滲水對瀝青道路的影響分析

姜　萌

摘要:公路路基施工中,在土體未達到最佳含水量碾壓夯實,雖然剛開始達到其最大的強度值,但當外界水分侵入土體時,土體的水穩定性不好,其強度降低幅度會很大。文章通過滲水對瀝青混凝土路面及路基的影響及降雨入滲的過程及特點分析,對滲水對瀝青道路的影響做了簡要的概括和總結。

關鍵詞:公路路基;瀝青路面;滲水

中圖分類號:U416.217文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)08-0160-02

現有的路基路面排水系統往往只重視把地表水排到公路路界以外,而不重視排除由于降雨而形成的路基路面結構內部滯水,在沒有設置有效的路基路面結構內部排水系統的情況下,這種內部滯水的危害性是相當大的,它可以使路基路面材料的力學性質發生變化,影響路基路面的強度和穩定性,是導致我國一部分公路路基路面早期損壞的重要原因之一。實踐證明瀝青凝上并不是不透水,甚至有的是強透水。降落在路面上的水,大部分以路面徑流的方式通過路表面的橫向和縱向坡度流向路肩和路基外,而總有相當部分會沿路面接縫和裂縫、路面混合料的孔隙、路面和路肩的接縫以及無鋪面的路肩滲入路面結構內,在地下水位高時,地下水會通過毛細滲流進入路面結構,在季節性冰凍地區,積聚在路床上部的自由水也會進入路面結構。

1滲水對瀝青混凝土路面及路基的影響

在降雨過程中,雨水就會進入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中,且向外滲流的速度很慢,需要數周或數月才能慢慢排除,整個路面結構或者部分結構層(面層或上面層)便類似于被安置在封閉的槽式“浴盆”內,被圍封在路面結構內的這部分水分,會浸濕路面結構各層材料和路基土,使其強度下降,變形增加,從而使路面結構的承載力降低。在大量快速行車的作用下,一次一次產生的動水壓力(孔隙水壓力)使瀝青從碎石表面剝落下來,局部瀝青混凝土變得很松散,碎石被車輪甩出,路面將產生坑洞(塘),若雨水進入并滯留在表面層和中面層,在大量快速行車荷載的作用下,這兩層內瀝青混凝土中部碎石上的瀝青剝落,導致表面產生網裂、形變(下陷)和向外側推擠,或產生坑洞(塘),若雨水透過瀝青面層(兩層式或三層式)滯留在半剛性基層頂面,在大量快速行車作用下,自由水產生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細料,形成灰白色漿,灰漿被行車壓侵到路表面,在灰漿數量大的情況下,可能立即產生坑洞,在數量小的情況下,可使路面網裂或變形,若某處產生網裂或形變后,降水就更容易透入,并產生惡性循環,最終導致路面破壞。

路基的沉降變形主要是由于路基土體在外力和上體自重的作用下孔隙而引起的。很顯然,在接近最佳含水量時進行碾壓施工,土體壓實程度較高體壓實度越大、孔隙比越小,土體抵抗壓縮的能力就越強,越不易沉降。當路基填料含水量較高時,由于受孔隙水壓的影響,被水充填的孔隙不易被縮,但當填筑后隨著外力的長期作用,地基會產生蠕變,水分會慢慢地被擠出體中的孔隙也會漸漸被壓縮而最終導致路基下沉。

