馬劍飛

（秦皇島市地方道路管理處，河北 秦皇島 066000）

0 引言

在我國(guó)，瀝青道路是城市道路類型中較為常見(jiàn)的一種，公路在經(jīng)過(guò)幾年的使用后，瀝青路面往往會(huì)出現(xiàn)各種損壞現(xiàn)象，影響城市道路的正常使用及行駛安全。目前，關(guān)于瀝青道路理論和試驗(yàn)的研究較多，如沙慶林等[1]系統(tǒng)地研究了柔性與半剛性組合基層的瀝青路面，對(duì)其早期損壞現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，分析了相應(yīng)的內(nèi)外原因，并在此基礎(chǔ)上提供了一些對(duì)策，主要包括以密實(shí)瀝青混凝土充填各層空隙、使用與瀝青結(jié)合良好的礦料、將壓實(shí)的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提高以及補(bǔ)充設(shè)置排水措施等。沈金安等[2]針對(duì)某條高速公路的早期損壞問(wèn)題，對(duì)其解決方法進(jìn)行了技術(shù)探索，在研究總結(jié)損壞特點(diǎn)、成因的基礎(chǔ)上，著重闡述了對(duì)應(yīng)的防治方案，并總結(jié)出相應(yīng)的早期損壞的主要原因，主要包括路基結(jié)構(gòu)密實(shí)度不夠、空隙大、排水設(shè)施落后、瀝青混合料抗水性能差以及厚度不足等。

本文在既有研究[3-7]的基礎(chǔ)上，依托東部沿海某城市的濱海新區(qū)瀝青道路建設(shè)案例，分析其主要的病害現(xiàn)狀，并分析了相應(yīng)的主要原因，在各種原因中，總結(jié)較為關(guān)鍵的路基處理措施，為城市瀝青道路的分析研究提供參考。

1 工程概況

某城市濱海新區(qū)交通條件良好，基礎(chǔ)設(shè)施齊備，但其地區(qū)地下水位較高，且大多為腐殖質(zhì)土含量較高的軟土，地基綜合承載力較低。在該濱海新區(qū)開(kāi)發(fā)伊始，各種建設(shè)工程較多，沿途重載車輛往復(fù)行駛，導(dǎo)致超載現(xiàn)象頻繁，使路面出現(xiàn)“今年修、明年壞”的不良局面，改進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕煌l件成為首要課題。

2 瀝青道路路面損壞類型及原因分析

基于對(duì)該城市瀝青道路路面損壞現(xiàn)狀的調(diào)查，將當(dāng)前該城市瀝青路面的以下幾類主要的損壞類型及相應(yīng)的原因總結(jié)如下。

2.1 水損壞及原因分析

（1）表面層產(chǎn)生坑槽時(shí)，降水能滲入表面層，但難以持續(xù)滲透到下方路基，因此，這些滲水殘留在路面層之間，受路面上大量行車荷載的作用，產(chǎn)生了相應(yīng)的動(dòng)水壓力，促使瀝青剝離開(kāi)集料，而其中的碎石亦被擠壓脫落，從而在路面處形成坑槽，如圖1所示。

圖1 瀝青路面坑槽

（2）半剛性基層是一種滲水性很差的材料，水滲透進(jìn)入半剛性基層頂部時(shí)，與前述一樣，將滯留在面層和基層之間，受路面行車荷載作用，基層細(xì)骨料被沖刷剝離，成為灰白色泥漿，隨即該泥漿被車輛擠壓，從路面的各種裂開(kāi)的縫隙中通過(guò)壓力被擠出，形成唧漿。

原因分析：瀝青路面早期水損壞的形成原因很多，包括材料、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等方面，需一一進(jìn)行分析并采取措施，解決一系列問(wèn)題，諸如混合料的孔隙率大、路面滲排水裝置不足、壓實(shí)度不夠以及抗水損壞性能弱、厚度較小等，改善路面結(jié)構(gòu)。

2.2 變形及原因分析

（1）在交叉路口、匝道等位置，行駛的車輛經(jīng)常剎車與啟動(dòng)，使路面承受水平剪力很大。在高溫和水平剪力作用下，高溫穩(wěn)定性較差的瀝青混合料會(huì)產(chǎn)生波浪形的推擠變形。

（2）對(duì)于沒(méi)有實(shí)行渠化交通的瀝青路面，基本沒(méi)有明顯的車轍，但高速公路與城市主干道等實(shí)行渠化交通后，車轍問(wèn)題逐漸成為主要的病害。

原因分析：該路面的變形一般為路面的局部凹陷，其主要原因是地基未充分固結(jié)或施工時(shí)壓實(shí)度不夠等造成，在車輛荷載作用下，發(fā)生不均勻沉降，繼而引起路面結(jié)構(gòu)的局部或大面沉陷。一般情況下，此種沉陷出現(xiàn)后，結(jié)構(gòu)性破壞經(jīng)常隨之產(chǎn)生。

