高速公路路面病害类型及原因分析

白存亮

（甘肃省交通工程建设监理公司，甘肃 兰州 730030）

目前，无论是国内还是国外，高速公路沥青路面以其行车舒适、噪音少、扬尘少、维护方便等优点被广泛使用，沥青路面技术也有了很大的发展。但是随着我国高速公路的迅速发展吗，交通量日益增大，重载车辆、超载现象十分严重，加以受路面结构、气候、地形、地质条件、行车荷载等多种环境因素的影响，造成沥青路面结构的裂缝、坑槽、车辙等各种破损现象，使得高速沥青路面的各种优点大打折扣。沥青路面的各种破损情况不仅是沥青路面的品质下降、使用寿命降低，而且会带来路面病害的恶性循环，是路面破损面加大，造成维护费用的成倍增加。根据近年以来高速公路沥青路面损坏的特征，高速公路沥青路面常见病害包括以下几种类型：

1 裂缝

裂缝病害是高速公路沥青路面常见病害之一，开裂的表现形式多样，主要分为纵向裂缝、横向裂缝、网状裂缝以及反射裂缝。

1.1 纵向裂缝

纵向裂缝一般有两种：一种主要发生在紧急停车带或路肩部位，其形状是沿路肩边缘向内逐步扩大，呈月牙形，这种裂缝容易使路基发生滑移，危险性很大；另一种是发生在行车道部位，多为纵向条带状，裂缝两端未延伸到路堤边缘容易形成沿行车方向呈台阶状，影响行车舒适性。

纵向裂缝形成的主要原因有以下三个方面：

（1）地基原因：有些路段处于丘陵低洼、河谷处，地基土天然含水量较高，在设计及施工时未做处理，在高填土后，由于地基承载能力的差别出现不均匀沉降，造成路面纵向开裂。

（2）路基施工原因：如果土基施工时天气干燥，局部路堤填料土块粉碎不足，路基压实不均匀，暗埋式构造处因构造物长度限制，路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够，或者混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，都会造成纵向裂缝。

（3）水的渗透破坏：中央分隔带、路表、边坡等渗水，使局部路基受水浸泡后承载力值降低，在动静荷载的作用下，路基滑动产生裂缝，另外填料若为弱膨胀土，如施工中未做处理，渗水后含水量变化，也会导致裂缝产生。

1.2 横向裂缝

横向裂缝是与路面中线近于垂直的裂缝，缝宽不一，缝长有的贯穿整个路幅，有的贯穿部分路幅，裂缝弯弯曲曲，有枝有叉。横向裂缝中的唧浆导致裂缝两侧凹陷，桥头跳车处的路面横向裂缝，在路面积水的作用下加速跳车发展的速度，同时会对路基造成冲刷。

横向裂缝通常不是由于荷载作用引起的，其成因主要有三个：

（1）材料收缩引起横向裂缝。一方面，在基层成型过程中，因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝；另一方面，基层材料因温度骤降而发生低温收缩开裂。这两种收缩变形使面层底面承受拉力，当拉力超过沥青面层的抗拉强度时就使沥青面层底部拉裂，并随着温湿的循环变化及行车荷载的反复作用而导致沥青面层低面裂缝。

（2）沥青及混凝土的温缩引起的裂缝。因沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形。当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝，这种温缩裂缝在北方温差较大地区初冬一般宽度为3～5mm，到严冬可加宽到10mm，最宽达到20mm，而到春季则又缩回。

（3）差异沉降引起的横向裂缝。在软土地基与非软土地基交界处、软土地基处理方法变化处或构造物台背与路段交接处，因地基或路基与构造物差异沉降导致基层开裂，并反射到沥青面层，形成横向裂缝。

1.3 网状裂缝

网状裂缝是相互交错的疲劳裂缝，形成一系列多边形小块组成的网状开裂，它的初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝，而后，在纵缝间出现横向和斜向连接缝，形成网状裂缝。

网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足而引起的。第一，可能是路面结构设计不合理，路基路面压实度不足，路面材料配合不当或未拌和均匀等使沥青与石料粘结性差；第二可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，使基层表面被泡软，在汽车荷载反复作用下，粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生唧浆，基层表面被逐步淘空，产生网状裂缝。另外，沥青老化和汽车严重超载，使基层产生疲劳破坏也是导致沥青面层形成网状裂缝的重要原因。

1.4 反射裂缝

当基层产生裂缝后，在温度和行车荷载的作用下，裂缝将逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，主要取决于下卧层。

