高速公路沥青混凝土路面的早期破坏_沙庆林

　文章编号:0451-0712(2004)11-0076-07　　　　中图分类号:U416.217　　　　文献标识码:B

高速公路沥青混凝土路面的早期破坏

沙庆林

(交通部公路科学研究所　北京市　100088)

摘　要:简要介绍了高速公路沥青混凝土路面的3种主要早期破坏现象:结构性破坏、水破坏和严重辙槽,分析了它们产生的原因。同时,提出了解决早期水破坏的措施并举实例说明,以及解决严重辙槽问题的几点建议。

关键词:沥青混凝土路面;结构性破坏;水破坏;严重辙槽

　　我国高速公路半刚性基层沥青混凝土路面的早期破坏有多种形式,它们是由多种不同原因引起的,以下是几种常见的早期破坏形式。

(1)软土地基沉降。

由地基特别是软土地基沉陷引起路面产生很大的不均匀沉陷,使路面纵断面产生大的变化。在软土地基上的高速公路虽然一般都采用软基处理措施,由于多种原因,仍将产生很大沉降。如沪嘉高速公路通车6年后,某一桥头由于多次用沥青混凝土找平,沥青混凝土总厚已达到100cm、实际竣工面层只厚12cm,共经过8年后软土地基才稳定。又如杭甬高速公路,通车仅2年,在某一桥头产生的沉降量就超过150cm。

(2)桥头跳车。

桥头跳车是每条高速公路都有的很普遍的现象,它既包含地基沉降,又包含桥头填土的进一步压密。

(3)结构性破坏、水破坏和严重辙槽等。

本文主要讨论对路面使用性能和使用寿命影响最大的结构性破坏、水破坏和严重辙槽。

1　路面结构性破坏

所谓路面结构性破坏,是指路面结构的承载能力不能抵抗现有行车荷载的反复作用,而产生的路面结构整体性破坏。其外观特征为轮迹带上产生裂缝,进一步发展成纵向网裂形变带,路面的代表弯沉值与其竣工弯沉值相比大幅度增加。路面结构性破坏是最严重的一种早期破坏,路面一旦发生结构性破坏,其他使用性能就根本谈不上,必须翻修重建。

收稿日期:2004-09-08

它不但严重影响交通运输,而且翻修路面比新建路面的工程还繁重。高速公路局部路段产生早期路面结构性破坏的现象较多,大部分路段先后产生早期结构性破坏的高速公路也有,但并不多。

沈大高速公路1990年底前全线通车,由于设计的水泥稳定砂砾半刚性基层只有20cm厚,其下为砂砾或矿渣柔性底基层;半刚性基层是用铧犁和平地机路拌完成的,经常拌不到底。虽然沥青混凝土面层厚15cm,解决不了承载能力不足的问题,开放交通2年后,一些路段就开始产生路面结构性破坏。挖开修补时,发现半刚性基层的实际厚度只有12～14cm。随后,路面结构性破坏路段逐年增加。京津塘高速公路于1993年9月全线通车,由于最后实施的路面结构比原先的路面结构方案有了较大改变,如半刚性基层的厚度由30cm改为20cm,半刚性底基层的厚度由30cm～35cm改为20cm～30cm(而且相当一部分路段是石灰土),取消了软土地基段路基上部30cm厚的改善层。虽然沥青混凝土面层厚度大部分都增加了5cm(实际厚度为18cm、20cm和23cm等3种),但无助于上述减薄半刚性基层和半刚性底基层对路面承载能力造成的不利影响。原设计方案基层顶面的承载能力按20年的累计标准轴次考虑,沥青混凝土面层按15年的累计标准轴次考虑。由于实际半刚性材料层的厚度只有40cm～50cm,显著偏薄,因此实际通车仅8年半,全线行车道几乎都产生了断断续续的纵向网裂形变带,2001年4月的路面代表弯沉值比1994年4月的代表弯沉值增大了50%之多,显示路面开始产生结构性破坏。

