上。

3.3 排水结构施工措施

(1)在对沥青面层下设有排水层的路面施工时，注意保证路面不被污染，以防空隙堵住。

(2)合理安排施工顺序，避免铺筑后再开挖中央分隔带、埋设管道等，以免土污染沥青面层，削弱上下层粘结。施工时应该保证开挖、埋设、绿化等工序在基层施工过程中同步完成，沥青层铺筑最后完成。

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