沥青路面水损害浅析与排水处治措施

　　摘要：针对高级沥青路面中普遍存在的严重水损害现象，结合临长高速公路工程建设，分析了水损害机理，介绍了对沥青路面水损害的防治措施和排水结构设计方案。
　　关键词：沥青路面；沥青混合料；水损害；防治
　　
　　
　　通过调查发现，沥青路面的早期破坏或多或少与水有关，即水的破坏作用是关键因素之一。在路基和路面设计规范中，都体现了排水的重要性，但除了考虑路面横坡以排除路表水和路面材料设计参数考虑湿度影响外，并未强调采用路面设施以迅速排除封闭自由水的重要性和必要性，也未提出具体的措施和设计方法，更未对路面结构的排水质量提出量化的指标以考虑列入路面结构设计方法中。为此，进一步深入这方面的研究，是有重要的现实意义的。
　　1沥青路面水损害机理
　　1.1水对沥青路面材料的侵蚀作用
　　沥青混合料在水作用下，沥青与集料之间的粘附性能和粘结强度必须受到影响。这是因为一方面水介入沥青与集料的接触面之间，使“结构沥青膜”联结作用降低，从而导致沥青薄膜过早剥落；另一方面水浸入沥青混合料中，使其软化而导致强度、劲度减小。这就是产生了所谓的沥青混合料的水稳定性问题。再加上国产石油沥青的性能本来就差，沥青与集料之间的粘附能差、粘结强度低，沥青路面更易发生早期损坏，严重影响了路面的正常使用。正是由于水的存在，再综合其他因素，如行车荷载、气温变化等的共同作用，致使沥青路面在使用中处于一种恶性偱环状态。
　　1.2路面层内滞水压力对沥青混合料的剥蚀作用
　　在路面设计和施工中，人们比较重视路界地表排水，采取的措施也很多。但降落在路表的雨水或多或少会有一部分进入到路面结构内。长期以来，人们将由于水引起的路面结构破坏都归因于地下水的侵入。虽然地下水是问题的一个方面，但高路堤道路也经常存在结构早期损坏的事实，这促使人们将目光转向路表渗入水的研究，并且意识到限制或排除进入路面结构内渗入水的重要性。
　　正是由于沥青路面存在这些缺陷，这使得地表水除一部分通过横坡和纵坡流向路肩和路基外，总有一部分水会沿缝隙和空隙渗入路面结构内。进入路面结构内的自由水，一般通过向路基下部和两侧路肩铺面结构渗流而逐渐排走。然而当下基层为渗透系数小于或等于10-5cm/s的低透水性材料时，排除0.1m3自由水大约需1d以上的时间，而当路基土的渗透系数小于或等于10-7cm/s时，排除这些水所需时间达数日之久，即实际上是不透水的，当路基由低透水性土（渗透系数小于或等10-5cm/s）填筑，而路肩铺面结构的基层和土基也为低透水性时，路面结构便类似于被安置在封闭的槽式“浴盆”内，进入路面结构内的自由水无法向下或向两侧渗漏，而被长时间积滞在路面结构内部。一方面，被围封在路面结构内的水分，会浸湿各结构层材料和路基上，使其强度下降，变形增加，降低路面的承载力；另一方面，封闭于路面结构层中的自由水在行车载荷的反复作用下，会对周围的沥青混合料不断地施加冲刷剪切力，形成“应力疲劳腐蚀”，从而导致面层中裂缝的扩张和空洞的增大，最终使面层结构整体强度降低并产生破坏。此外，由于路面是层状结构，层间结合处容易出现空隙，进入空隙内的自由水在行车荷载的作用下，会成为高孔隙水压力和高流速水流，水流冲刷基层材料中的细料，反复多次地冲刷，会在裂缝中形成细料浆，并被逐渐压挤出裂缝，喷射出逞冲刷材料的“泥浆”，导致唧泥，使沥青面层出现剥落和松散，从而使整个路面的使用性能迅速变坏。对于冰冻地区，滞留于沥青面层中的自由水在春冬之季产生的多次反复冻融作用会使路面产生坑洞和网裂形变。总而言之，进入路面结构内的自由水是造成或加速路面损坏的重要原因。
　　2水损害防治措施
　　2.1提高沥青混合料的水稳性
　　提高沥青混合料的水稳性，关键在于提高沥青与矿料的粘结强度。这可以从以下几个方面着手：①对集料，要求其尺寸均匀，表面干净，粗糙，这样有利于沥青对集料的包裹。对于集料本身的结构，如太致密，不利于集料对沥青的选择性吸附；如是大孔隙结构，则沥青组分会大量渗入，使沥青用量增加，而粘结效果并不会有明显改变。此外，应优先选择碱性集料，使之与沥青之间产生有益的化学吸附作用，或对集料表面进行抗剥落处理。②优先选用粘性好的优质沥青，或对沥青进行改性处治。③注意沥青混合料的级配。沥青用量要控制好，应是其形成密实-骨架结构。同时要将孔隙率控制在一定范围内，以减少路表水的渗入量。④提高沥青混合料的高温稳定性，防止产生车辙，而造成路表积水。⑤提高沥青混合料的低温抗裂性，避免产生过多的裂缝而加速水的下渗。⑥处理好路面的结构缝。
