高速公路瀝青路面坑槽病害的形成機制與防治措施

宋云梅

（云南省交通投資建設集團有限公司保山管理處，云南 保山 678000）

0 引言

路面坑槽是在行車作用下，路面骨料局部脫落而產生的坑洼，是瀝青路面普遍存在的一種病害。路面坑槽的特點主要表現為發生突然，并且逐漸波及周圍正常的路面，主要原因是由于荷載和水的影響。路面坑槽不僅影響行車的安全性、舒適性和路容路貌，如果養護維修不及時，還會對行車安全構成極大的威脅。

基于此，本文以云南某高速公路為例，根據雨季瀝青路面坑槽病害的調查情況，對坑槽形成的影響因素進行分析，結合某坑槽發育過程闡明了坑槽的形成機制，提出了瀝青路面坑槽的防治措施。這有利于瀝青路面坑槽病害的防治，以期為相關施工技術人員和維護管理人員提供參考和借鑒。

1 路面及坑槽概況

云南省內某高速公路，根據設計和施工資料可知路面結構層自上而下分別為：上面層是4cmSMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料，中面層是6cmAC-20 中粒式瀝青混凝土，下面層是8cmAC-25 粗粒式瀝青混凝土，基層是40cm 水泥穩定碎石，底基層是20cm 級配碎石。高速公路所在地區每年6 月份降雨量較大，路面經常出現較多坑槽。根據現場調查結果可知：調查線路總長為61.74km，雙向行車道同時調查，共發現坑槽90個；從形狀上來看，坑槽主要呈現為似圓形或似橢圓形（如圖1、圖2）。

圖1 似橢圓形坑槽現場照片

圖2 似圓形坑槽現場照片

2 坑槽形成的影響因素

根據現場調查結果可知，橋面坑槽有80個，路面坑槽有6個，隧道口坑槽有4個，并且坑槽多集中在行車道上。根據“有無對比”分析原則，分析得出高速公路瀝青路面坑槽病害的形成主要與路面結構層、降雨、行車荷載及瀝青本身性能有關[1-2]。

2.1 面層厚度的影響

橋梁面層中出現坑槽的頻次最高，這與橋梁面層較薄有直接的關系。雖然橋梁面層和道路主線面層的類型相同，都為4cmSMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層以及6cmAC-20中粒式瀝青混凝土中面層，并在瀝青混凝土與橋面現澆混凝土之間設有防水層；但與道路主線面層相比，橋梁面層較薄，只有上面層和中面層，對瀝青的結合性和瀝青骨料的吸附能力等要求較高，在荷載以及雨水作用下容易產生破壞，從而形成坑槽。

2.2 雨水浸泡的影響

通過對不同季節坑槽的數量進行調查和統計，坑槽病害主要集中出現在6～8月份。這3個月是一年中該地區降雨量最大的時節，并且早晚溫差較大。雖然抵抗雨水損害是瀝青混合料的一項重要性能，但是雨水對瀝青性能的不利影響仍然很大，水對瀝青混合料耐久性影響主要體現在瀝青混合料粘附性方面。在降雨集中的6～8月份，如果存在路面排水不暢等原因，在長期降雨作用下，會導致瀝青路面長時間受雨水浸泡，呈現出不同的破壞方式，如車轍變形、坑槽、裂縫、松散等。

2.3 行車荷載的影響

通過現場調查統計和分析發現，相較于超車道而言，行車道坑槽病害表現的更為突出。該高速公路車流量較大，行車道大車通行頻次高，行車荷載大。瀝青骨料承受的荷載越大，對瀝青延展性與結合性要求就越高。在行車荷載的反復作用下，瀝青材料受到不斷擠壓，上面層瀝青受到較大的拉應力，當超出極限拉應力時，就會出現骨料被擠出的情況，最初會出現小型坑洞。坑洞周邊的骨料應力較為集中，隨著行車豎向荷載及橫向摩擦力的進一步作用，坑洞逐步擴大，最終形成坑槽。

2.4 瀝青材料的影響

根據對坑槽病害出現路段的分析結果，結合相關設計資料，可知不同路段出現坑槽病害的程度不一樣，具有較明顯的差異分布特性。結合“有無對比”分析原則，坑槽病害的出現與瀝青材料的選擇及施工過程的管理密不可分。瀝青瑪蹄脂碎石上面層采用改性瀝青，通過改性瀝青改善瀝青混合料的水穩定性，從而提高瀝青路面預防瀝水損害的能力。此外，瀝青混合料的配合比也是影響瀝青路面高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗水損害能力的一大重要因素。目前，瀝青混合料的配合比的設計采用馬歇爾設計方法進行。