　2004年　第11期　　　　　　　　　　沙庆林:高速公路沥青混凝土路面的早期破坏　　1999年6月开放交通的潍莱高速公路,沥青混凝土面层平整度总体达到国内二流水平,全线标准差在0.6～0.7mm之间;抗滑性能达到一流水平,特别是表面构造深度大部分在0.8～0.9mm之间,仅很少部分为0.7～0.8mm。通车4年产生的水破坏主要在桥面上,路面上产生的水破坏不足1/200000。由于设计的半刚性基层为20cm厚水泥稳定碎石,半刚性底基层为26cm厚的水泥稳定砂,显然半刚性材料层太单薄。虽然铺有厚12cm的沥青混凝土面层,通车4年后局部路段就开始产生路面结构性破坏,多数路段的行车道上有断续纵向裂缝。该路目前正在进行翻修,重铺刚性组合式路面。照片1所示为局部破坏路段挖除沥青混凝土面层和水泥稳定碎石基层后,水泥稳定砂底基层开裂破坏成面积为0.2～0.4m2的情况。

1997年11月底开放交通的安新高速公路,虽然刚通车时由于沥青混凝土面层质量较好,受到多方面的赞扬,但由于3年工期实际2年完成,抢工使路基、路面的质量受到很大影响。其水泥稳定碎石基层的整体性不好,常取不出完整的钻件,其下为石灰土底基层。沥青混凝土面层透水较严重,开放交通几个月后,一些路段就开始产生路面结构性破坏,随后路面结构性破坏越来越多。由于破坏仅产生在行车道上,只好人工先逐块挖除原基层,用水泥混凝土补平到基层顶面后,重铺沥青混凝土面层,如照片2和3所示。照片2显示正在人工挖除面层和基层,照片3显示已用水泥混凝土铺成新基层,将在上面铺筑沥青混凝土面层。2　水破坏

我国早期高速公路都用重交沥青做沥青混凝土面层。在20世纪80年代和90年代上半期,所用矿料级配绝大多数是传统连续式密级配(即Ⅰ型级配),沥青混凝土的孔隙率为3%～6%,少数采用了规范中的抗滑表层和Ⅱ型级配,沥青混凝土的孔隙率常在8%以上。20世纪90年代,有的高速公路开始使用我国自主研究成功的粗集料断级配密实式SAC,其孔隙率<5%,有的高速公路开始使用改性沥青SMA。在20世纪90年代末,有的高速公路开始使用Superpave(SUP)。

1998年冬到1999年春,笔者在调查那时已开放交通近2年以上的30条高速公路的早期破坏现象之后,发现水破坏有以下几种不同情况。—77—

(1)雨水较快透入孔隙率较大的沥青混凝土表面层后,由于其下层比较密实,在进入表面层的水还未来得及往下层渗透前,表面层就开始产生水破坏。典型的实例是长120km的广深高速公路,其沥青混凝土面层厚32cm,从上往下为厚4cmⅡ型沥青混凝土、8cmⅠ型沥青混凝土、10cmⅡ型沥青混凝土和10cm沥青碎石。1994年6月通车后,每连续下4～5d雨就要产生2000多个坑洞,但其中涉及中面层的坑洞极少,不到5%,几乎没有涉及第三层和第四层的水破坏。有的高速公路通车不到1年,孔隙率较大的表面层就产生了不少圆坑洞,但中面层很完整。其他表面层用Ⅰ型沥青混凝土、SAC和重交沥青SMA的高速公路上也有类似情况,只是数量要少得多,如照片4所示。

(2)透入表面层的水较快渗入中面层,滞留在中面层的水因难于或来不及透过中面层进入底面层之前,中面层沥青混凝土强度变弱,沥青剥落,甚至松散,导致表面层首先在行车道的轮迹带上产生网裂形变,有的甚至产生明显辙槽。在随后的降雨过程中,可能产生2种不同情况:一种是原网裂形变进一步恶化直到产生坑洞和表面松散,如照片5所示;第二种是在仅产生辙槽的情况下,如有更多的雨水进入并滞留在中面层内,在行车荷载作用下,滞留在中面层内的水向上侵蚀表面层的底部,使底部沥青混凝土的沥青剥落变得松散,同时辙槽深度显著增加到5cm以上。将上面2层沥青混凝土挖除后,可看到底面层仍完整,仅外露碎石表面的沥青已经剥落。雨水进一步透入中面层后,水向下侵蚀底面层的上部,使底面层上部沥青混凝土中的沥青剥落,沥青混凝土变得松散并逐渐向下发展直到底面层的底部。此时表面的辙槽深度可达到最大值约10cm。将3层沥青混凝土挖除后,基层完好无损。