　　2.2优化路面结构排水设计
　　这里不便要求要有完善的路界、路基排水系统，更强调应该有一个合理的路面结构排水体系。因为仅靠提高路面结构自身的水稳性能是远远不够的。路表排水：要求路表水能迅速排除，而不滞留。同时路表抗透水性能要好，特别是在路肩边缘处，尤其要处理好。路表坡面排水的方法主要是通过路表的横坡（即路拱）和路线纵坡使水流向路肩，然后采用集中排水和分散排水方法通过路基边坡和排水边沟进行排除。其中分散排水方法主要适用对路基填方高度不大，并且边坡坡面不会受到水冲刷的情况；对于路基边坡坡面存在可能被水冲刷的情况，采用集中排除方法。
　　3南方高速公路的路面排水结构
　　我国南方属于多雨地区，由于雨季长，雨量充沛，所以水损害是比较严重的。因此，如何根据南方湿热地区的特点以及临长高速公路所处的气候特点、路基状况、公路沿线的材料分布情况、交通量以及交通组成情况和半刚性基层材料的特点，进行路面结构排水设计，以预防和减少路面破坏，延长路面的使用寿命，对于南方湿热地区高速公路的修建具有十分重要的意义。
　　3.1路表排水方案
　　原路面设计对于填方大于2m的直线路段和超高路段的内侧采用路表集中排水方法，对于填方路基，在硬路肩边缘设置预制水泥砼排水沟进行汇集路表水，然后由急流槽（水簸箕）向路基边坡排除。该方案采用天然砂砾排水层排除渗入路面面层结构的排水，采用级配碎石排水层排除基层和土基的水。从设计方面考虑了进入路面结构的水，但天然砂砾的稳定问题是值得怀疑的。并且采取天然砂砾层通过边坡容易使排水效果减弱。在施工方面，对于天然砂砾的压实存在问题，特别是安置波形护栏时容易对其损坏，且原设计没有考虑挖方路段的结构排水。挖方路段同样存在如何排除渗入路面结构的排水问题，故也必须考虑如何排水问题。
　　3.2中央分隔带排水
　　高速公路中央分隔带排水设计一般包括：①设计底坡不小于0.3%的纵向梯形或矩形盲沟，汇集中央分隔带雨水或渗水；②设计间距为30~50m的横向排水管，将盲沟中的水排出路基以外；③设置沥青防渗层及土工布防渗层，防止水从侧面向路基渗透。
　　从理论上讲这样的设计似乎是合理、可行的，但在实际施工过程中存在以下问题：①防渗层起不到防渗作用，因为开挖的边沟表面粗糙，沥青不易粘结牢固，形成均匀、无破损的防渗层。土工布因有接缝，不能形成整体而达到完全不透水的程度。因此，当盲沟积水时侧面仍将无法阻止水渗入路基。②由于施工质量不易控制，造成横向排水管标高误差或产生淤塞，从而使上游横向排水管排水不畅，大量的水流向最底处，而最底处的横向排水管由于设计时包裹无纺土工布或产生淤塞，使排水能力严重不足，从而导致下游中央分隔带积水严重，有的下雨后几天中央分隔带仍有积水，使路基长时间浸泡，影响了路基路面强度。③由于通信入孔的的设置阻断了中央分隔带排水，造成中央分隔带积水或水渗入孔中。
　　3.3路面结构内部排水方案
　　在排水设计规范中对于年降雨量大于600mm的湿润或多雨地区，路基由渗透系数小于10-5cm/s组成的高速公路，宜设置内部排水系统，主要包括边缘排水和结构层排水两种。其中边缘排水如前所示，结构层排水主要分为水泥或沥青处治开级配碎石和未经结合料处治的开级配碎石层，目前国外使用较多，而国内在使用结构排水层的不多，大多处于研究状态。基于当前的路面结构和交通量的情况，建议采用水泥处治的开级配碎石层作为排水层，在上基层作10cm的排水层，基层30cm分为两层施工，从国内研究成果看，强度方面可以满足3~4MPa的要求。
　　4结语
　　由前述可知，水损害是导致沥青路面发生早期破坏的重要原因。因此，做好路面排水设计和提高路面防水能力应是解决沥青路面早期水损害的主要途径。至于以上对临长高速公路提出的路面结构排水方案是否合理，是否能有效的抑制水损害的发生还有待进一步观察、研究。
　　参考文献：
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