公路路面水损毁机理分析与防水方案探讨.doc

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曹桂永摘要:综述了公路路面水损毁形成机理,从多个角度分析了水损毁的影响因素,并针对性的提出了防水措施。
关键词:水损毁机理防水
沥青路面水损毁是指其在投入运营后在有孔隙水环境下在车辆荷载及温湿胀缩反复作用下路面空隙内水分侵入沥青与集料界面内导致混合料的粘接性能下降,沥青膜从集料表面剥离而降低路面使用性能的现象,该病害发生与水息息相关,水的来源可包括大气降水和自路基内进入面层的水,该病害一旦发生则会导致沥青路面强度下降而影响其使用性能,因此认真分析路面水损毁形成机理并采取有效防水方案对保证路面使用性能,延长路面使用寿命具有重要意义。
1、沥青路面水损毁形成机理
沥青混凝土拌合物内矿物质集料具有天然亲水性决定了沥青路面发生水损毁的必然性和多发性,当水分侵入集料和沥青界面后内部热值较高的集料和水分的粘附很容易将集料同沥青间的粘附取代而导致沥青膜同集料剥离,在沥青膜形成后期厚度是影响其粘接力的主要因素,当水分侵入沥青膜后则会引发内部空隙膨胀而对集料和沥青间的粘接力产生影响,当该粘接力不能抵抗车辆荷载等外力时则会产生系列病害[1]。水损毁一般宜发生在雨季、春融季节和冬雪季节。
2、路面水损毁影响因素

混合料采用的集料性能、表面积及其颗粒形状均会影响沥青与集料间的粘接力,若集料吸水率较高则其会将部分沥青吸入而成为其中的部分而使其具有良好的水稳性;同时集料表面积大也有助于沥青吸附层更加牢固,而若集料尖锐则在尖锐部位形成薄层沥青膜而宜导致水体浸入,同时若集料表面附着泥土粉尘等则将成为集料粘附沥青的隔离剂而降低其粘附性。

混合料的空隙率较大则为水分浸入提供条件,并为其提供了安身之所,同时空隙率达到一定范围则浸入混合料内的水在车辆荷载作用下易产生较大的动水压力而导致水损毁发生。

混合料离析则会导致集料级配及沥青用量局部失调,粗集料集中部位则难以压实而导致该区域内路面空隙率远超出设计值,同时沥青含量偏少也会加速水损毁现象;在细集料聚集部位则无法形成混凝土骨架结构,同时由于沥青含量较高导致空隙率过小,继而降低其高温温度性。

无论是大气降水或地下水进入路面结构后若没有出路则该部分水会滞留在结构内而引发水损毁,因此公路路面排水效果在很大程度上影响水损毁发生情况。
3、公路水损毁防水措施

对于公路而言相对完善的排水系统是阻止水体浸入路面结构内的有效措施,在进行防护时若水存积于路面内部结构则应通过路边缘排放,若存积于结构层内则应通过路肩排放,若公路中间分隔带为粉砂土土质则大气降水或毛细水易自路侧面浸入路面结构层而导致排水不畅,因此应以纵向排水沟来排水,一般可敷设带孔的PVC管或在内部填充碎石并在纵沟外侧包上单面渗透的土工布,沿纵沟方向每隔一段距离设一个横向沟便于降水排放。

路面面层在荷载等因素下一旦出现裂缝则势必会给水体浸入路面提供通道,进入结构内的水体在路面结构内不停的冲刷会导致更为严重的破坏,并会增大裂缝宽度和数量,甚至会导致贯穿裂缝生成,长期以往则会导致混合料剥落和松散,为防止该现象生成可在路面结构成内铺设可起延缓路面病害的过渡层或吸收层以缓解该现象发生[2]。

路面基层应尽量采用组合式基层或柔性基层便于水体从基层内有效排放,且加大沥青层厚度会因延长水流途径而减少进入基层的水量,因而降低了水在路面结构层内长期滞留而引发水损毁;基层强度和刚度也会增大水损毁几率,可通过降低粉煤灰、石灰等掺入量来调整矿料级配和设计强度要求,从而降低基层强度和刚度;在能保证基层厚度的前提下可优选采用抗冲刷能力强、水稳定性好的材料,确保基层有较大的抗变形能力来缓解路面病害的发生。

通常采用的半开式级配混合料的设计空隙率为8%左右,而实际施工中常在2%左右,若施工控制不严格其空隙率会更大,因此也会增大水体浸入而产生剥落现象的几率,为防止该现象发生除设计排水层外在面层中应尽量选用密实型混合料,即使抗滑表层也应控制其空隙率,以充分利用密实型混合料的良好的不透水性及其高温抗永久变形能力和良好的抗滑性能。

在路面设计中应充分重视级配的重要性,由于路面在投运后不仅要承受车辆荷载且应经受风雨长期侵蚀,因此应选择强度高和稳定性强的级配材料来防止积水渗透,而要满足该要求则应选择间断级配。

大气降水防护。路面基层深入降水后会增加路基含水量,最终导致路面松散,因此可在路基顶面铺筑一层水稳定好的水泥,之后在其上铺筑稳定碎石层,或在基层内设立排水垫层将地下水引出,应控制其标高低于路面结构层,并可在面层内设置排水系统以防止地下水对路面的损毁;
荷载引起的水损毁防护。路面内含水后若进场存在重荷载则会加快路面破坏速度,由于大的交通量可导致早期裂缝而形成水通道,因此应防止超载现象以控制重荷载现象,同时应制定不同种路面的荷载标准能力以便于控制,便于从根本上减少超载导致的破坏;
分隔带内水的清除。若分隔带内未设置排水系统则其中水无法向两侧路面汇流,雨水则从分隔带内渗入并滞留在结构层内造成水损毁,因此应在分隔带内设置渗沟,通过渗沟将分隔带内水体汇集到集水井后通过横向排水管外排,纵向渗沟两侧及沟底应设置有效隔离层,并在沟内埋设水管以增加汇水面积及排水效果。

施工过程中应设置基层和面层封层以对渗水有效封堵,封层材料的选择应结合当地地质条件和气候特点,并在施工时避免层间污染的形成;路面施工时应严格控制面层平整度并设置路拱便于路面积水的排放,减少水体下渗量,尤其高速路应去掉路缘石以采用漫流的方式排水[3]。
4、结语
公路路面水损毁主要是由于路面空隙率过大、排水设计不合理导致路面在空隙水存在的条件下,通过车辆荷载及温湿胀缩反复作用导致浸入路面结构层的水体生成动水压及真空负压的抽吸的循环作用,最终致使沥青同集料分离而生成系列病害,对其进行有效预防则应采取合理有效的排水系统,控制混合料级配、路面压实度等措施,方可从根本上防止水损毁的发生及危害程度。
参考文献
[1]沙庆林,高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2008:156.
[2]李建斌,沥青路面施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:326.
[3]孙立军,沥青路面结构行为理论[M].北京:人民交通出版社,2005.
81684327