2降雨入滲的過程及特點分析

降雨入滲實質上是水分在土壤包氣帶中的運動,是一個涉及兩相流的過程,即水在下滲過程中驅替空氣的過程。降雨入滲是一個非常不恒定的過程,入滲率又與地表介質的含水量密切相關,這種入滲過程十分復雜。在地下水埋深比較淺時降雨入滲的水分在非飽和區的運動和飽和區的地下水分是相互聯系的,可以在較短的時間內使地下水位有較大的提高。另外,降雨入滲所補給的水分勢必會提高土壤的飽和度,從而降低土壤的抗剪強度,嚴重時將導致事故的發生。大氣降水至地面即開始入滲過程。若地表上層或巖層濕度不大,在分子引力作用下降水為地表介質吸收為薄膜水。當薄膜水量達到最大值,入滲水則填充介質中的毛細裂縫形成毛細水,即所謂毛細水下滲。當縫隙的開度很不均勻時,毛細水只能填充縫隙內開度較小的那部分面積,開度較大的那部分縫隙仍為空氣所占據,介質處于非飽和狀態,形成非飽和滲流。當地下水位埋深較淺,降水強度較大且持續時間較長時,地下水位逐漸上升至地表而達到飽和狀態,形成連續的飽和滲流。通常地下水位埋藏均有一定深度,一次降水地下水位上升值不大,難以達到飽和入滲的條件。降雨停止后,隨著時間的延續,由于上部路面結構層的暫態飽和區有所消散,路基中的地下水位線有所上升,但并不是很明顯。這是因為路基中的地下水位線太低,對路面結構層的暫態飽和區的消散沒有起到很大的作用。如果地下水位線高到足夠與由于降雨作用而形成的路面結構層暫態飽和區相呼應的水位,那么路面結構層和邊溝反濾層材料內的暫態飽和區的水流在重力的作用下向路基填料中快速消散,這樣路基上部土體的非飽和區就和下部的飽和區形成水頭差,導致上部水體不斷下滲,直到與下部飽和區連接。這種情況反復不斷地循環,最后致使路基中的地下水位線不斷上升,而使得暫態飽和區的水分得以足夠消散,那么路基中地下水位線將會明顯上升,以致升高到足以影響路面結構層的干燥性。因此在實際工程中我們應做好詳盡的地質水文勘測,通過模擬降雨條件,然后再決定采用相應的路基路面結構的排水設施(如設置滲溝)。如果在非降雨情況下所勘探的地下水位認為較低,而不設置任何排水設施,那么在降雨的作用在路基路面結構層中形成暫態飽和區,降雨停止后暫態飽和區不斷向路基下方消散,最后致使地下水位線不斷上升,導致整個路基處于飽和水的作用下,使得路基土體不斷軟化,從而影響路基的承重性以及穩定性。

3 結語

文章通過對滲水對瀝青混凝土路面及路基的影響原因及降雨入滲的過程及特點分析可以看出以下幾個結論。首先,降雨對填埋深度比較深的路基填土影響較小,且具有滯后性,只有當降雨量較大時,路基填土的含水量才會有明顯的變化,對填埋較淺的路基填土影響較

為明顯,降雨后含水量就有明顯的上升,天晴時,路基填土含水量降低較多。其原因是在降雨量小時,路基上部的土層對降雨的滲透起了一定的阻攔作用,由于填埋較淺的土層細顆粒組成較多,對降雨后滲入土層中孔隙水吸附能力較強,形成結合水,只有當降雨量大時,上層填料含水量繼續增加后,滲入土層中的水克服細小土顆粒和水分子之間的分子引力,才會對填埋較深土層的含水量有明顯的影響。而較淺的路基較直接面對大氣降雨和蒸發,受天氣變化的影響較大。第二,位于路基邊緣的路基填土在降雨天晴后,含水量的降低速度比較快,而位于路基中間的填土含水量降低較為緩慢。由于位于路基邊緣的路基填土處于半封閉狀態,降雨后其中的水分通過蒸發(蒸發面面積較大)及向路基外側流出較快,故其降雨后天晴的含水量降低較快,相比之下路基中間的填料含水量消散方式比較單一,向路基深處滲流較為有限且緩慢。路基填土中的粉質土礫層比強風化頁巖填料層含水量要高,粉質土礫的細顆粒組成比強風化頁巖的多,粉質土礫的路基填料孔隙率較小,其水分的蒸發比孔隙率大的強風化頁巖層路基慢,且粉質土礫細粒較多,比表面積大,吸附水能力較強,故其填料中的含水量較高。

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