高速公路路面病害類型及原因分析

白存亮

（甘肅省交通工程建設監理公司，甘肅 蘭州 730030）

目前，無論是國內還是國外，高速公路瀝青路面以其行車舒適、噪音少、揚塵少、維護方便等優點被廣泛使用，瀝青路面技術也有了很大的發展。但是隨著我國高速公路的迅速發展嗎，交通量日益增大，重載車輛、超載現象十分嚴重，加以受路面結構、氣候、地形、地質條件、行車荷載等多種環境因素的影響，造成瀝青路面結構的裂縫、坑槽、車轍等各種破損現象，使得高速瀝青路面的各種優點大打折扣。瀝青路面的各種破損情況不僅是瀝青路面的品質下降、使用壽命降低，而且會帶來路面病害的惡性循環，是路面破損面加大，造成維護費用的成倍增加。根據近年以來高速公路瀝青路面損壞的特征，高速公路瀝青路面常見病害包括以下幾種類型：

1 裂縫

裂縫病害是高速公路瀝青路面常見病害之一，開裂的表現形式多樣，主要分為縱向裂縫、橫向裂縫、網狀裂縫以及反射裂縫。

1.1 縱向裂縫

縱向裂縫一般有兩種：一種主要發生在緊急停車帶或路肩部位，其形狀是沿路肩邊緣向內逐步擴大，呈月牙形，這種裂縫容易使路基發生滑移，危險性很大；另一種是發生在行車道部位，多為縱向條帶狀，裂縫兩端未延伸到路堤邊緣容易形成沿行車方向呈臺階狀，影響行車舒適性。

縱向裂縫形成的主要原因有以下三個方面：

（1）地基原因：有些路段處于丘陵低洼、河谷處，地基土天然含水量較高，在設計及施工時未做處理，在高填土后，由于地基承載能力的差別出現不均勻沉降，造成路面縱向開裂。

（2）路基施工原因：如果土基施工時天氣干燥，局部路堤填料土塊粉碎不足，路基壓實不均勻，暗埋式構造處因構造物長度限制，路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠，或者混合料攤鋪時縱向施工搭接質量不好，都會造成縱向裂縫。

（3）水的滲透破壞：中央分隔帶、路表、邊坡等滲水，使局部路基受水浸泡后承載力值降低，在動靜荷載的作用下，路基滑動產生裂縫，另外填料若為弱膨脹土，如施工中未做處理，滲水后含水量變化，也會導致裂縫產生。

1.2 橫向裂縫

橫向裂縫是與路面中線近于垂直的裂縫，縫寬不一，縫長有的貫穿整個路幅，有的貫穿部分路幅，裂縫彎彎曲曲，有枝有叉。橫向裂縫中的唧漿導致裂縫兩側凹陷，橋頭跳車處的路面橫向裂縫，在路面積水的作用下加速跳車發展的速度，同時會對路基造成沖刷。

橫向裂縫通常不是由于荷載作用引起的，其成因主要有三個：

（1）材料收縮引起橫向裂縫。一方面，在基層成型過程中，因基層材料失水收縮而形成規則的橫向裂縫；另一方面，基層材料因溫度驟降而發生低溫收縮開裂。這兩種收縮變形使面層底面承受拉力，當拉力超過瀝青面層的抗拉強度時就使瀝青面層底部拉裂，并隨著溫濕的循環變化及行車荷載的反復作用而導致瀝青面層低面裂縫。

（2）瀝青及混凝土的溫縮引起的裂縫。因瀝青是一種對溫度變化比較敏感的粘彈性材料，溫度下降時，瀝青混合料逐漸變硬變脆，并發生收縮變形。當收縮拉應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時，瀝青路面表面就會被拉裂，并逐步向下發展，形成上寬下窄的橫向裂縫，這種溫縮裂縫在北方溫差較大地區初冬一般寬度為3～5mm，到嚴冬可加寬到10mm，最寬達到20mm，而到春季則又縮回。