3 坑槽的形成機制

（1）在雨水、行車荷載等的綜合作用下，瀝青粗骨料被擠出，形成最初的麻面或小型坑洞，隨著雨水及荷載的進一步作用，出現瀝青骨料的鏈式反應。

（2）出現鏈式反應后，隨著坑槽的逐漸擴大。坑槽內的積水量越來越大，在雨水的浸泡下，坑槽擴展速度加快，由初期的小型坑洞發展為較大的坑槽。在荷載和雨水的共同作用下，最終發展為圓形或者較大的不規則橢圓形坑槽。圖3所示為某個坑槽的形成過程。

圖3 某坑槽形成過程照片

圖3a為7月5日坑槽發育情況的照片，此時坑槽的直徑為27cm；圖3b為7月7日坑槽發育的第二次現場采集照片，此時坑槽直徑已經發育至36cm，且坑槽周邊骨料更為松散；圖3c為7月9日對此坑槽發育跟蹤調查時第三次采集得到的照片，此時相較于圖3b，坑槽右上角已經進一步發育擴展；圖3d為7月13日對坑槽跟蹤調查時采集的第四張照片，此時坑槽直徑已經發育到40cm。從第一次調查開始，僅一周時間，坑槽直徑由27cm發育至40cm，面積擴大了683.74cm2，發展速度非常快。

4 坑槽病害的防治措施

4.1 嚴格控制瀝青材料性能

瀝青粗集料表面必須粗糙，才能吸附較多的瀝青結合料，細集料應該潔凈、干燥、無風化、無雜質。嚴格控制改性瀝青的性能，采用滿足要求的改性瀝青。同時，嚴格控制纖維穩定劑的摻加比例及混合料配合比[3]。施工過程中要注意瀝青材料的選擇：

（1）粗集料的選擇。粗集料必須采用堅韌、有棱角、致密性好、吸水率小的碎石。粗集料表面比較光滑，則不能吸附較多的瀝青結合料，會影響混合料的耐久性。

（2）細集料的選擇。細集料可采用天然砂、機制砂和石屑，應保持潔凈、干燥、無雜質、無風化，有泥土、雜物的細集料影響瀝青的沾附性，尤其是瀝青瑪蹄脂碎石上面層對集料的選擇要求更為嚴格。

（3）瀝青混合料的選擇。瀝青混合料的礦粉要求采用石灰石或者堿性巖石磨細得到的礦粉，通過采用干燥的磨細一級消石灰粉作為填料的一部分，可改善集料和瀝青的粘附性。

（4）纖維穩定劑的選擇。用于瀝青瑪蹄脂碎石上面層的纖維穩定劑包括木質素纖維、礦物纖維、聚合物化學纖維等，可改善瀝青混合料的性能，吸附瀝青，減少析漏。

4.2 加強施工過程控制

施工中加強對拌合過程、運輸過程、攤鋪溫度、攤鋪速度以及壓實度的控制，以達到最好的攤鋪、壓實效果，保證施工質量。

4.3 做好道路后期養護措施

及時清理橋面泄水孔，避免出現因泄水管堵塞出現橋面積水的情況，減少因積水及排水不暢的原因影響瀝青的粘結性[4]。

4.4 病害的主要處置方式

目前坑槽病害的處置主要采取開挖坑槽、重新攤鋪瀝青結構層的方式進行病害處置。一旦出現路面坑槽病害，應及時組織養護施工隊伍處置，避免坑槽的進一步擴大，保證路面的行車安全。

5 結束語

綜上所述，結合高速公路瀝青路面日常養護情況，分析得出雨季路面坑槽病害較為突出，采用有無對比原則統計分析坑槽出現頻次，發現坑槽病害的形成主要與面層厚度、雨水浸泡、行車荷載以及瀝青材料等影響因素有關。通過對坑槽發育過程的跟蹤分析，得出瀝青路面在雨水及荷載的反復作用下，出現瀝青骨料的鏈式反應，逐步形成了坑槽病害。結合影響坑槽病害形成的因素以及坑槽病害的形成機制，提出了有效的防治措施，以保障高速公路瀝青路面的行車安全。