高速公路瀝青路面早期破壞特征及成因分析

陳志新

河南省許昌市鄢陵縣公路管理局，河南 許昌 461200

0 引言

瀝青路面是用瀝青材料作結合料粘結礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結構。由于瀝青路面使用瀝青結合料，因而增強了礦料間的粘結力，提高了混合料的強度和穩定性，使路面的使用質量和耐久性也都得到了很大提高。與水泥混凝土路面比較，瀝青路面具有表面平整、耐磨、無接縫、行車舒適、耐疲勞、抗高溫變形、抗低溫開裂能力、振動小、噪音低、施工期短、防滲、抗滑、養護維修簡單、適宜于分期修建等優點，因而獲得越來越廣泛的應用。20世紀50年代以來，各國都大量修建瀝青路面，我國近幾十年來也修建了相當數量的瀝青路面，廣泛用于公路和城市道路。瀝青路面已成為我國高速公路的主要路面形式。

但是，瀝青路面在行車荷載的反復作用和自然因素的不斷影響下會逐漸出現不同程度的破壞，使其使用性能逐步惡化。我國高速公路瀝青路面的設計使用期一般為15年，但是，據調查表明，通車僅2～3年的個別高速公路的瀝青路面已經大面積破壞。此現象表明，要想設計出達到使用壽命要求的瀝青路面，必須首先解決上述瀝青路面的早期破壞問題。

1 路面早期破壞形式及原因分析

由于荷載、環境、材料組成、結構層組合、施工和養護等條件的差異，破壞的形態也是多種多樣的。這些破壞既可能是某單一因素作用的結果，也可能是以上各因素相互作用的結果。綜合分析瀝青路面的破壞形態，基本上可分為3大類型，即裂縫類、變形類、表面功能性破壞類。具體分為以下6種，即沉陷、裂縫、松散和坑槽、車轍、泛油及擁包、疲勞開裂。

1.1 沉陷

沉陷是路面在行車荷載作用下，車輪帶處路面出現的凹陷變形，有時在凹陷兩側伴隨出現隆起的現象。當沉陷較大時，路面結構的變形能力不能適應這樣大的變形量，于是在受拉區產生以縱向為主的裂縫，并可能發展為網裂。產生沉陷的主要原因是路基水文地質條件很差而過于濕軟，路基承載力較低而難以承受通過路面傳至路基表面的荷載應力，從而產生較大的豎向變形所致。

1.2 裂縫

裂縫是瀝青路面最主要的破壞形式，按其成因可分為橫向裂縫、縱向裂縫和網狀裂縫3種類型。

橫向裂縫是指垂直于行車方向的裂縫。按其成因不同它又可分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫。荷載型裂縫是由于車輛嚴重超載，致使拉應力超過其疲勞強度而斷裂。非荷載型裂縫是橫向裂縫的主要形式。

1.3 松散和坑槽

由于面層材料組合不當或施工質量差，結合料含量太少或粘結力不足，面層混合料的集料間失去粘結而成片散開，稱為松散。坑槽是松散的材料被車輪后真空吸力及風和雨水帶離路面而形成凹坑，此外，網裂的進一步發展，在行車荷載作用下使松動的碎塊脫離面層也會形成坑槽。

1.4 車轍

車轍是高級瀝青路面的主要破壞形式，它是路面的結構層及土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結構層材料的側向位移產生的累積永久變形。這種變形出現在行車輪帶處，即形成路面的縱向帶狀凹陷。因為這種路面的使用壽命較長，即使每一次行車荷載作用產生的殘余變形量很小，而多次重復作用累積起來的殘余變形總和也會很大，使得車轍仍足以影響車輛正常行駛。

1.5 泛油及擁包

面層混合料中瀝青含量偏多且孔隙率太小時，瀝青會在夏天受行車的作用而溢出路表面，形成一層有光澤的膜，此現象稱為泛油。這種瀝青混合料的抗剪強度往往過低，在承受較大水平力作用的車輛經常啟動和制動的路段上，面層材料會沿行車方向發生剪切或拉裂破壞而出現推移及擁包。

1.6 疲勞開裂

疲勞開裂是指路面在正常使用情況下，路表無顯著永久變形而出現的裂縫。其特征是初期為沿輪跡帶產生較短較細的縱向平行裂縫，繼而隨著行車荷載進一步作用逐漸發展為網狀裂縫，開裂面積、裂縫寬度不斷擴大。產生疲勞裂縫的原因主要是瀝青面層受行車荷載的反復彎曲作用，當結構層產生的拉應力超過材料的疲勞強度時，底面便開裂，并逐漸向表面發展。

2 路面早期破壞其它相關原因分析

近年來，雖然我國高速公路總里程有了大幅度提高，但是由于這些公路路面的設計和施工水平都有明顯差異，以及現實存在的普遍搶工現象，其中部分高速公路的路面屬于非正常設計，還有部分是非正常施工所致。此外，還有一些是材料本身的問題。所以筆者認為，良好的道路使用性能的保證，首先要從設計和施工這兩個內因入手，兼顧找出其它外部原因，進行對癥下藥。

2.1 路面設計

瀝青面層結構選用不當、混合料類型不合理。根據瀝青路面設計規范，瀝青面層除應滿足車輛的使用要求外，還應滿足雨水不滲等要求，宜選用粒徑較小，空隙也小的級配混合料，盡量采用小粒徑瀝青混凝土，以提高瀝青路面面層的防滲性。對于選用中粗粒混凝土或開級配或半開級配瀝青碎石的瀝青路面，必須在瀝青面層下設下封層，以防止雨水滲入。

2.2 水的原因

隨著時間的推移，特別是長期下雨后，路面的顏色愈來愈黑，并出現輪跡處路面向兩邊推擠而隆起，輪跡處繼續沉陷，再發展，靠近輪跡的隆起部分破損，很快就出現面層松散、剝落、坑槽等。松散的集料表面光溜溜的，瀝青膜已剝落貽盡。

2.3 人為破壞

交通事故以及維修車輛漏油等所致的路面破壞。

3 應對措施

1）加強路面的層間結合，使用高性能的粘結材料作粘層。對于高速公路，有條件時可考慮采用橡膠乳液預處理等新技術。

2）完善排水設計，減少隱患。鑒于水損壞的普遍性，應完善路面排水設計。通過調查發現，挖方路段和中央分隔帶排水設施不全，橋梁泄水孔設置不當，導致雨水滲入結構層內引發的破壞較為普遍。為此，可采取拆除路側路緣石，改土路肩為等粒徑碎石填料等措施加以預防，以增加橫行排水能力。

3）推廣采用較先進的路面結構。如瀝青路面采用SBS改性瀝青或SMA面層，以提高抗永久變形能力和抗磨耗能力；中面層和下面層采用FAC-20結構，以增強路面的抗疲勞和抗車轍能力；改善基層的類型，如采用大粒徑碎石(LSM)，減少路面的反射裂縫等等。推廣應用較先進的路面設計成果。用新指標、新試驗設備的試驗方法來檢驗瀝青；以體積配合比法進行混合料設計。

4 結論

瀝青路面早期損壞的原因是多方面的，既有結構問題和外部作用，又有施工控制不嚴的問題。所以，必須根據其成因從路面設計、原材料進場到具體施工，有針對性采取一系列預防和改善措施。同時，必須建立健全質量保證體系，從管理部門、設計部門到施工部門， 層層重視、層層控制、層層落實。只有這樣，才能從根本上減少瀝青路面早期破損現象的發生。

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