高速公路早期病害預防措施探討

李國威

（河北路橋集團第一工程有限公司，河北 邢臺 050400）

1 引言

對我國不同地區約39條高速公路的調查研究表明，各個工程的早期損壞發生形態不同，原因很復雜，既有個別性，也有普遍性。分析可知，我國高速公路瀝青路面存在兩種性質不同的早期損壞。

第一類早期損壞是一般意義上的早期損壞，是在通車后短期內發生的，如水損壞、車轍和開裂等早期損壞，它們基本上都是局部的、個別的，大部分表現為局部的坑槽、松散、車轍、推擁的流動性變形、各種裂縫、橋面鋪裝損壞、路基不均勻沉降和構造物接頭開裂等等。這些損壞通過局部性的維修和銑刨可以得到緩解。

另一種類型是更深層次的早期損壞，它是指瀝青路面的耐久性差，達不到設計年限就進行大修，導致使用壽命縮短的情況。這種損壞的影響更大，治理困難，原因帶有普遍性，與我國采用的半剛性基層瀝青路面結構類型及設計方法有關，更應該引起重視。

造成瀝青路面的早期損壞有一個共同的外因是超限超載車輛的通行，已經成為破壞公路的“第一殺手”，但是外因是通過內因起作用的，損壞原因全歸結于超載是不科學的。因此，在努力治理超載的同時，還必須從管理、設計、施工和養護等方面找原因。

2 高速公路早期病害成因

2.1 瀝青路面的水損壞

瀝青路面的水損壞有兩種類型：

（1） 當瀝青層較厚，中下層的瀝青層密水性較好時，水損壞往往局限于表面，或發展成為自上而下的水損壞；

（2） 瀝青層較薄的半剛性基層瀝青路面的水損壞大部分表現為自下而上的，如水從裂縫及空隙率大的部位滲漏，又不能從基層排出，使基層表面形成唧漿、網裂、坑槽以及疲勞損壞。

我國高速公路的損壞主要是第二類水損壞，它一般發生在雨季、春融季節，行車道破壞比超車道嚴重，顯然與重車、超載交通有關。發生水損壞破壞的地方一般是透水較嚴重且排水又不暢的部位，挖開可見下面有積水或浮漿，瀝青混合料在動水壓力的作用下逐漸產生剝離而松散，形成坑槽。為防止水損壞可采取的措施有：（1）做好封水和防排水設計，應努力減小瀝青混合料的離析，杜絕瀝青層施工污染；（2）采用消石灰提高瀝青混合料的抗水損壞能力；（3）采用合理的級配，控制空隙率和滲水系數；（4）采用改性瀝青和小粒徑的SMA磨耗層；（5）加強碾壓，尤其是采用輪胎壓路機搓揉壓實；（6）要做好透層、封層的設計和施工；（7）防止各施工工序的相互干擾，防止瀝青層在施工中受到污染，影響瀝青路面各層成為整體。

2.2 車轍、推擁等流動變形

在高速公路車輛渠道化以后，車轍逐漸成為主要病害。由于我國普遍采用半剛性基層瀝青路面結構，基層本身的變形不是主要的，基本上都是瀝青混合料產生的流動性車轍。其主要成因是路面在高溫情況下勁度模量大幅度降低，抗剪切變形能力不足以抵抗超載和重載車作用下的剪應力，尤其是在長大縱坡上坡路段，由于重載車車況差、爬坡車速降低，車轍更為嚴重。在車速、荷載、溫度三個影響因素中，影響最大的是車速（長大縱坡），第二是荷載，然后是溫度。車轍不僅發生在表面層，更多地發生在中面層甚至下面層，越是重載，影響越深。

為了防治車轍，可采取如下措施：（1）采用針入度小、黏度大的瀝青；（2）使用粗糙度大的集料；（3）采用改性瀝青、粗型的S型嵌擠密實型級配，并適當減少油石比；（4）在配合比設計時適當加大空隙率在施工時加強碾壓，建議參照國外經驗，在夏季高溫日子的高溫時段封閉重載交通。