（3）差異沉降引起的橫向裂縫。在軟土地基與非軟土地基交界處、軟土地基處理方法變化處或構造物臺背與路段交接處，因地基或路基與構造物差異沉降導致基層開裂，并反射到瀝青面層，形成橫向裂縫。

1.3 網狀裂縫

網狀裂縫是相互交錯的疲勞裂縫，形成一系列多邊形小塊組成的網狀開裂，它的初始形態是沿輪跡帶出現單條或多條平行的縱縫，而后，在縱縫間出現橫向和斜向連接縫，形成網狀裂縫。

網狀裂縫主要是由于路面的整體強度不足而引起的。第一，可能是路面結構設計不合理，路基路面壓實度不足，路面材料配合不當或未拌和均勻等使瀝青與石料粘結性差；第二可能是由于路面出現橫向或縱向裂縫后未及時封填，致使水分滲入下層，使基層表面被泡軟，在汽車荷載反復作用下，粉漿通過面層裂縫及空隙被壓到表面產生唧漿，基層表面被逐步淘空，產生網狀裂縫。另外，瀝青老化和汽車嚴重超載，使基層產生疲勞破壞也是導致瀝青面層形成網狀裂縫的重要原因。

1.4 反射裂縫

當基層產生裂縫后，在溫度和行車荷載的作用下，裂縫將逐漸反射到瀝青表面，路表面裂縫的位置形狀與基層裂縫基本相似。對于半剛性基層以橫向裂縫居多，對于柔性路面上加罩的瀝青結構層，裂縫形式不一，主要取決于下臥層。

2 坑槽

坑槽是瀝青路面最常見的一種病害，它是瀝青路面裂縫、龜裂、松散等病害發展延續的結果，具有突發性、頻發性和蔓延性的特點?？硬鄣某霈F嚴重影響路面的平整度和行車的舒適性，若不及時修補，在交通荷載和水的綜合作用下，破壞會發展的很快，造成養護費用的增加并給行駛在路上的車輛和司乘人員帶來極大的安全隱患。

瀝青路面出現坑槽的主要原因包括以下幾個方面：

（1）由于瀝青路面表面層混合料局部空隙率較大、瀝青與石料問的粘附力不強，路表水(雨水或雪水)進入并滯留在表面層瀝青混合料中，在行車荷載尤其是重載車輛的不斷作用下，產生的動水壓力使表面層的瀝青從石料表面剝落下來，瀝青路面便會出現局部松散破損或裂縫等病害，未能及時修補，導致散落的石料被車輪甩出，路面自上而下逐漸會形成坑槽。這類坑槽通常深度為2～5cm，在瀝青路面早期破壞中是各類坑槽中最早產生，也是產生數量最多的一類。

（2）當瀝青路面表面層和中面層都是空隙率較大的半開級配瀝青混合料，而底面層為空隙率較小的密級配瀝青混合料時，路表的自由水較易滲入并滯留在表面層和中面層內。行車荷載的作用使得中、上面層內的瀝青剝落，瀝青混合料失去粘結強度，導致路表面產生網裂、形變(局部沉陷)和向外側推擠，并最終出現粒料分離。粒料被行車作用帶離，最終形成坑槽，此類坑槽完全形成后深度一般為8～10cm。

（3）由于基層強度不夠，穩定性不好，面層裂縫，水侵入基層，在重載車輛作用下，自由水產生很大的壓力沖刷基層混合料表層細料，形成灰白色漿。在動水壓力和孔隙水壓力的反復作用下，使得整個面層范圍內的基層粒料出現松散，并反射到面層，形成惡性循環。最終會導致坑槽出現。這類坑槽完全形成后通常深度都大于10cm，并且絕人多數都在車流量較大的行車道上或重載車輛較多的道路上。發生該類病害時，通?；鶎右惨褔乐仄茐模以谛纬煽硬壑奥访嬉啾憩F出其他破壞現象而需要治理，因而該種病害相對來說較少。