2.3 裂縫及原因分析

（1）縱向的裂縫一般發(fā)生車道邊緣，距離路邊約4m位置，方向?yàn)槠叫杏诘缆沸旭偡较颉Ｆ涑梢蛞话闶堑鼗淖冃位虿痪鶆虺两邓?，?dāng)路面承受荷載過(guò)大時(shí)，也會(huì)造成縱向裂縫的產(chǎn)生，并伴有網(wǎng)裂現(xiàn)象，見(jiàn)圖2。

圖2 瀝青路面的網(wǎng)裂現(xiàn)象

（2）橫向裂縫包括溫縮裂縫和半剛性基層瀝青路面的反射裂縫。溫縮裂縫屬于目前尚無(wú)法避免和根治的裂縫，從某種意義上來(lái)說(shuō)，是一種正常的力學(xué)現(xiàn)象。

原因分析：車輛行駛時(shí)，促使路面存在較大荷載，而瀝青路面在溫度較高時(shí)抗剪能力減弱，當(dāng)荷載引起的水平力大于材料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)沿著車輛行駛方向產(chǎn)生拉裂或剪切破壞，從而形成裂縫。此外，城市瀝青路面所處環(huán)境相對(duì)溫度較高，路面內(nèi)部的游離水分易揮發(fā)散失，使混合料的級(jí)配出現(xiàn)搭配不均現(xiàn)象，易導(dǎo)致應(yīng)力集中，拉應(yīng)力過(guò)大而形成裂縫。

2.4 表面磨光泛油及原因分析

在行車輪胎的作用下，路表外露的集料顆粒表面變光滑，同時(shí)瀝青混凝土表面出現(xiàn)過(guò)多瀝青，該現(xiàn)象即為磨光泛油。

原因分析：瀝青面層的抗滑性能主要取決于兩個(gè)方面，即碎石的紋理情況其決定了摩擦力和面層構(gòu)造深度。車輛在低速與高速兩種情況行駛時(shí)的摩阻力分別由摩擦力和面層構(gòu)造深度決定。一般在高溫夏季，瀝青混凝土內(nèi)部的瀝青自由成分受大型車載所壓，會(huì)逐漸上移，或?yàn)r青從黏結(jié)料中被剝離后上移，均會(huì)造成泛油，其根本原因是瀝青含量過(guò)多、孔隙率過(guò)大等。

3 路基層面的路面損壞發(fā)生機(jī)理

本工程路面結(jié)構(gòu)的水損壞、變形、裂縫以及磨光泛油等，均與路基層面存在的問(wèn)題有關(guān)，因此，本次瀝青路面病害的核心關(guān)鍵是路基層面的分析與處理。為此，對(duì)本工程的中、外環(huán)線進(jìn)行關(guān)于路基沉降的量測(cè)，發(fā)現(xiàn)沉降值中環(huán)約為15～30cm，外環(huán)約為8～20cm。其中，兩者的不均勻沉降均較為嚴(yán)重，外環(huán)尤其大，差值最大達(dá)到了12cm。

路基不均勻沉降后，一般會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，其表現(xiàn)為瀝青面層的壓應(yīng)力，而拉應(yīng)力則表現(xiàn)在基層內(nèi)部。路面結(jié)構(gòu)的破壞，一般發(fā)生在該附加應(yīng)力與荷載應(yīng)力的總應(yīng)力大于路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的情況下。本文建立軟土路基的路面結(jié)構(gòu)示意圖3 與分析模型圖4，以闡述該附加應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理。

圖3 軟土路基上路面結(jié)構(gòu)

圖4 軟土路基沉降模型

運(yùn)用上述的軟土路基模型，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算，得出橫向沉降值可由下列公式表示：

式中：δ為最大沉降差值，其為路基中心與邊緣的標(biāo)高值差值；L為路基的中心位置距離路基邊緣位置的長(zhǎng)度。橫坐標(biāo)x表示路基中某一點(diǎn)到路基中心位置的距離，y表示該點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的沉降值。根據(jù)該模型，利用路面應(yīng)力分析程序?qū)Y(jié)構(gòu)層之間的應(yīng)力狀況進(jìn)行計(jì)算。

本次路面結(jié)構(gòu)包括瀝青混凝土面層，粉煤灰石灰土以及石灰土等，各層結(jié)構(gòu)的厚度分別為13cm+30cm+15cm。路面總寬度尺寸為26m。則根據(jù)不同的沉降差值條件，可得出瀝青路面的應(yīng)力結(jié)果。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，附加應(yīng)力于面層處體現(xiàn)為受壓，而在基層位置則體現(xiàn)為拉應(yīng)力。粉煤灰石灰土在車輛作用下的拉應(yīng)力為0.06MPa，其相應(yīng)彎拉強(qiáng)度為0.511MPa，因此兩者之和（0.06+0.511）已經(jīng)超過(guò)路面的0.5MPa 強(qiáng)度要求。由此可知，本項(xiàng)目中環(huán)、外環(huán)的沉降差值早已大于7cm，因此基層開(kāi)裂是必然的。

