沥青混凝土路面水毁原因及综合处治技术

李凯青

（太原市炘凯海威公路工程技术咨询有限公司， 山西 太原 030000）

1 沥青混凝土路面水毁病害概述

在国内已经服役的高速公路中，最常见的病害类型以早中期为主，具体表现为路基不均匀沉降、路桥衔接位置桥头跳车、透水病害、鼓包、车辙及龟裂等各种病害。在以上众多沥青混凝土路面病害类型中，水毁病害是最常见的病害类型之一，通过工程实践调查发现，路面早期破坏集中体现为水毁且病害位置具有典型的集中性，在路面上部车辆荷载的作用下，渗透水分的水动力效应明显增加，与冬夏季冻融循环作用下产生的冻胀应力耦合作用下加剧了沥青混凝土路面水毁的严重程度，正常沥青混凝土路面的设计使用寿命为3年-5年，水毁因素作用下的沥青混凝土路面使用寿命将缩短至1年-2年，在服役时限大于1年后，沥青混凝土路面将出现严重的集料剥离和表面唧泥，最终演化为严重的沥青混凝土路面水毁病害。

2 沥青混凝土路面水毁病害成因分析

水毁是高等级沥青混凝土路面结构中最常见的病害类型之一，由于沥青混凝土路面表面长期积水，在车辆荷载的长期反复作用下，渗透水分的水动力效应明显增加，路表面渗透水分不断深入到路面层和路基层中，一旦渗透水分无法及时外排，在冬夏季冻融循环作用下将导致路面路基结构层冻胀开裂，影响路面及路基结构的整体性和协调变形性能。

从沥青混凝土路面水分渗透引发的病害机理角度分析，可以细分为由上至下的渗透病害和由下至上的渗透病害两种形式，表现出的灾害形式主要是唧泥、集料剥离、凹陷及不均匀沉降等。由上至下的水毁病害，沥青混凝土路面表面积水长期集聚在路面表面，在车辆荷载的长期作用下，渗透水动力值快速增长，如果沥青各层的密封性良好的基础上，渗透水动力的渗透作用下降，在外荷载作用下容易在路面基层中形成严重的真空反吸区，在内外气压的作用下导致沥青混合料集料剥离，最终演变为严重的集料松散或集料剥离病害。由下至上的水分渗透病害一般常见于铺筑厚度较小的路面中，集聚在沥青混凝土路面表面的水分通过表面细微开裂渗透到基层内，渗透水分在基层内不断集聚，由于沥青混凝土路面中常见的半刚性基层结构密封性良好，集聚在毛细裂缝内的水分在上部荷载的冲击作用下，冲刷集料应水分充分混合后形成集料溶液。在沥青混凝土路面基层的真空吸收效应下，导致下面层的沥青混合料冲刷严重，严重削弱了沥青混合料的抗变形刚度和荷载稳定性，冲刷混合料在荷载压力作用下向上突破，引发路面表面严重沉陷和坑槽病害。

借助钻芯取样试验技术发现，水害沥青混凝土路面的中面层和上面层同底基层之间的相互粘附力下降，由于粘附力下降导致各层之间的协调变形能力被削弱，容易引发沥青混凝土路面层板之间的脱空病害，由于脱空病害的出现，导致不同层之间的空间增加，进而形成恶性循环，加速沥青混凝土路面的病害发展进程。此外，渗透到各层之间的水分容易产生严重的层间错动，层间剪切应力增加，容易诱发局部的应力集中效应，最终造成路面表面的破损病害。

3 沥青混凝土路面水毁病害综合处治技术

3.1 施工原材料质量把控

沥青混凝土材料在拌合、运输、摊铺、压实及后期养护等环节中均会不同程度造成集料离析病害，尤其是在摊铺压实环节，由于熨烫板至摊铺作业面之间缺乏缓冲装置，导致大粒径集料提前滚落至摊铺作业面，造成严重的沥青混合料离析病害。为了抵御摊铺施工作业阶段出现的集料离析病害，建议通过控制沥青混合料的空隙率解决。通过工程试验发现，沥青混合料的空隙率小于8%时，渗透到沥青混凝土路面中的水分在荷载作用下形成的动水压力较小，无法达到水毁的程度，渗透水分的动水效应不明显，不会引发水毁病害；如果使用改性沥青材料，建议空隙率可以适当放宽至12%，但是不能超过15%。除了控制沥青混合料的空隙率指标外，还必须控制沥青混合料中各集料的最大粒径指标，根据最新的《公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2017）》规范的相关要求，沥青混凝土路面摊铺混合料的最大粒径分布应以路面各层顺序分布为主，从上至下依次增加，且粒径指标分布必须与层间分布一致。采用热拌技术的混合料，各层混合料粒径公称直径应小于松铺厚度的1/2，以控制摊铺及压实作业过程中可能出现的集料离析病害。

3.2 沥青混凝土路面排水处治

目前使用的沥青混凝土路面均为半刚性基层结构，半刚性基层兼具柔性路面和刚性路面的特点，其密封性良好，在长期渗透水动力效应的作用下，水分将渗透到路面基层内部，在动水冲刷效应下，裹挟集料的水分将导致路面层内部长期处于浸透状态，诱发路面唧泥和沉降病害。归根结底，诱发沥青混凝土水毁的根源为水，必须做好沥青混凝土路面的排水处治工作，进一步完善沥青混凝土路面的防排水工作。在沥青混凝土路面内增设双层排水层，根据区域交通量大小决定基层结构的级配设计标准，小交通量公路可以使用密级配单层基层，中重交通量路面应使用密集配和防排水双基层。排水基层表面应均匀喷射沥青透层油，保证排水基层的密封性；下封层应采用改性乳化沥青基层结构，兼顾透层性和密封性要求。路面积水应快速疏导至路基两侧的排水沟内，路边石间断布设排水沟，防止路边石阻塞引起的排水不畅。对于挖方路基结构，应在路堤位置增设排水盲管，提高排水效率，尤其在山区公路建设过程中，应合理采用盲管，提高排水效率。

4 总结

综上分析可知，控制沥青混凝土水毁病害的关键在于控制水量，本文对容易引发沥青混凝土水毁病害的相关因素及成因机理进行详细分析，提出从原材料质量控制和防排水两方面提出了针对性的处治措施，实现了源头和过程的双重控水目的；通过工程实践经验检验，以上水毁病害控制措施能够有效缓解沥青混凝土路面各种继发性病害。