2 坑槽

坑槽是沥青路面最常见的一种病害，它是沥青路面裂缝、龟裂、松散等病害发展延续的结果，具有突发性、频发性和蔓延性的特点。坑槽的出现严重影响路面的平整度和行车的舒适性，若不及时修补，在交通荷载和水的综合作用下，破坏会发展的很快，造成养护费用的增加并给行驶在路上的车辆和司乘人员带来极大的安全隐患。

沥青路面出现坑槽的主要原因包括以下几个方面：

（1）由于沥青路面表面层混合料局部空隙率较大、沥青与石料问的粘附力不强，路表水(雨水或雪水)进入并滞留在表面层沥青混合料中，在行车荷载尤其是重载车辆的不断作用下，产生的动水压力使表面层的沥青从石料表面剥落下来，沥青路面便会出现局部松散破损或裂缝等病害，未能及时修补，导致散落的石料被车轮甩出，路面自上而下逐渐会形成坑槽。这类坑槽通常深度为2～5cm，在沥青路面早期破坏中是各类坑槽中最早产生，也是产生数量最多的一类。

（2）当沥青路面表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混合料，而底面层为空隙率较小的密级配沥青混合料时，路表的自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。行车荷载的作用使得中、上面层内的沥青剥落，沥青混合料失去粘结强度，导致路表面产生网裂、形变(局部沉陷)和向外侧推挤，并最终出现粒料分离。粒料被行车作用带离，最终形成坑槽，此类坑槽完全形成后深度一般为8～10cm。

（3）由于基层强度不够，稳定性不好，面层裂缝，水侵入基层，在重载车辆作用下，自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层细料，形成灰白色浆。在动水压力和孔隙水压力的反复作用下，使得整个面层范围内的基层粒料出现松散，并反射到面层，形成恶性循环。最终会导致坑槽出现。这类坑槽完全形成后通常深度都大于10cm，并且绝人多数都在车流量较大的行车道上或重载车辆较多的道路上。发生该类病害时，通常基层也已严重破坏，而且在形成坑槽之前路面亦表现出其他破坏现象而需要治理，因而该种病害相对来说较少。

（4）对于桥面铺装层来说。由于水泥混凝土梁与沥青铺装层的材料差异较大，层问粘结处的变形不一致，为了减少桥面的水损坏，对桥面防水层和粘结层的要求越来越高。但由于种种原因，使得层间局部粘附性较差，并出现分层，使得沥青铺装层在车辆荷载和水的共同作用下形成剥落和脱皮，最终产生坑槽。在日常养护中，桥面翻浆现象比较严重，每次连续雨天过后桥面容易出现坑槽。

（5）另外，一些人为因素例如在沥青路面施工中，路面尚未成型就受到机动车紧急刹车或者出现意外交通事故受到外力冲击，以及机动车用油渗入路面，污染导致沥青路面混合料松散，在重车载碾压下逐步形成坑槽。

综上所述，沥青路面产生坑槽的原因很复杂，涉及技术、材料、施工、交通、气候以及管理等多种因素。

3 车辙

车辙是在行车荷载重复作用下,路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。高速公路沥青路面车辙病害是除了裂缝和水损害之外的一种危害性较大的病害类型，在现代交通状况下，车辙出现的速度和普遍性大大超过了预期。尤其对于山岭重丘地区，高速公路车辙病害也愈加突出。一般山区高速公路沿线地形复杂，路线纵坡大，长陡坡路段多，受重载、超载及低速行车等诸多不利因素影响，车辙病害大量出现，特别在纵坡较大的上坡路段，当持续高温时，车辙形成和发展快，已严重影响行车安全。

3.1 沥青路面车辙破坏类型

车辙是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层财料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙按成因不同分3类：由沥青路面以下各结构层的永久性变形引起的结构性车辙；由混合料的侧向流动变形引起的失稳性车辙；压密性车辙和磨损性车辙。

3.1.1 结构性车辙

结构性车辙是指路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成的车辙，这种变形主要由路基变形而产生。此类车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的U字型（凹型）。

3.1.2 失稳性车辙

失稳性车辙是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材科的流动产生横向位移而形成。通常发生在轮迹处，当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下就会产生这类车辙。这种车辙一般都有剪切变形产生的两侧隆起现象，车辙断面成W型，易发生在车速较慢、横向应力大的上坡路段。失稳性车辙危害最为严重，它是高速公路车辙病害的主要类型，影响因素多而复杂。