(3)透入表面层的水透过中面层进入底面层,如果在底面层顶面有粘结防水层,或有质量好的下封层,同时进入的水量不大,则滞留在底面层内的水会使底面层沥青混凝土强度减弱,进而沥青剥落,甚至沥青混凝土松散,导致沥青混凝土路面表面产生网裂形变。在基层顶面没有粘结防水层,或虽做了下封层但质量不好的情况下,进入底面层的水将直接滞留在基层顶面。行车荷载产生的水压力,使滞留水首先冲刷基层表层的水泥细料或二灰细料,接着向下冲刷并形成白浆,在行车荷载的泵吸作用下,白浆被唧到面层表面,浆被唧出的过程中,沿途的沥青混凝公　　路　　　　　　　　　　　　　　　2004年　第11期　—　78　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—

土碎石上沥青剥落,轻者表面产生网裂形变,重者很快产生坑洞,碎石被甩出洞外,洞中积水,如照片6所示。

早期竣工的高速公路中,有一部分半刚性基层

用路拌法施工,而且有的用农用机械拌和,有的用平地机配合农用机械拌和,半刚性基层的质量不好。沥青混凝土面层用小型非现代化机械拌和、摊铺和碾压,所用沥青混凝土的矿料级配难以实现,沥青混凝土面层的不均匀性较大,透水性也大,因此第三种水破坏的现象较多。

以上的调查表明,沥青混凝土面层的表面层、中面层和底面层哪一层都不能让水侵入和滞留,只要水能侵入哪一层并滞留在该层就会产生水破坏。近3、4年来,我国沥青混凝土路面表面层用改性沥青SMA、中面层用改性沥青AC—20I的高速公路较多,国道主干线有,非国道主干线也有。虽然沥青混凝土面层的总厚度达16～18cm,半刚性材料层一般达到～60cm厚,但没有取得优良的效果,这些高速公路正式开放交通几个月或不到1年,行车道的沥青混凝土面层就产生大面积的严重水破坏,为保证行车正常、安全和舒适,不得不将行车道大量铣刨2层,少部分甚至铣刨3层后,重铺新面层。

东部地区某高速公路的2个标段,于2001年年底通车,由于材料和施工原因,改性沥青SMA表面层的孔隙率较大,水透过表面层进入并滞留在改性沥青混凝土中面层内,使中面层沥青混凝土的沥青剥落,强度大幅度降低甚至松散。2002年春季,面层表面就产生多种早期破坏现象,既有坑洞、松散,又有推挤、拥包和辙槽,不得不铣刨2层后,重铺原设计的面层。但到6、7月份,新铺沥青混凝土面层又产生了与上述相似的过早水破坏现象,如照片7、8、9所示。照片7显示改性沥青SMA面层表面产生的网裂和局部碎裂以及中面层内的水被压出到面层表面的现象。照片8显示了面层破坏处挖出的改性沥青SMA块体的底面,其中较大碎石上的沥青都己剥落。照片9显示改性沥青SMA表面产生的辙槽、推挤和拥包等破坏现象。

2002年秋末通车的北方某条高速公路,长约130km,沥青混凝土面层结构同上。2003年春季,面层就开始产生水破坏,到7、8月份,水破坏发展得很严重。当年将行车道沥青混凝土面层铣刨2～3层后重铺相同面层的路段约占20%。2004年水破坏继续增加,挖补或铣刨重铺也在继续进行。改性沥青SMA表面层的类似早期破坏现象在其他高速公路