綜上所述，當(dāng)路基出現(xiàn)不均勻沉降時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致路面面層發(fā)生開(kāi)裂，繼而在汽車載荷作用下，細(xì)微裂縫逐步擴(kuò)大形成網(wǎng)狀相連，局部表現(xiàn)為水損壞，而更大范圍內(nèi)則可能表現(xiàn)車轍變形、橫縱向裂縫以及磨光泛油等。

4 各種路基段處置措施

該工程所在城市的整體地面標(biāo)高較低，水池河塘分布較廣，且軟土地質(zhì)的表現(xiàn)形式主要為淤泥或淤泥質(zhì)黏土，一般厚度可達(dá)8m左右。由上述分析可知，城市瀝青路面的水損壞、變形、裂縫及磨光泛油等均與路基層面密切相關(guān)，因此，必須對(duì)城市中各種地段的路基采取一定的處理手段，從而最大限度避免各種路面病害。

4.1 水塘、溝渠段的路基處理

（1）拋石擠淤法。當(dāng)所在路段的水池或河塘面積較大，難以圍堰抽取干凈水體時(shí)，拋石擠淤法便應(yīng)運(yùn)而生。在具體操作時(shí)，應(yīng)將所拋石塊高出水面近20cm，之后再填筑直徑10cm左右的小碎石，再鋪筑一層土工格柵，接著依次填筑粒徑20cm左右的碎石和土工格柵滿鋪，最后填充預(yù)拌灰土約20cm厚度。對(duì)于水塘、溝渠等路段，充分利用拋石擠淤法和土工格柵類加筋墊層，可在降低不均勻沉降的基礎(chǔ)上，降低操作難度，實(shí)現(xiàn)施工效益。

（2）清淤加筋墊層法。相較于拋石擠淤法，清淤加筋墊層法的施工成本更低，但其適用范圍有限，僅針對(duì)河塘不深的情況，此時(shí)可采取大壩抽水后再進(jìn)行清淤處理的措施。通過(guò)清淤，再鋪筑加筋墊層，可一定程度上提高承載力，接著可滿鋪土工格柵、石料以及填充碎石等，與前述相同，最后再滿鋪土工格柵一層并填充預(yù)拌灰土約30cm厚度。

（3）部分清淤加筋墊層法。對(duì)于部分水深較深而部分區(qū)域又較淺的情況，可綜合上述兩種措施，否則全部進(jìn)行清淤加筋處理的費(fèi)用將很高。對(duì)于淤泥非常厚的地方，可在抽水后不清淤或僅是小部分清淤的手段，然后直接鋪筑土工格柵，將兩層竹笆填筑其上，再填筑大粒徑的碎石等。此種方法結(jié)合了土工格柵和竹笆的強(qiáng)度和剛度優(yōu)勢(shì)，互相補(bǔ)充，在提高路基承載力方面，現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)路段效果非常好。因此，部分清淤加筋墊層法在合適的條件下應(yīng)用時(shí)，可節(jié)約相當(dāng)大的投資，本工程每公里節(jié)約費(fèi)用為300萬(wàn)元。

4.2 橋頭路基處理

在橋頭路基段，一般呈現(xiàn)沉降盆的不良變形表現(xiàn)，其特點(diǎn)為中間變形大，兩側(cè)變形小。因而，在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，可將邊坡區(qū)域的置換率設(shè)置成比路基下面置換率偏小的方法。同時(shí)，考慮橋頭工后沉降差的存在，可適當(dāng)設(shè)置過(guò)渡段來(lái)進(jìn)行引導(dǎo)，適應(yīng)車輛行駛。為節(jié)約造價(jià)、實(shí)現(xiàn)橋頭線形的合理過(guò)渡，保證工后沉降符合設(shè)計(jì)要求，在地基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取分區(qū)加固方法。其中橋頭路基采用擋墻形式時(shí)的加固段分區(qū)見(jiàn)圖5。

圖5 復(fù)合地基剖面示意

5 結(jié)論

本文依托某城市濱海新區(qū)的瀝青路面損壞案例，分析了相應(yīng)的路面損壞類型、成因和各種路面病害的路基層面的發(fā)生機(jī)理，并詳細(xì)介紹了能夠避免或預(yù)防瀝青路面出現(xiàn)損壞的路基處理措施，總結(jié)了各種方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和適用性，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）該城市的地下水位標(biāo)高較高，其中的毛細(xì)水上升作用明顯，為避免該不利條件，建議增設(shè)40cm 的碎石墊層，具體位置宜位于灰土處理層下方，在該碎石墊層下方建議再另行鋪筑一層大拉力的土工格柵。

（2）當(dāng)路段經(jīng)過(guò)水池或魚(yú)塘?xí)r，應(yīng)考慮拋石擠淤法和清淤加筋法的綜合優(yōu)勢(shì)，建議的措施為部分清淤加筋墊層處理。

（3）在橋頭路段的路基的處理，采取復(fù)合地基的分區(qū)設(shè)計(jì)方法是實(shí)現(xiàn)合理過(guò)渡的有效方法。