濕熱地區高速公路坑槽病害評估與對策

蔡揚發，黃民如，楊海明，楊藝

（1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州510420；2.廣東交科技術研發有限公司，廣東 廣州510550）

華南濕熱地區最突出的氣候特征是高溫多雨，且高溫持續時間長，降雨量大，平均年降雨量大于1500mm，最高月平均氣溫可達30℃以上[1-3]。瀝青混合料是一種感溫性極強的材料，其路用性能受溫度和濕度影響較大，如果瀝青路面出現裂縫，或者施工離析造成空隙率過高，路表水容易滯留滲入瀝青混合料內部[4-6]，在交通荷載和動水壓力作用下，混合料會出現松散，若不及時處理將發展成為坑槽，最終引發路面結構性破壞，這不僅會削弱路面平整度，影響行車的安全和舒適，還會縮短瀝青路面的使用壽命，降低其服務質量和耐久性[7-10]。

廣東省作為我國瀝青路面使用性能氣候分區中的夏炎熱冬溫潮濕區的典型代表之一，多數高速公路地處高溫多雨的山區，加上近年經濟發展帶來的交通量快速增長，重載車輛占比趨高，故路面坑槽病害問題更為突出，導致廣東濕熱地區的瀝青路面病害類型及發展有別于其它地區。

廣東省某高速公路為半剛性基層結構，路面總厚度為88cm，瀝青層厚17cm，上面層和中面層分別為4.5cm和5.5cm，在通車5年內局部路段即出現了嚴重坑槽病害。本項目結合對廣東省某高速公路的坑槽病害評估工程實踐，旨在對瀝青路面坑槽病害的成因進行系統性分析，并給出有針對性的養護措施，為廣東濕熱地區高速公路瀝青路面坑槽病害的防治提供依據和經驗。

1 路面現場檢測

1.1 路面結構強度

采用落錘式彎沉儀FWD 對原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13、CAP 養護三個典型病害路段慢車道進行路面結構強度檢測，并分別在坑槽處和距坑槽30cm ～50cm 無病害處設置測點，檢測結果見圖1。

圖1 路面結構強度統計結果（單位：0.01mm）

（1）路面彎沉代表值為7.4～14.8（0.01mm），且坑槽處和無病害處的彎沉值差異較小，均小于設計彎沉19.7（0.01mm），說明基層結構強度整體較好。

（2）對比原路面、GAC-13 路段及CAP 路段的彎沉代表值和變異系數，均顯示原路面＜CAP 路段＜GAC-13 路段，說明三者彎沉的離散程度存在差異，而這與路面現場坑槽病害的嚴重程度的規律保持一致。

1.2 路面鉆芯

采用水鉆法對原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13、CAP 養護和橋面四個典型路段的坑槽處和相鄰無病害處分別進行取芯，現場芯樣見圖2。

圖2 現場芯樣

（1）四個典型路段坑槽處和無病害處的芯樣平均破損率分別為45.5%和20.8%，說明坑槽處的混合料粘結質量整體上劣于無病害處，更容易受到水損害的影響，其中橋面芯樣的完整性較好，無病害處芯樣的完整率為100%，與現場橋梁段坑槽病害弱于路基段情況一致。

（2）芯樣的破損主要與芯樣下面層出現殘缺和層間脫粘兩者因素相關，說明瀝青下面層的強度不足和層間粘結不良在一定程度上導致了瀝青面層服役壽命的衰減。

2 室內試驗分析

2.1 基層無側限抗壓強度

在原路面和銑刨重鋪GAC-13 路段的坑槽處及相鄰無病害處分別鉆取2 個直徑150mm 的上水穩基層芯樣試件進行無側限抗壓強度試驗，基層7d 無側限抗壓強度設計值為4.0～6.0MPa。

基層取樣共計8 樣，基層芯樣均完整取出，無側限抗壓強度平均值為8.4MPa，滿足設計要求，且原路面和銑刨重鋪路段不同位置的基層無側限抗壓強度差異不大，均維持在較高水平，說明水穩基層整體強度較高，穩定性較好。

2.2 瀝青抽提試驗

在原路面GAC-16、銑刨重鋪GAC-13 和橋面段鉆芯取樣，將上中下面層分開測試油石比，上中下面層的設計油石比分別為4.80%、4.10%、3.70%。

根據瀝青抽提結果，坑槽位置旁瀝青含量比路肩無病害處要低，其中上面層油石比均值為4.47%，分布范圍為4.21%～4.68%，較最佳油石比低0.12%～0.59%；中面層油石比均值為3.81%， 分布范圍為3.54%～3.93%，較最佳油石比低0.17%～0.56%；下面層油石比均值為3.36%，分布范圍為3.16%～3.48%，較最佳油石比低0.22%～0.54%；說明上中下面層混合料瀝青含量整體偏低。

