瀝青混凝土路面水毀原因及綜合處治技術(shù)

李凱青

（太原市炘凱海威公路工程技術(shù)咨詢有限公司， 山西 太原 030000）

1 瀝青混凝土路面水毀病害概述

在國內(nèi)已經(jīng)服役的高速公路中，最常見的病害類型以早中期為主，具體表現(xiàn)為路基不均勻沉降、路橋銜接位置橋頭跳車、透水病害、鼓包、車轍及龜裂等各種病害。在以上眾多瀝青混凝土路面病害類型中，水毀病害是最常見的病害類型之一，通過工程實踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路面早期破壞集中體現(xiàn)為水毀且病害位置具有典型的集中性，在路面上部車輛荷載的作用下，滲透水分的水動力效應(yīng)明顯增加，與冬夏季凍融循環(huán)作用下產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力耦合作用下加劇了瀝青混凝土路面水毀的嚴(yán)重程度，正常瀝青混凝土路面的設(shè)計使用壽命為3年-5年，水毀因素作用下的瀝青混凝土路面使用壽命將縮短至1年-2年，在服役時限大于1年后，瀝青混凝土路面將出現(xiàn)嚴(yán)重的集料剝離和表面唧泥，最終演化為嚴(yán)重的瀝青混凝土路面水毀病害。

2 瀝青混凝土路面水毀病害成因分析

水毀是高等級瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)中最常見的病害類型之一，由于瀝青混凝土路面表面長期積水，在車輛荷載的長期反復(fù)作用下，滲透水分的水動力效應(yīng)明顯增加，路表面滲透水分不斷深入到路面層和路基層中，一旦滲透水分無法及時外排，在冬夏季凍融循環(huán)作用下將導(dǎo)致路面路基結(jié)構(gòu)層凍脹開裂，影響路面及路基結(jié)構(gòu)的整體性和協(xié)調(diào)變形性能。

從瀝青混凝土路面水分滲透引發(fā)的病害機(jī)理角度分析，可以細(xì)分為由上至下的滲透病害和由下至上的滲透病害兩種形式，表現(xiàn)出的災(zāi)害形式主要是唧泥、集料剝離、凹陷及不均勻沉降等。由上至下的水毀病害，瀝青混凝土路面表面積水長期集聚在路面表面，在車輛荷載的長期作用下，滲透水動力值快速增長，如果瀝青各層的密封性良好的基礎(chǔ)上，滲透水動力的滲透作用下降，在外荷載作用下容易在路面基層中形成嚴(yán)重的真空反吸區(qū)，在內(nèi)外氣壓的作用下導(dǎo)致瀝青混合料集料剝離，最終演變?yōu)閲?yán)重的集料松散或集料剝離病害。由下至上的水分滲透病害一般常見于鋪筑厚度較小的路面中，集聚在瀝青混凝土路面表面的水分通過表面細(xì)微開裂滲透到基層內(nèi)，滲透水分在基層內(nèi)不斷集聚，由于瀝青混凝土路面中常見的半剛性基層結(jié)構(gòu)密封性良好，集聚在毛細(xì)裂縫內(nèi)的水分在上部荷載的沖擊作用下，沖刷集料應(yīng)水分充分混合后形成集料溶液。在瀝青混凝土路面基層的真空吸收效應(yīng)下，導(dǎo)致下面層的瀝青混合料沖刷嚴(yán)重，嚴(yán)重削弱了瀝青混合料的抗變形剛度和荷載穩(wěn)定性，沖刷混合料在荷載壓力作用下向上突破，引發(fā)路面表面嚴(yán)重沉陷和坑槽病害。

借助鉆芯取樣試驗技術(shù)發(fā)現(xiàn)，水害瀝青混凝土路面的中面層和上面層同底基層之間的相互粘附力下降，由于粘附力下降導(dǎo)致各層之間的協(xié)調(diào)變形能力被削弱，容易引發(fā)瀝青混凝土路面層板之間的脫空病害，由于脫空病害的出現(xiàn)，導(dǎo)致不同層之間的空間增加，進(jìn)而形成惡性循環(huán)，加速瀝青混凝土路面的病害發(fā)展進(jìn)程。此外，滲透到各層之間的水分容易產(chǎn)生嚴(yán)重的層間錯動，層間剪切應(yīng)力增加，容易誘發(fā)局部的應(yīng)力集中效應(yīng)，最終造成路面表面的破損病害。

