淺談道路水損害成因分析

汪笑璇

（上海民航新時代機場設計研究院有限公司廣州分公司 廣東廣州 510405）

引言

水泥混凝土道路建設和運營中，伴隨出各種病害現象，造成這些病害的原因有很多，其中一個重要的原因是水損害，把水進入道路結構層后產生的破壞現象，稱為道路水損壞。重視水的存在和來源，認識道路水損壞的實質，以保障在道路設計、施工和養護階段中，選擇更有效的防治措施，延長道路使用壽命，提高道路的服務水平。在此結合作者的從業經驗，淺談分析道路水損害中水的來源及其水損壞的原因。

1 道路內部水的來源及遷移動力

研究水損害關鍵在于了解道路內部水分的來源及水分遷移驅動力。水分的來源大致可以分成以下幾種[1]：

（1）地表水，地表水主要有大氣降水、冰雪融化和人為作用（剎車冷卻水等），地面水進入道面結構層的途徑（通道）有：①水泥混凝土路面接縫填縫料，道面接縫一般采用嵌縫料密封，在使用中填縫材料經受熱壓冷拉，易疲勞老化，出現裂縫和脫落開裂等現象，形成滲水通道。②路面和路基裂縫，路基裂隙形成原因主要是路基不均勻沉降和路面裂縫的延續發展。路面裂縫其形成原因復雜，一種是路基裂縫反射到路面上，一種是路面初凝過程中，因材料配合比不合適、施工不當、基層對路面約束力及基層頂面裂縫等影響，產生微裂縫，在使用期間受靜荷載、動荷載及溫度應力的反復作用下，逐漸產生、擴大和聚集混凝土微裂縫，最終眾多的微裂縫貫通成宏觀裂縫。③路面邊緣，浸濕道路兩側的臨空面，水分通過毛細和滲透作用向道路內擴展，進入路基路面結構內部。④面層孔隙，特別是瀝青混凝土面層本身存在的空隙。

（2）地下水。地下水在遷移動力作用下上升進入道路結構層中，根據地下水的形態，可將地下水分為氣態水、液態水和固態水，其中液態水又可根據與土粒的吸附程度分為結晶水、吸著水（強結合水）、薄膜水（弱結合水）、非結合水（毛細水和重力水）；結晶水和強結合水由于受土顆粒表面的吸引較大，類似固態水，在外部因素影響下很難發生遷移。地下水遷移的主要是液態水（弱結合水和非結合水）和氣態水。

水分遷移驅動力主要有滲流作用、毛細作用、重力作用和溫差作用等，不同驅動力對水分遷移的影響程度與道路所在地域、道路相對高度、透水性等結構特性有關。

（1）滲流力作用。主要分為垂直滲流力和側向滲流力。地表水主要是在垂直滲透力作用下，通過接縫填縫料、路面裂縫和路面邊緣等進入道路結構層；道路兩側的高水位地下水主要是在側向滲透力作用下向路面結構層中滲流。滲流現象主要發生在山嶺重丘區的挖方地段、地下水位較高的路段、路表排水溝較淺或排水不暢的地方，道路縱坡平緩或零坡處、位于江河附近道路。

（2）毛細力作用，主要在粉細砂、粉土和粉質黏土中產生。地下水、包氣帶水或上層滯水，在毛細力作用下不斷上升，浸潤路基和路面。毛細力作用對道路濕度的影響程度，與毛細水最大上升高度和速度有關，毛細水上升高度和速度與土的粒度、密實度、類型、礦物成分、化學成分和含水量有關。

（3）重力作用，主要是指非結合水即自由水，在重力作用下自由流動，產生動水壓力，沖刷帶走土中的細小顆粒，并溶濾土中的水溶鹽，產生機械和化學潛蝕作用。重力作用主要發生在中粗砂、卵礫石土等有較粗大孔隙處，可為自由水提供移動通道。

（4）溫度差作用，溫度變化導致水的物理和化學性質（粘度、密度、表面張力等）產生變化，影響土水勢。當溫度梯度較大時，水分從土的高水勢（溫度高）向低水勢（溫度低）方向遷移，并積聚（或凝結）至路基路面結構內部中。溫度差影響因素主要是外部氣候條件（氣溫、太陽輻射狀況、風速、風向和蒸發等）和道面熱穩定性。

2 道路水損害原因分析

道路水損害分為路面水損壞和路基水損害，下面從這兩方面分析：

圖1 道路水分遷移示意圖

2.1 水對路面結構的損害[2]