2.3 回收瀝青三大指標

將原路面混合料抽提的瀝青回收進行三大指標試驗，其中上中面層采用的是SBS 改性瀝青，下面層采用的是普通70 號瀝青。

（1）上面層回收改性瀝青針入度為32.1（0.1mm），延度為6.5cm，軟化點為78.0℃；中面層回收改性瀝青針入度為16.9mm（0.1mm），延度為6.3cm，軟化點為84.5℃；下面層回收普通瀝青，瀝青針入度為14.7mm（0.1mm），延度為2.7cm，軟化點為67.5℃。

（2）由回收后瀝青三大指標分析可知，瀝青老化后明顯變硬變脆，塑性增強，彈性減弱，粘度降低，具體表現為針入度減小，延度降低，軟化點升高，其中上面層改性瀝青軟化點、針入度、延度衰減幅度分別為6.8%、39.4%、81.4%，中面層改性瀝青分別為15.8%、68.1%、82.0%，下面層普通瀝青分為39.2%、75.5%、86.4%，證明三層混合料瀝青均存在不同程度的老化，而下面層普通瀝青老化最嚴重。

2.4 水穩定性試驗

采用肯塔堡浸水飛散試驗評定瀝青混合料水穩定性，試驗結果見圖3。

圖3 飛散試驗結果

（1）坑槽附近的芯樣的飛散損失整體大于無病害處的芯樣，說明坑槽處的混合料的抗水害能力整體弱于無病害處，無病害的芯樣的抗水損害能力多保持在良中等級，而坑槽處芯樣的抗水損害能力已降至次差等級。

（2）芯樣飛散質量損失率的大小排序整體為銑刨重鋪GAC-13 ＞原路面GAC-16 ＞橋面，基本與坑槽病害的發展程度一致，說明坑槽病害與瀝青混合料的抗水損害能力密切相關。

（3）下面層芯樣的飛散損失率整體要大于上中面層，說明下面層抗水害能力要弱于上中面層，這一方面與下面層使用的瀝青為基質瀝青且油石比更低有關，另一方面由瀝青老化后的三大指標可知，下面層的瀝青老化程度亦更高，使得瀝青膠結能力大幅下降，造成下面層抗水損害能力更弱。

3 病害原因與對策

3.1 病害原因

依據現場鉆芯開挖情況，結合FWD 對于路面彎沉的測定結果和對于水穩基層無側限抗壓強度的室內試驗結果，綜合表明路面基層結構強度良好，暫不構成路面坑槽的形成原因，所以導致路面坑槽的成因主要集中在瀝青層。

（1）瀝青混合料各層水穩定性不足。根據肯塔堡浸水飛散試驗結果，瀝青上中下面層抗水損害能力分別評定為中次差等級。

（2）瀝青混合料瀝青含量低。瀝青含量試驗顯示各層混合料測定油石比均小于設計油石比，且超出規范要求的0.3%的范圍，易造成混合料空隙率整體偏高，路面容易出現滲水現象，由于雨水進入路面內部后難以排除，使路面處于飽水狀態，在行車荷載作用下，產生動水壓力沖刷瀝青混合料，更容易造成水損壞。

（3）瀝青老化嚴重，三大指標衰減幅度較大。根據混合料回收各層瀝青的試驗結果顯示，瀝青存在異常老化現象，導致瀝青變硬變脆，塑性增強，彈性減弱，粘度降低，瀝青組分及結構穩定性發生變化，易與礦料剝離，導致瀝青混合料顆粒產生脫落。

（4）瀝青層層間粘結差，下面層整體強度不足。現場取芯有接近50%的芯樣出現斷裂或崩角損壞，不能完整取出，粘聚力薄弱，徒手可輕松剝碎芯樣下面層，同時層間粘結不足導致層間抗剪強度下降，二者綜合會降低瀝青層抵御車輛荷載的能力。

3.2 養護對策

為改善路面行駛安全性和舒適性，延長路面使用壽命，從根本上解決路面坑槽病害，遂結合廣東氣候特點，提出了有針對性的養護對策。

首先對全線坑槽病害進行修補，修補后對全線路基段加鋪4cmGAC-13+6cmGAC-20，對瀝青面層進行補強，改變路面承載模式，原路面的瀝青層變為上基層，由半剛性基層改變為組合式基層；對全線橋梁段銑刨兩層，中面層重鋪新瀝青混合料6cmGAC-20，上面層重鋪2cm 熱拌熱鋪超薄罩面。

4 結語

將廣東省某高速公路瀝青路面的坑槽病害通過現場檢測結合室內試驗的手段進行了綜合診斷，對包括瀝青混合料水穩定性差、瀝青混合料瀝青含量低、瀝青老化嚴重和瀝青層層間粘結差等坑槽病害的成因進行了分析，最后提出了有針對性的養護對策，從而為廣東濕熱地區高速公路瀝青路面坑槽病害的評估與防治提供思路。