在瀝青路面屬于整體連續的條件下，瀝青層的厚度增加會使車轍變形增大，但超過18～20cm厚，不會再有大的變化，當半剛性基層和瀝青層的界面為滑動狀態時，瀝青層底部的剪應力成倍增加，會產生大的變形和推移。這也是京津塘高速公路和廣深珠高速公路并沒有產生大的車轍，但相當多的薄瀝青層路面反而車轍嚴重的原因。

2.3 裂縫

瀝青路面開裂是國際上最普遍的損壞現象之一，只不過是裂縫發生的早晚、多少及裂縫的類型有所不同。我國瀝青路面的裂縫有橫向裂縫、縱向裂縫、網裂、沉降裂縫等。

（1）橫向裂縫

橫向裂縫有寒冷季節由于氣溫驟降和反復溫度變化的疲勞產生的溫縮裂縫，半剛性基層的干縮和冷縮開裂造成瀝青路面的反射性裂縫，或者兩者綜合作用產生的裂縫。對于溫縮裂縫至今國際上并沒有有效的根治措施，其不屬于早期損壞。對半剛性基層瀝青路面的反射性裂縫可以通過控制半剛性基層的強度，改善施工條件加強養生，減小收縮，及時噴灑養生劑和透層油，減少礦料級配中的細料，調整級配，設置級配碎石過渡層等措施加以防治。

（2）自上而下的表面裂縫

近年來國際上對瀝青路面自上而下的表面裂縫研究甚多，發現當瀝青層較厚時，由于路表面瀝青容易老化，瀝青混合料的自愈能力逐漸喪失，極限拉伸應變不斷減小，在車輛荷載直接作用下，會在輪跡部位產生大的拉應力或剪應力，導致路面產生開裂。據對首都機場高速公路和京津塘高速公路的鉆孔調查表明，這些路面除了一些早期產生的橫向裂縫外，普遍存在表面裂縫，并發展成為網裂，它存在于行車道、超車道，甚至硬路肩。但我國瀝青路面的表面裂縫有相當部分與由于瀝青層的層間污染沒有很好地黏結成為整體，首先使表面層或上、中層壓碎有關。

（3）自下而上的疲勞裂縫

由于我國的瀝青層較薄，高速公路瀝青路面的縱向裂縫和網裂比較普遍，其原因是路面承載能力不足，導致路面的結構性損壞。基層結構松散，尤其在有雨水的不利季節，承載能力不足以承受超載車和繁重交通的作用，造成路面大面積損壞。基層松散的少數原因是施工時沒有成型，大部分是由于半剛性基層在施工過程中水泥劑量和強度過高，收縮導致嚴重開裂，使整層的半剛性基層分裂為大塊，在使用過程中又逐漸破碎為小塊，最后成為碎塊。

3 高速公路早期病害預防措施

3.1 合理選擇瀝青路面的結構形式，提高瀝青路面的耐久性，延長使用壽命

力學分析表明，無論在連續或者滑動界面條件下，半剛性基層瀝青路面的使用壽命取決于基層，因而最終無法避免路面損壞就必須維修基層的問題。這與目前國際上十分重視的“永久性路面”的觀念，即路面損壞維持在表面，不需要維修基層，以便通過預防性養護可以長時間使用下去的觀念是格格不入的。

按照“永久性路面”或者“長壽命路面”的概念，瀝青類厚度和基層的模量對延長疲勞壽命有十分重要的意義，當瀝青層超過一定厚度時，路面結構層應力足夠小，彎拉應變低于一個極限臨界點，良好施工的路面結構不會產生源于層底的疲勞開裂和結構性車轍。由于瀝青混合料自身有一定的自愈能力，瀝青層底也不會產生疲勞損傷。

