道路水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及相關(guān)性能提高的措施

李明軍

（山西省朔州高速公路有限責(zé)任公司，山西 大同 037034）

0 引言

道路是交通運(yùn)輸大動(dòng)脈的基本組成之一，也是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先行和賴以生存和發(fā)展的主要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。無(wú)論屬于何種級(jí)別和結(jié)構(gòu)組成，道路從建成通車開始，始終處于各種自然光候不間斷的影響之下。這些自然光候，包括風(fēng)、沙、水、雪、陽(yáng)光照射和不同環(huán)境溫度（依所處地球緯度、晝夜和地形標(biāo)高的不同呈現(xiàn)較大的數(shù)值差異）等自然現(xiàn)象。相較于人為因素（如車輛碾壓荷載等），這些自然光候?qū)Φ缆返淖饔煤陀绊懲哂懈映掷m(xù)和更為嚴(yán)酷的特點(diǎn)。研究各種自然光候?qū)Φ缆酚绊懙奶匦裕瑥亩诘缆吩O(shè)計(jì)、工程施工和日常養(yǎng)護(hù)中施行有針對(duì)性的對(duì)策，以盡可能消除和減少這些自然現(xiàn)象對(duì)道路的有害影響，對(duì)于保證道路的正常服務(wù)效果、延緩和減少道路病害（特別是建成通車后的早期病害）的形成和提高道路的使用壽命具有重要意義[1]。

1 提高道路水穩(wěn)定性的意義

在本文上述的各種自然光候中，水對(duì)道路的影響是十分嚴(yán)重的。如筆者所在的山西朔州地區(qū)地處桑干河上游，地下水位較高，年降雨量曾達(dá)806.7 mm，雨季的持續(xù)降水和地下水的雙重作用，使得道路水毀比較嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，朔州地區(qū)每年因水毀形成的道路損壞占道路損壞總量的40%左右，這種情況在我國(guó)南方水網(wǎng)地帶表現(xiàn)更為嚴(yán)重。

嚴(yán)格意義上講，鋪設(shè)道路面層所使用的瀝青混凝土材料和水是難以相容的，但較長(zhǎng)時(shí)間的雨水沖刷和侵泡必然會(huì)降低面層材料所具備的原始強(qiáng)度，從而形成道路的面層損壞（各種縱橫網(wǎng)裂和路面材料的松散是主要表現(xiàn)形式），而面層下部目前常用的半剛性基層（水泥穩(wěn)定基層等）對(duì)道路面層出現(xiàn)損壞后侵入的水和因道路下部基礎(chǔ)較高水位的地下水的抗侵蝕能力也是有限的。有鑒于此，分析水毀形成的原因，從道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、筑路材料的優(yōu)選、施工和養(yǎng)護(hù)工藝等方面的逐步改進(jìn)和完善，從而提高道路的水穩(wěn)定性是十分重要的。

2 國(guó)內(nèi)外道路水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)綜述

很多工業(yè)先進(jìn)國(guó)家在20世紀(jì)中期即已認(rèn)識(shí)到道路水毀的嚴(yán)重性并制訂了相關(guān)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)早在1959年就以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方式頒布了瀝青與級(jí)配礦料的裹覆和抵抗剝落的試驗(yàn)方法（ASTM D1664）及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行多年后，根據(jù)道路等級(jí)的提高和筑路材料的改進(jìn)于1985年進(jìn)行了修訂，另外又制訂了壓實(shí)成型后的瀝青混凝土材料抵抗水損壞的試驗(yàn)方法，即改進(jìn)后的Lottman法（Lottman是美國(guó)道路工程學(xué)教授，以其提出的采用試驗(yàn)前后的劈裂強(qiáng)度比和回彈模量比作為水損害的評(píng)價(jià)指標(biāo)由其名字命名，即Lottman試驗(yàn)方法），這個(gè)試驗(yàn)方法就是一直在美國(guó)道路工程領(lǐng)域沿用至今的AASHTOT283試驗(yàn)方法，收到了良好的應(yīng)用效果。

相較于工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的道路建設(shè)技術(shù)，我國(guó)的相關(guān)研究和成果起步較晚。但自從高速公路在我國(guó)大陸20世紀(jì)80年代中期開始建設(shè)以來(lái)，已在短短30年間取得了明顯的進(jìn)步。如20世紀(jì)90年代中期交通部制定和頒布的JTJ 032—94《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求高等級(jí)道路的粗集料與瀝青應(yīng)進(jìn)行黏附性測(cè)定，且應(yīng)不低于4級(jí)，其他道路不低于3級(jí)。對(duì)于瀝青混合料，JTJ 032—94要求選用馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。2004年頒布的JTGF40—2004更規(guī)定了選用浸水馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度和雙面擊實(shí)50次的凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度比作為水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 道路水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 提高道路水穩(wěn)定性的措施