上也有。当然,也有部分高速公路的改性沥青SMA表面层没有产生这类过早的水破坏现象。3　严重辙槽

众所周知,在其他条件相同的情况下,柔性路面的辙槽要比半刚性路面严重得多。因为,柔性路面的辙槽是由沥青混凝土面层、柔性基层、柔性底基层和土基几部分的永久形变组成。而半刚性路面的辙槽实际上仅是沥青混凝土面层的永久形变,因为半刚性材料层不会产生压缩形变,其下的土基所受的压应变很小,也不可能反映到面层表面。

近3年来,一些己通车多年的高速公路,如长平、石安等高速公路都产生了严重辙槽。一些新建的高速公路,含用重交沥青做的面层和用改性沥青做的SUP面层,甚至表面层和中面层都使用了改性沥青,通车不到1年,行车道就产生了严重辙槽。就2层都用改性沥青SUP的高速公路来看,某国道主干线高速公路的行车道上产生了严重辙槽,不得不在槽深>25mm的路段上铣刨1～2层后重铺面层。于2002年底通车的某段国道主干线高速公路,长约180km,2003年夏季过后,铣刨重铺段约超过100km。

在2002年年底通车的某条非国道主干线高速公路的行车道上,改性沥青SUP(中面层也用改性沥青)表面层也是开放交通不到1年就产生了严重辙槽。在槽深大于25mm的路段上才铣刨1层重铺的情况下,共铣刨重铺了一半多。

2002年12月底开放交通的仅面层用重交沥青的某高速公路的某段长约70km,到2003年9月,不但行车道而且超车道上也产生了严重辙槽,槽深最大达8cm,在铣刨后重铺面层时,后面已经重新铺过的面层又开始产生明显辙槽。

2003年6月底开放交通的某山岭重丘区高速公路的一段长约12km,沥青混凝土面层厚16cm,表面层为SAC—16、中面层为AC—20I、底面层为AC—25I;有2个连续上坡段,分别包括9和10个小段,最小纵坡为0.4%,最大纵坡为4.7%。该路通车仅1个月,几乎全线的上坡段都产生了显著辙槽,辙槽深度最小的为3～9mm,平均5.7mm;最大的为13～52mm,平均28mm。据调查,辙槽仅发生在中面层和底面层,并以中面层为主,表面层基本无形变。

多数高速公路行车道上常有2条辙槽,一条在　2004年　第11期　　　　　　　　　　沙庆林:高速公路沥青混凝土路面的早期破坏外轮迹带上,另一条在内轮迹带上。京沪高速公路某省路段行车道上2条轮迹带的辙槽又各有2条小辙槽,呈W形,如照片10所示。4　路面早期破坏的原因4.1　重要外因

(1)近几年来,行驶在高速公路上的车辆组成产生了很大变化,重型货车的数量显著增加,而且货车普遍超载。在部分高速公路的一些路段上,货车中比例较多的是轴载140～150kN的车辆,最大轴载达240kN以上。多数货车的轮胎充气压力从0.7MPa增加到0.9MPa,少数超过1.0MPa,甚至高达1.2MPa。这些货车是促使沥青混凝土路面产生早期或过早破坏的重要外因。

(2)对于严重辙槽,夏季连续高温也是个重要外因。

(3)对于严重水破坏,降雨量的大小和高速行车也是重要外因。

4.2　重要非技术内因

(1)无合理工期。近10年,特别是近6、7年来,高速公路一旦立项被批准建设,有关方面就要求提前完成任务,预定工期常要缩短1/3左右,结果造成抢工、抢料。抢料时,根本顾不上质量,只要有料就行。抢工时,不管气温高低,从清晨4、5点钟开工直到午夜,都在铺筑沥青混凝土;有时刚下过雨,下层顶面还潮湿,就往上铺筑沥青混凝土;有的甚至边下雪边铺沥青混凝土,完全违背科学。这是造成多条高速公路路面产生严重早期破坏的重要内因之一。

(2)无合理标价。现在执行低价中标的高速公路工程越来越多,有施工资质的单位也越来越多,互相压低投标价,竞争很激烈,至少比标底价降20%才能中标,甚至有的比标底价降低40%中标。大单位拿了标,分给小单位做,小单位拿到工程后,还可能将某项单位工程再分包出去。这样实际花在工程上的钱比80%标底价还要明显减少,使一些工程只能靠偷工减料来完成。