3.2 做好半剛性基層瀝青路面的大修

綜合國內外的經驗，從我國的實際情況出發，高速公路的大修改造必須遵循以下原則：

（1）確保交通暢通和交通安全，盡可能減小對交通的影響，防止因維修路面造成交通堵塞，防止因維修而出現交通事故；盡可能縮短施工路段長度，縮短總的維修工期，充分利用夜間施工；

（2）盡可能防止施工車輛干擾正常行車，設專人指揮交通；

（3）盡可能防止因維修施工造成新建瀝青層層面的污染，影響瀝青層層與層之間的黏結；

（4）一次維修以后不至于在短期內再次大修，確保耐久性；

（5）必須仔細檢查排水設施，解決路面破壞的“元兇”；

（6）大修中要加強超載車輛管理，杜絕此類車輛進入維修路段。

目前，開挖半剛性基層后鋪筑瀝青碎石、級配碎石基層是較好的方法。由于舊路的彎沉往往與損壞程度不對應，在鋪筑加鋪層后由于水文條件的變化，彎沉會大幅度改善，采用舊路彎沉設計加鋪層是不合理的。

3.3 確保路基穩定，防止路基滑塌和不均勻沉降造成路面損壞

由于路基變形、滑塌造成路面早期損壞的情況在山區和地基不良路段是常見的。路基施工的關鍵是壓實，對濕陷性黃土地區，建議根據不同的路基情況采用以下措施：

（1）填土高度小于5m，濕陷等級為Ⅲ級以下，地基土的天然含水量位于ωopt-3≤ω≤ωopt+2之間時可采用沖擊碾壓；

（2）濕陷等級為Ⅲ級及Ⅲ級以上，地基土的天然含水量位于10≤ω≤ωopt+3之間，處理深度為3～6m時可采用強夯；

（3）在地下水位以上，處理深度為5～10m，Ⅱ級以上自重濕陷性黃土地基可采用灰土擠密樁法；

（4）當處理濕陷性黃土地基來提高其承載力同時要求增強水穩定性時，處理深度為1～3m時宜采用灰土墊層法。

雞爪溝地形的路基施工應將溝底的表層腐殖土等清除干凈，并用重夯或高速強力夯實機等壓實，當溝底存在軟弱地基時應視具體情況采用塑料插板、反壓護道、擋墻支護等方式加固。對雞爪溝地形路堤的分層填筑應在填挖交界處開挖反向臺階，對原90區的壓實度宜提高至93%以上，路堤可采用沖擊壓路機進行分層增強補壓。邊坡不宜采用易被沖刷的粉砂土，否則應做好相應的包邊護坡。要加強排水，山區雞爪溝地形的路床、填挖結合處、高填方等應進行沖擊增強補壓。當路基完工后的月沉降速率在3mm/月以內，可以鋪筑路面。

3.4 橋面鋪裝早期損壞的防治措施

橋面鋪裝的早期損壞比一般路段要嚴重，究其原因，主要是橋面水泥混凝土三角墊層施工形成浮漿，鋪筑橋面鋪裝前未徹底清除，鋪筑的防水黏結層與橋面板黏結不好，再加上橋面鋪裝的排水很差造成的。為此需在徹底清除浮漿、做好防水黏結層與橋面板的黏結，采用密水性好的混合料等方面下功夫。

3.5 高速公路瀝青路面早期損壞對策

針對兩種類型的早期損壞的對策措施包括：

（1）改進高速公路建設管理工作；

（2）做好瀝青混合料的配合比設計，提高瀝青混合料的使用性能；

（3）改進瀝青路面施工工藝、加強施工質量控制；

（4）嚴把材料關；

（5）合理選擇瀝青路面的結構，引進并完善設計技術；

（6）切實做好瀝青路面的防排水設計；

（7）加強預防性養護，延長大修年限；

（8）慎重進行瀝青路面的大修，減小社會影響。

這些措施并不是孤立的，必須科學、辯證、全面地看待各種技術對策，其中管理和路基穩定是先決條件，路面結構、設計、材料、施工以及防排水都是重要的，缺一不可，而維修養護和大修則是發生損壞后的補救。

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