如本文前述，因道路水穩(wěn)定性較差造成的道路水毀現(xiàn)象十分嚴(yán)重，如山西境內(nèi)的高速公路在通車數(shù)年后大多就會(huì)出現(xiàn)各種路面病害，其病害的產(chǎn)生數(shù)量與通車年限呈指數(shù)增長(zhǎng)[2]。這些損壞的近50%是由水毀造成的，可見提高道路水穩(wěn)定性已經(jīng)刻不容緩且應(yīng)當(dāng)從下述幾個(gè)主要措施入手。

3.1 道路結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計(jì)

在路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置防水層是十分必要的。瀝青路面的面層（包括上面層和下面層）也被稱為磨耗層或封閉層，前者指瀝青路面是直接承受車輛對(duì)路面作用的耐磨部分，后者即指其為封閉上部水分（自然降水和人為灑水）對(duì)面層下部道路結(jié)構(gòu)的滲入。但由于面層直接受到車輛的反復(fù)作用（常常出現(xiàn)的超載重載車輛—如山西、內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)的煤炭、礦石外運(yùn)地區(qū)使得這種作用表現(xiàn)更甚），因此面層的防水作用很容易被破壞。有鑒于此，筆者建議在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)置雙層防水結(jié)構(gòu)，即在路面的上面層和下面層間設(shè)置第一防水層，而在水穩(wěn)層上部表面設(shè)置第二防水層。前者能夠阻擋水分侵入水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層，后者則能夠阻滯因面層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題時(shí)透過面層孔隙進(jìn)入的水分，從而對(duì)面層下部的水穩(wěn)層提供保護(hù)。相較道路面層，水穩(wěn)層的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定和持久，因此其防水層的作用更為可靠。這種雙重防水結(jié)構(gòu)的設(shè)置對(duì)于道路工程造價(jià)的提高影響不大，但其防水效果和使用壽命卻可有效提高。同時(shí)，道路兩側(cè)應(yīng)留出水分的排出渠道，以使水分及時(shí)排出。

長(zhǎng)期以來(lái)，道路防水層的材料大多采用專用防水涂料，收到了較好的效果。近年來(lái)，由山西省交通科學(xué)研究院完成的以高剪切和研磨為技術(shù)特征的改性瀝青成套設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)了SBS改性瀝青和改性乳化瀝青的高質(zhì)量快速制備[3]，具有國(guó)際先進(jìn)水平。以改性乳化瀝青作為防水涂料不僅能夠保證使用效果，而且能夠有效降低工程成本。

3.2 路面材料防水性能的優(yōu)化

目前，大多數(shù)高等級(jí)路面由瀝青混凝土材料鋪設(shè)，通過改進(jìn)和優(yōu)化路面材料的防水性能是十分重要的。如以聚合物作為改性劑（以SBS、PE和廢舊橡膠為主要代表）制作的改性瀝青作為瀝青混合料的黏結(jié)劑能夠有效提高瀝青和級(jí)配礦料的黏結(jié)性能[4]，降低路面早期病害，特別是縱橫裂縫的產(chǎn)生；采用以花崗巖、閃長(zhǎng)巖等高硬石料做面層骨料，使其粒徑級(jí)配得到長(zhǎng)期保持，進(jìn)而使瀝青混合料的路用特性，包括面層的抗滑特性及整體抗疲勞能力有效提高。這些措施能夠使瀝青路面的防水性能得到明顯的改善。

3.3 保證和提高路面的鋪筑質(zhì)量

a）提高壓實(shí)密實(shí)度。我國(guó)高等級(jí)道路的施工機(jī)械已基本成龍配套，關(guān)鍵是在施工過程中嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行作業(yè)。如路面的壓實(shí)密實(shí)度必須保證達(dá)到96%以上，但要達(dá)到這一指標(biāo)，不僅要使用合適噸位的壓實(shí)設(shè)備，更重要的是必須保證壓實(shí)溫度。如以SBS改性瀝青制作的瀝青混合料攤鋪后的壓實(shí)初始溫度不能過低，否則再好的壓路機(jī)也難以達(dá)到要求的密實(shí)度，而較好的密實(shí)度是提高路面防水性能的關(guān)鍵之一。

b）盡可能降低瀝青混合料材料的離析。材料出現(xiàn)離析是出現(xiàn)路面病害進(jìn)而影響其防水性能的重要原因，離析的成因多種多樣，但某些關(guān)鍵工序應(yīng)特別注意。如拌和機(jī)和為攤鋪機(jī)供料的自卸運(yùn)輸車的卸料高度應(yīng)盡可能降低；盡可能減小運(yùn)輸車的運(yùn)距；攤鋪機(jī)采用較大螺旋角的螺旋分料器等均可有效降低混合料材料的離析。

c）采用震蕩壓實(shí)工序，改善瀝青混合料的結(jié)構(gòu)均勻性。震蕩壓實(shí)的過程可使得瀝青路面結(jié)構(gòu)層的材料實(shí)現(xiàn)水平振動(dòng)，結(jié)果使其結(jié)構(gòu)組成更為均勻，面層孔隙率有效降低，材料的結(jié)合強(qiáng)度和密實(shí)度進(jìn)一步提高，其結(jié)果使得道路面層對(duì)上部水分的封閉效果有效提升。