4.3　水破坏的重要内因

(1)水破坏的重要内因之一是所用沥青混凝土的孔隙率较大。

所用沥青混凝土,特别是表面层沥青混凝土的实际孔隙率较大,雨水较易进入表面层,并导致水破坏。调查证明,凡是使用Ⅱ型或相当于Ⅱ型的抗滑表层级配做表面层的高速公路,其水破坏程度较密实式沥青混凝土要严重得多。—79—

(2)水破坏的另一重要内因是片面强调平整度,忽视了压实度。

最典型的一条高速公路为沪宁高速公路江苏段,是国内率先提出并实现平整度指标要求的。由于

没有经验,未能同时提出必须在保证压实度的前提下实现平整度要求,在开放交通的第2年夏天,一场大雨后,在长20km的南京段就产生了180多个水破坏坑洞。虽然该段表面层采用了密实式SAC-16(室内最大孔隙率4.6%),但事后的检测表明,表面层的实际孔隙率达13%左右,证明竣工表面层的压实度只有约92%。沪宁高速公路平整度的成功促进了随后高速公路建设的质量意识明显提高,纷纷提出较高的平整度要求。但是仍有一些高速公路面层施工不强调压实度,这些高速公路的沥青混凝土面层避免不了产生较多的水破坏坑洞。在第三者提醒的情况下,某工程负责人甚至说,现在先解决平整度,以后回过头来再解决压实度。结果,该高速公路通车1年后表面层就产生了不少水破坏坑洞,类似照片4和照片6。

(3)水破坏的第三个重要内因是沥青混凝土的不均匀性大。

由于矿料质量、施工技术要求和工程管理等多方面的原因,我国高速公路面层所用沥青混凝土的离析现象和不均匀性较大,在面层表面随机分布着数量不一的薄弱点位。在降雨过程中,雨水在一些薄弱点位被快速行驶车辆轮胎下产生的较大动水压力压入表面层。据同济大学的研究,动水压力随车速增加而增大。理论计算得到,车速120km/h时的动水压力约为40km/h时动水压力的9倍。试验得出,车速120km/h时的动水压力大致相当于40m高的水头。在中、底面层沥青混凝土不是很密实的情况下,自由水会被一直压到底面层的底部。如基层顶面没有良好的防水层,自由水就滞留在基层顶面,在行车反复作用下,压力水首先冲刷基层顶面的水泥砂或二灰砂细料,接着往下冲刷,在基层顶面形成白浆。快速行车将白浆泵吸到面层表面,形成圆形白浆块。车轮粘上白浆往前开,形成一条含8～10个间隔式圆形白浆的轮迹带,如照片11所示。破坏程度随交通量大小而变,在降雨过程中,表面水被继续通过薄弱点位压入面层中,基层顶面的白浆也被行车经过相同的通道继续泵吸到表面。这种压入水和泵出浆的反复作用使通道附近沥青混凝土产生沥青剥落,继而变得松散,并形成圆形积水坑洞。车辆通过时,

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将洞中的碎石甩到硬路肩上,散落在硬路肩上的石灰岩碎石被冲洗得很干净,无一点沥青痕迹。坑洞中余留的碎石同样是被冲洗得很干净。一些开放交通1年左右的高速公路,沥青混凝土路面产生的水破

坏常是这种形式。此时沥青混凝土路面还没有产生任何裂缝,所以水破坏坑洞与裂缝毫无关系。沥青混凝土路面的不均匀性可反映在多个方面,如雨后路表的水印、现场用水检验时透水以及不同位置钻件表面的孔隙率和粗细集料的分布状况等,如照片12～14所示。照片12为新铺沥青混凝土表面层雨后的水印,显示沥青混凝土的不均匀性。照片13为新铺密实沥青混凝土,含改性沥青SMA和某SAC—16试验路表面层内取出的钻件(也称芯样),钻件周围表面满布绿豆大小的孔隙。照片14是相同路段上取的表面层的钻件,这2个钻件周围表面密实,看不到明显的孔隙。照片清楚地表现了沥青混凝土的不均匀性。