3.1.3 压密性和磨损性车辙

压密性车辙是由于沥青面层本身的压密而引起；磨耗型车辙是由于沥青路面结构表层材料在车轮磨损和自然环境作用下，持续不断损失形成的。这2类变形对车辙的贡献很小。

3.2 车辙形成的主要原因

3.2.1 行车荷载的影响

车辆按规定正常在行车道行驶,使得高速公路的交通渠化现象非常突出,随着车辆荷载作用次数增加,行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的车辙。对于山区高速公路路线纵坡大且路段长，重车、超载车多且车速慢，夏季高温等特点，通过综合分析认为，除影响一般路段沥青路面车辙因素外，长纵坡路段加剧了车辙病害的出现。根据汽车行驶理论，载重汽车在长陡坡路段爬坡行驶时一般先做加速度减小的减速运动，后做匀速运动的过程。因此，车辆载重越大，坡道越陡，汽车行驶速度减小的越快，稳定时速度越小。上坡路段载重汽车行车缓慢，行驶速度的降低延长了轴载对路面的作用时间，对路面结构层内的应力和应变等产主影响。沥青混合料作为一种粘弹性材料，遵从流变学的一般规律，按照流变学的波兹曼（Boltzmann）叠加原理，每次汽车荷载通过的作用可以按荷载作用时间叠加，每一辆车的荷载不同也是同样叠加的。

3.2.2 基层施工质量差

因基层的厚度不足或因基层材料、施工、养生不当导致基层整体强度不足,由于荷载作用超过路面各层的强度，使得路表变形过大而形成辙槽和推移。

3.2.3 沥青面层高温稳定性差

由于沥青混合料是一种弹塑性材料,如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不当会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低,在高温条件下,车轮碾压反复作用,荷载应力超过沥青混合料的稳定极限,使流动变形不断积累形成车辙。

4 泛油

沥青混合料中的沥青在天气炎热时向上迁移到路面表面,而在冷天时又不存在逆过程,因而沥青积聚在路面表面,形成一层有光泽的沥青膜的现象为泛油。

高速公路沥青路面发生泛油病害的成因如下：

4.1 沥青混合料设计及施工中存在的问题

沥青混合料设计及施工中存在的问题是引发沥青路面发生泛油的主要内部因素。

沥青混合料的设计中存在的问题主要有两个：一是，沥青混合料的设计孔隙率过低，这样高温季节在车辆荷载的作用下混合料中的自由沥青无处容身，只能向外溢出，从而形成泛油，特别是对于密级配的沥青混合料而言，这种情况出现的较多；二是，混合料设计中油石比的设计值过大，混合料中的自由沥青过多，这样虽有利于增强混合料的低温抗开裂性能却也易使混合料发生泛油。

混合料施工中存在的主要问题为：混合料拌和楼的计量不准，使油份过多或者矿粉的添加量不足，从而使混合料中的自由沥青偏多，在高温季节及车辆荷载的作用下自由沥青外溢形成泛油；混合料的运输及摊铺过程中混合料发生的离析，细集料集中的部位孔隙率偏低而油份含量又偏高，从而使得混合料在高温季节出现泛油；混合料施工于秋末冬初的低温期，待温度升高时路面易出现泛油。

4.2 气候变化的影响

近年来，全球气候逐渐变暖，夏季最高气温不断升高，而冬季则不再寒冷。年平均、月平均气温与20世纪90年代比有了很大的变化，特别是高温天气的发生更频繁，持续时间更长。沥青路面作为一种柔性路面，对温度的抵抗力、适应力十分有限。随着夏季气候温度的不断上升，地表温度实际上还远高于空气温度，沥青材料的粘滞度不断降低，易于渗透，在车辆荷载的作用下极易引发路面泛油病害。

4.3 交通状况的影响

交通量的持续快速增长，特别是超载超限运输的严重泛滥为路面泛油提供了巨大的外力能量。随着国民经济的增长，交通运输事业蓬勃发展，超载超限运输在市场经济对利益最大化的极端追求下变得日益严重。高速公路的年平均日交通流量不断增加，部分路段甚至已达饱和状态，而且这其中，超载、超限车辆等大吨位车辆所占的比重还在不断增加。大交通量、超重荷载的复合作用使路面不断地变形，混合料越来越密实，孔隙率越来越小，夏天里软化的沥青，特别是上层油石比偏大的部分，多余的沥青在油面的变形中极易被挤压溢出，并且随荷载等因素的增大而加剧，造成泛油。

无论是国内还是国外，高速公路沥青路面正处于一个蓬勃发展的阶段，需要我们在实践中不断认识、不断总结、不断创新、不断提高，以不断满足社会对公路交通提出的需求，不断提高公路交通网络的公共服务能力，真正体现“以人为本、以车为本”的服务理念和“畅、安、舒、美”的工作目标。