（4）對于橋面鋪裝層來說。由于水泥混凝土梁與瀝青鋪裝層的材料差異較大，層問粘結處的變形不一致，為了減少橋面的水損壞，對橋面防水層和粘結層的要求越來越高。但由于種種原因，使得層間局部粘附性較差，并出現分層，使得瀝青鋪裝層在車輛荷載和水的共同作用下形成剝落和脫皮，最終產生坑槽。在日常養護中，橋面翻漿現象比較嚴重，每次連續雨天過后橋面容易出現坑槽。

（5）另外，一些人為因素例如在瀝青路面施工中，路面尚未成型就受到機動車緊急剎車或者出現意外交通事故受到外力沖擊，以及機動車用油滲入路面，污染導致瀝青路面混合料松散，在重車載碾壓下逐步形成坑槽。

綜上所述，瀝青路面產生坑槽的原因很復雜，涉及技術、材料、施工、交通、氣候以及管理等多種因素。

3 車轍

車轍是在行車荷載重復作用下,路面產生永久性變形積累形成的帶狀凹槽。高速公路瀝青路面車轍病害是除了裂縫和水損害之外的一種危害性較大的病害類型，在現代交通狀況下，車轍出現的速度和普遍性大大超過了預期。尤其對于山嶺重丘地區，高速公路車轍病害也愈加突出。一般山區高速公路沿線地形復雜，路線縱坡大，長陡坡路段多，受重載、超載及低速行車等諸多不利因素影響，車轍病害大量出現，特別在縱坡較大的上坡路段，當持續高溫時，車轍形成和發展快，已嚴重影響行車安全。

3.1 瀝青路面車轍破壞類型

車轍是指路面的結構層及土基在行車荷載作用下的補充壓實，以及結構層財料的側向位移產生的累積永久變形。車轍按成因不同分3類：由瀝青路面以下各結構層的永久性變形引起的結構性車轍；由混合料的側向流動變形引起的失穩性車轍；壓密性車轍和磨損性車轍。

3.1.1 結構性車轍

結構性車轍是指路面結構在交通荷載作用下產生整體永久變形而形成的車轍，這種變形主要由路基變形而產生。此類車轍的寬度較大，兩側沒有隆起現象，橫斷面成淺盆狀的U字型（凹型）。

3.1.2 失穩性車轍

失穩性車轍是由于瀝青路面結構層在車輪荷載作用下，其內部材科的流動產生橫向位移而形成。通常發生在輪跡處，當瀝青混合料的高溫穩定性不足時，在外力作用下就會產生這類車轍。這種車轍一般都有剪切變形產生的兩側隆起現象，車轍斷面成W型，易發生在車速較慢、橫向應力大的上坡路段。失穩性車轍危害最為嚴重，它是高速公路車轍病害的主要類型，影響因素多而復雜。

3.1.3 壓密性和磨損性車轍

壓密性車轍是由于瀝青面層本身的壓密而引起；磨耗型車轍是由于瀝青路面結構表層材料在車輪磨損和自然環境作用下，持續不斷損失形成的。這2類變形對車轍的貢獻很小。

3.2 車轍形成的主要原因

3.2.1 行車荷載的影響

車輛按規定正常在行車道行駛,使得高速公路的交通渠化現象非常突出,隨著車輛荷載作用次數增加,行車道車輛輪跡處進一步壓實并逐漸形成不同程度的車轍。對于山區高速公路路線縱坡大且路段長，重車、超載車多且車速慢，夏季高溫等特點，通過綜合分析認為，除影響一般路段瀝青路面車轍因素外，長縱坡路段加劇了車轍病害的出現。根據汽車行駛理論，載重汽車在長陡坡路段爬坡行駛時一般先做加速度減小的減速運動，后做勻速運動的過程。因此，車輛載重越大，坡道越陡，汽車行駛速度減小的越快，穩定時速度越小。上坡路段載重汽車行車緩慢，行駛速度的降低延長了軸載對路面的作用時間，對路面結構層內的應力和應變等產主影響。瀝青混合料作為一種粘彈性材料，遵從流變學的一般規律，按照流變學的波茲曼（Boltzmann）疊加原理，每次汽車荷載通過的作用可以按荷載作用時間疊加，每一輛車的荷載不同也是同樣疊加的。