(4)水破坏的第四个内因是沥青混凝土面层的裂缝。

由于沥青混凝土是一种热胀冷缩材料,它的温缩系数是半刚性基层材料的4倍左右。在北方冰冻地区,此种材料的抗拉强度又常小于实际产生的低温收缩应力。所以在冬季大风降温过程中,沥青混凝土面层就会产生低温裂缝,例如在北京地区新铺重交沥青混凝土面层常在第二个冬季开始产生横向裂缝,加有PE的改性沥青混凝土面层可能在当年冬季就开始产生裂缝。1980年建成的山西黄寨柔性试验路面的裂缝观测表明,即使在夏秋季,也有裂缝产生。因为夏秋季同样有昼夜温差,甚至有小时温差存在,有温差,就会产生温度应力。温度应力的反复作用会使沥青混凝土面层产生温度疲劳裂缝,如图1所示。广深高速公路广州段长20km,沥青混凝土面层厚32cm,于1993年年底抢工通车。1995年1月,笔者随意下车步行1000m察看路面状况,发现有11条贯通横缝,它不可能是“反射裂缝”。国外的柔性路面同样会产生很多横向温度裂缝。图2为加拿大圣安妮柔性路面试验路第一个冬季的裂缝,该试验路每段长122m,横向裂缝却有30～70多条。照片15和照片16为美国德克萨斯州沥青混凝土路面的裂缝。实际上每个国家的沥青混凝土路面都有裂缝。所以美国某公路专家曾说:现在我们能将宇宙飞船送到太空去,但我们没有办法消灭沥青混凝土路面的裂缝。图2

　　注:D-60为东炼-60;M-60为茂名-60;S-100为胜利-100;DS-100为湖沥青和渣油所配的100号沥青;Tar为煤沥青;DS-60为湖沥青和渣油所配的60号沥青。

图1

既然沥青混凝土层放在柔性基层上要产生温度裂缝,将其放在半刚性基层上,肯定也要产生温度裂缝。德国对170个路段进行18年的跟踪调查后研究表明,半刚性路面的裂缝最终与柔性路面的裂缝无明显差异。半刚性基层上的沥青混凝土面层,特别是较薄的单层沥青混凝土表面的裂缝会比柔性基层上沥青混凝土面层的裂缝多一些,多出的裂缝可能是反射裂缝。但针对当前我国半刚性基层上沥青混凝土面层厚16～18cm的具体情况,反射裂缝所占比例不大,甚至很小。京秦高速公路的沥青混凝土面层　2004年　第11期　　　　　　　　　　沙庆林:高速公路沥青混凝土路面的早期破坏厚16cm,表面层有改性沥青SMA—16和改性沥青—16I型。1999年末通车,3年后不同类型面层AC

产生的裂缝几乎相同。少者每千米长路段有30条横向裂缝,多者每千米长路段有50条左右横向裂缝,最多的达60条。1988年10月底完成的京石高速公路正定试验路中有一段长100m的改性沥青SAC—16面层和一段长100m的改性沥青OGFC面层,仅厚4cm。到1998年8月,往上加铺面层时SAC-16共有6条半横向通缝,其裂缝数量略多于京秦高速公路;OGFC仅4条横向裂缝,其裂缝数量还少于京秦高速公路。

新铺沥青混凝土面层刚产生的裂缝,往往仅深入表面层的上部。过一个冬季或一定时间后,裂缝又会深入到下面层底部,甚至引发基层在相同的位置开裂。所以通车2、3年后沥青混凝土面层的裂缝往往己贯穿面层,甚至进入基层。

降雨过程中,雨水会自由流入并充满裂缝直到面层底面及滞留在基层顶面,同时向缝的两侧扩散。在行车荷载的反复作用下,滞留在基层顶面的自由水冲刷基层顶部的细料并逐渐向深处冲刷,形成白浆。反复作用的行车荷载将白浆通过裂缝唧到面层表面,沿裂缝呈条状分布。车轮粘上白浆后,向前行驶就在面层表面形成条块状间隔式的横向白色痕迹,如照片17所示。由于雨水自由流入裂缝以及白浆也是较自由地通过裂缝被唧到表面,所以它对沿途沥青混凝土的破坏作用较小。它初期能使裂缝下陷约3mm,然后会导致裂缝两侧碎裂。如不及时养护,这种条形破碎会逐渐扩宽。这类水破坏在通车仅1年左右的高速公路上很少发现,在通车3、4年以上的高速公路上能看到,但数量比圆形坑洞少得多,因为并不是多数裂缝会产生这种水破坏,而且这种水破坏的发展过程比较缓慢。在这类高速公路上与裂缝有关的圆坑洞很少。