3 瀝青混凝土路面水毀病害綜合處治技術(shù)

3.1 施工原材料質(zhì)量把控

瀝青混凝土材料在拌合、運(yùn)輸、攤鋪、壓實及后期養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)中均會不同程度造成集料離析病害，尤其是在攤鋪壓實環(huán)節(jié)，由于熨燙板至攤鋪作業(yè)面之間缺乏緩沖裝置，導(dǎo)致大粒徑集料提前滾落至攤鋪作業(yè)面，造成嚴(yán)重的瀝青混合料離析病害。為了抵御攤鋪施工作業(yè)階段出現(xiàn)的集料離析病害，建議通過控制瀝青混合料的空隙率解決。通過工程試驗發(fā)現(xiàn)，瀝青混合料的空隙率小于8%時，滲透到瀝青混凝土路面中的水分在荷載作用下形成的動水壓力較小，無法達(dá)到水毀的程度，滲透水分的動水效應(yīng)不明顯，不會引發(fā)水毀病害；如果使用改性瀝青材料，建議空隙率可以適當(dāng)放寬至12%，但是不能超過15%。除了控制瀝青混合料的空隙率指標(biāo)外，還必須控制瀝青混合料中各集料的最大粒徑指標(biāo)，根據(jù)最新的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2017）》規(guī)范的相關(guān)要求，瀝青混凝土路面攤鋪混合料的最大粒徑分布應(yīng)以路面各層順序分布為主，從上至下依次增加，且粒徑指標(biāo)分布必須與層間分布一致。采用熱拌技術(shù)的混合料，各層混合料粒徑公稱直徑應(yīng)小于松鋪厚度的1/2，以控制攤鋪及壓實作業(yè)過程中可能出現(xiàn)的集料離析病害。

3.2 瀝青混凝土路面排水處治

目前使用的瀝青混凝土路面均為半剛性基層結(jié)構(gòu)，半剛性基層兼具柔性路面和剛性路面的特點，其密封性良好，在長期滲透水動力效應(yīng)的作用下，水分將滲透到路面基層內(nèi)部，在動水沖刷效應(yīng)下，裹挾集料的水分將導(dǎo)致路面層內(nèi)部長期處于浸透狀態(tài)，誘發(fā)路面唧泥和沉降病害。歸根結(jié)底，誘發(fā)瀝青混凝土水毀的根源為水，必須做好瀝青混凝土路面的排水處治工作，進(jìn)一步完善瀝青混凝土路面的防排水工作。在瀝青混凝土路面內(nèi)增設(shè)雙層排水層，根據(jù)區(qū)域交通量大小決定基層結(jié)構(gòu)的級配設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，小交通量公路可以使用密級配單層基層，中重交通量路面應(yīng)使用密集配和防排水雙基層。排水基層表面應(yīng)均勻噴射瀝青透層油，保證排水基層的密封性；下封層應(yīng)采用改性乳化瀝青基層結(jié)構(gòu)，兼顧透層性和密封性要求。路面積水應(yīng)快速疏導(dǎo)至路基兩側(cè)的排水溝內(nèi)，路邊石間斷布設(shè)排水溝，防止路邊石阻塞引起的排水不暢。對于挖方路基結(jié)構(gòu)，應(yīng)在路堤位置增設(shè)排水盲管，提高排水效率，尤其在山區(qū)公路建設(shè)過程中，應(yīng)合理采用盲管，提高排水效率。

4 總結(jié)

綜上分析可知，控制瀝青混凝土水毀病害的關(guān)鍵在于控制水量，本文對容易引發(fā)瀝青混凝土水毀病害的相關(guān)因素及成因機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，提出從原材料質(zhì)量控制和防排水兩方面提出了針對性的處治措施，實現(xiàn)了源頭和過程的雙重控水目的；通過工程實踐經(jīng)驗檢驗，以上水毀病害控制措施能夠有效緩解瀝青混凝土路面各種繼發(fā)性病害。