3.2.2 基層施工質量差

因基層的厚度不足或因基層材料、施工、養生不當導致基層整體強度不足,由于荷載作用超過路面各層的強度，使得路表變形過大而形成轍槽和推移。

3.2.3 瀝青面層高溫穩定性差

由于瀝青混合料是一種彈塑性材料,如瀝青、礦料的選材不當或混合料組成不當會導致瀝青混合料的高溫穩定性差、抗塑性變形能力低,在高溫條件下,車輪碾壓反復作用,荷載應力超過瀝青混合料的穩定極限,使流動變形不斷積累形成車轍。

4 泛油

瀝青混合料中的瀝青在天氣炎熱時向上遷移到路面表面,而在冷天時又不存在逆過程,因而瀝青積聚在路面表面,形成一層有光澤的瀝青膜的現象為泛油。

高速公路瀝青路面發生泛油病害的成因如下：

4.1 瀝青混合料設計及施工中存在的問題

瀝青混合料設計及施工中存在的問題是引發瀝青路面發生泛油的主要內部因素。

瀝青混合料的設計中存在的問題主要有兩個：一是，瀝青混合料的設計孔隙率過低，這樣高溫季節在車輛荷載的作用下混合料中的自由瀝青無處容身，只能向外溢出，從而形成泛油，特別是對于密級配的瀝青混合料而言，這種情況出現的較多；二是，混合料設計中油石比的設計值過大，混合料中的自由瀝青過多，這樣雖有利于增強混合料的低溫抗開裂性能卻也易使混合料發生泛油。

混合料施工中存在的主要問題為：混合料拌和樓的計量不準，使油份過多或者礦粉的添加量不足，從而使混合料中的自由瀝青偏多，在高溫季節及車輛荷載的作用下自由瀝青外溢形成泛油；混合料的運輸及攤鋪過程中混合料發生的離析，細集料集中的部位孔隙率偏低而油份含量又偏高，從而使得混合料在高溫季節出現泛油；混合料施工于秋末冬初的低溫期，待溫度升高時路面易出現泛油。

4.2 氣候變化的影響

近年來，全球氣候逐漸變暖，夏季最高氣溫不斷升高，而冬季則不再寒冷。年平均、月平均氣溫與20世紀90年代比有了很大的變化，特別是高溫天氣的發生更頻繁，持續時間更長。瀝青路面作為一種柔性路面，對溫度的抵抗力、適應力十分有限。隨著夏季氣候溫度的不斷上升，地表溫度實際上還遠高于空氣溫度，瀝青材料的粘滯度不斷降低，易于滲透，在車輛荷載的作用下極易引發路面泛油病害。

4.3 交通狀況的影響

交通量的持續快速增長，特別是超載超限運輸的嚴重泛濫為路面泛油提供了巨大的外力能量。隨著國民經濟的增長，交通運輸事業蓬勃發展，超載超限運輸在市場經濟對利益最大化的極端追求下變得日益嚴重。高速公路的年平均日交通流量不斷增加，部分路段甚至已達飽和狀態，而且這其中，超載、超限車輛等大噸位車輛所占的比重還在不斷增加。大交通量、超重荷載的復合作用使路面不斷地變形，混合料越來越密實，孔隙率越來越小，夏天里軟化的瀝青，特別是上層油石比偏大的部分，多余的瀝青在油面的變形中極易被擠壓溢出，并且隨荷載等因素的增大而加劇，造成泛油。

無論是國內還是國外，高速公路瀝青路面正處于一個蓬勃發展的階段，需要我們在實踐中不斷認識、不斷總結、不斷創新、不斷提高，以不斷滿足社會對公路交通提出的需求，不斷提高公路交通網絡的公共服務能力，真正體現“以人為本、以車為本”的服務理念和“暢、安、舒、美”的工作目標。