我国多条早期高速公路沥青混凝土面层的裂缝很多,但水破坏很少。例如,沈大高速公路1986年完成的辽阳～鞍山段50多km,1987年春就有很多横向裂缝,很少数间距短者仅几米,绝大部缝的间距为20～30m,还有很少数间距达70～80m。但裂缝逐年增加,到1998年,也就是12年以后绝大多数裂缝间距已不足5m。尽管如此,该段路面很少水破坏。1988年10月通车的沪嘉高速公路,1年后面层就开始产生横向裂缝,然后裂缝逐年增加。据说10年后己有近1000条横向裂缝,但没有产生多少水—81—

破坏。1993年9月全线通车的京津塘高速公路河北段是裂缝最多的,也很少水破坏,北京段长35km,1994年没有横缝和纵缝,出现水破坏坑洞20个,到1997年横缝产生594条,纵缝35条,水破坏坑洞产生52个,修补的面积共5m2。1998年新增横缝621条和纵缝37条,生坑洞12个,修补面积共3m2。上述这些坑洞实际上都与裂缝无关。前述沪宁高速公路1996年9月通车,1997年沥青混凝土面层还没有横向横缝,8月上旬一次大雨后南京段20km一下就产生了180多个水破坏坑洞。1994年12月抢工通车的京石高速公路东侧100km左右,一个冬季过后一条裂缝都没有,但1995年5月第一场雨后,就开始产生水破坏唧浆坑洞,到雨季,路面唧浆坑洞现象就产生得更多,据说当年修补面积超过0.1%。有的位置虽有唧浆,但没有坑洞,仅表面产生网裂形变。到第二个雨季,在同样的位置又产生唧浆,网裂形变更严重甚至形成断续的纵向网裂形变带,犹如路面产生了结构性破坏。已通车6年的某条高速公路将面层铣刨及清扫基层后,基层顶面无裂缝,整体完好,但表面很粗糙,二灰碎石中的大、中粒径碎石有半颗以上外露,碎石与碎石间隙中的二灰已被冲刷成浆唧到路表面,余下的细集料,在清扫基层时已被清除,余下的粗集料仅下部还结合在一起。如不重铺面层,再过一个雨季,基层上部几厘米厚将会松散。

造成基层上部冲刷甚至松散的原因,是表面水的反复进入和冲刷的结果,不是基层本身“衰老”的结果。

4.4　严重辙槽的内因

(1)沥青混凝土的矿料级配不合适。我国己通车的多数高速公路都使用规范中的连续式密级配,如AC—16I、AC—20I和AC—25I等做沥青混凝土面层的各层。这些沥青混凝土的高温抗形变能力较差,不同单位的试验结果表明,它们的动稳定度常小于1000次/mm,有时只有500次/mm左右,不能承受重载交通的反复作用,容易产生严重辙槽。(2)为避免产生水破坏,有意在沥青混凝土中多用细集料和沥青。某高速公路采用这种措施后通车1、2年就产生较严重的辙槽,随通车时间增长,辙槽破坏更加重,不得不逐段铣刨2～3层后重铺面层。

(3)未经认真试验研究,就大量使用美国的。虽然同时使用改性沥青,意图提高沥青混凝土SUP

的高温抗形变能力,但由于SUP仅是一种密实结公　　路　　　　　　　　　　　　　　　2004年　第11期　—　82　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—