（1）降低路面強度，水進入路面結構內部，若排水不暢或積聚，造成路面結構含水量過多，其結構的強度和剛度降低，長期飽和甚至會引起和加速各種病害。

（2）沖刷路面結構，在頻繁的重車輛軸載作用，路面結構的自由水高速流動產生動水壓力，對路面結構進行沖刷，特別是含細料較多的基層。反復沖刷作用，面層中的細顆粒剝落，形成剝落破壞現象；基層中的細料漿漸漸堆積，在外部荷載作用下，從裂縫和接縫處擠壓出來，形成唧漿現象。對于水泥混凝土路面，長期唧漿作用最終造成板底脫空，打破混凝土板受力平衡，產生接縫間的錯臺、下沉、斷板、甚至破碎。對于瀝青混凝土路面，長期的剝落和唧漿作用將產生網裂、變形或坑洞等破損。

（3）路面板收縮變形，水泥混凝土路面板頂部與底部之間濕度的差異，產生濕度梯度，造成路面板斷面處體積變形率不一致，導致翹曲變形。

2.2 水對路基的損害[3]

水對路基的危害分為原始作用和繼發作用，原始作用表現為滲流潛蝕作用和改變路基含水率，降低路基土體強度；繼發作用主要表現誘發、增強或改變其他作用，特別是位于特殊土地區，地下水或路基含水量狀態的改變，會誘發特殊土的工程地質災害，黃土濕陷、鹽漬化、凍脹等是水的原始作用同其他作用和土體自身特殊性的共同結果。

（1）降低路基強度，含水量是影響路基土體強度的重要因素，水分經各種途徑進入路基內部，或者因溫度變化造成地下冰層融化等，使得路基含水率增加，影響土體的壓實度和承載能力。特別是位于水敏感性高的黃土等特殊土分布區域，影響更大。路基土體含水量不均勻分布造成路基強度的不均勻，使路基局部產生差異沉降，產生各種路基和邊坡裂縫，以及路基或者邊坡的沉陷等病害，甚至造成路面破壞。

（2）鹽漬化，主要發生在氣候干燥的鹽漬土的區域，攜鹽含量高的地下水在毛細作用和蒸發作用下，上升并析出鹽分置路基中，路基土孔隙度增大，結晶粘聚力降低，透水性增加，以致路基土強度削弱，產生沉陷。

（3）凍脹，主要分布在季節性冰凍地區，充足的水分補給源和補給通道是產生凍脹必要條件。地下水在溫度差作用下，遷移至路面下的凍結區，構成冰晶體和冰夾層，并伴隨體積的膨脹，造成道路局部隆起鼓包、開裂，甚至路面板的斷裂和錯臺；春融時凍融界面土層達到飽和過飽和狀態，變的過濕和軟化，路面松軟、荷載作用下產生翻漿或沉陷破壞。

3 道路水損害防治措施

目前解決道路水損害的防治措施主要是分為以下幾個原理：減小水進入道路結構層的可能、提高道路抵抗水損害的能力、提高道路結構排水能力。以下按照不同防治原理介紹常用的防治措施。

3.1 降低水進入道路結構層的可能性

對于路面，主要是減少水進入道路結構層的通道數量。水泥混凝土路面中選擇性能優良的填縫料，瀝青路面采用透水性小的密集配瀝青混凝土等措施，盡量避免路面產生各種接縫和裂縫。

對于路基，主要是加大路基工作區和地下水位的距離。人為抬高路基標高，降低地下水位都屬于此種。降低地下水位主要是設置明溝、暗溝（管）、滲溝等排水設施。明溝的用途是阻攔和截引路塹邊坡上側或邊溝外側的上層滯水。暗溝（管）的用途是排除路基范圍內的外涌泉水或地下水源。滲溝的用途收集地面以下流向路基的地下水，排至影響區范圍以外。

3.2 提高道路抵抗水損害的能力

提高抗水損害的能力主要是提高以下幾個方面結構特性：提高水泥混凝土路面強度儲備，提高瀝青混凝土瀝青混合料的水穩定性，采用抗沖刷性能高的基層，設置防水層和隔離層等阻止地下水對路基的浸濕和減小路基裂縫的反射。

3.3 提高道路結構排水能力

應用此原理主要的防治措施是設置路面排水設施，包括表面排水，內部排水和設置排水面層。路面表面排水主要是設置路肩路面的橫坡、路面內部排水主要是設置排水基層、防水層、路面邊緣排水系統（縱向邊緣集水溝、橫向排水管、反濾織物等）。

4 結語

通過正確認識道路結構層中的水的來源和對道路結構的影響，對于預防和根治道路水損害有一定的指導作用，在道路設計、施工和養護過程中，應重視并剖析可能產生的水損害類型，并預估其風險，因地制宜的選擇合理有效的防治系統，控制施工質量，防治水損害的發生。