构,其粗集料含量明显少,形不成骨架结构。所以用在重载高速公路上,仍会产生严重辙槽。

(4)自由水进入并长期滞留在中面层内,使中面层沥青混凝土强度显著减弱、沥青剥落直到松散,表

面开始产生较严重辙槽,辙槽两侧鼓起。在降雨过程中,雨水能更快更多地通过辙槽进入面层,最终造成深达5～10cm的严重辙槽。将3层沥青混凝土面层都挖除后,二灰碎石基层都完整无损,还没有受到水的侵蚀。这种路面外观是严重辙槽,实质是严重水破坏的另一种形式。

5　解决早期破坏的主要措施5.1　解决水破坏的主要措施

1998年笔者总结沪宁高速公路沥青混凝土层正反两方面的经验后,提出了解决水破坏的综合措施如下:(1)沥青混凝土面层的各层都要用孔隙率不大于4%的密实式沥青混凝土;(2)提高沥青与矿料的粘结力要求,使表面层为五级,中、底面层为四级;(3)提高沥青混凝土层的压实度要求(表面层不小于98%,中、底面层不小于97%),同时增加一个现场孔隙率指标(表面层不大于6%,中、底面层不大于7%);(4)采取各种措施提高沥青混凝土的均匀性;(5)近2、3年来又增加一个措施,即在中面层上设置改性沥青粘结防水层,防止水进入下层。

采取这些措施后,取得了满意的效果,并在广东等省先后实施了多条高速公路。

(1)广东机荷高速公路长约70km,表面层使用了重交沥青SAC—16,1997年通车至今很少产生水破坏。

(2)1999年12月开放交通的广珠东线高速公路逸仙大道段长17km多,各层都使用了重交沥青。表面层采用了密实、高温抗形变能力强、表面抗滑性能好的SAC—16;底面层和调平层采用了相同性能的—25。2003年底,即通车4年整时观测,各种大SAC

小坑洞(含滴油产生的小洞)面积不到1/200000。(3)广东省其他几条使用重交沥青SAC—16表面层的高速公路,开放交通2、3年来也很少水破坏。

(4)2003年1月,在广东省2座各长约1000m的旧水泥混凝土大桥桥面上铺设粘结防水层后,分别铺了厚3cm和4cm的SAC—10改性沥青混凝土薄面层,开放交通至今没有产生任何破坏现象。

(5)1999年底通车的四川成雅高速公路中有100km表面层使用了重交沥青SAC—13,通车4年半来水破坏(主要产生在混凝土桥面上)的修补总面积不到1/200000,表面均匀美观,构造深度仍大于0.6mm,如照片18所示。

(6)2000年5月完成的济青高速公路上2400m

长、厚25mm的SAC—10很薄磨耗层试验路,其中约2270m长使用了SBS改性沥青,130m长使用了AH-70沥青,至今没有产生水破坏和严重辙槽。

以上这些路面的成功主要归功于业主、施工单位和监理的共同努力。

在此期间,由于多种原因,也有几条使用了SAC—16表面层的高速公路没有取得满意的结果。例如,1997年底通车的石安高速公路,第二年夏季就开始泛油,随后泛油现象逐年严重,3年后开始产生辙槽。2002年夏季开始,辙槽发展很快,不得不开始逐段铣刨1～2层,重铺新面层。此外,还有安新高速公路和铜黄高速公路的长1100m的SAC—16试验路等。5.2　解决严重辙槽的主要措施可以说,现在已比较有把握用较少的资金来解决严重辙槽问题,例如:(1)使用骨架密实结构的SAC系列做面层的各层;(2)在重载交通高速公路上,沥青混凝土面层的表面层可以使用改性沥青或重交沥青;(3)中面层使用的沥青标号要比表面层所用沥青低1～2号;(4)底面层可用30号沥青,特别在华北南部以及南方地区,底面层应采用较硬的30号沥青;(5)重交沥青混凝土也能防止产生严重辙槽。

前面提到的广深高速公路,4层沥青混凝土或沥青碎石全部使用了重交沥青。近几年的交通量折合成全程车流量后每年约为1600多万辆,平均为4万多辆/昼夜,其中轴载接近100kN及其以上的约10000辆/昼夜,按每侧3个车道的折减系数考虑,设计车道的重车数量也超过3000辆/昼夜。它是国内交通量最大的高速公路,但通车10年来没有产生严重辙槽,仅局部小段有深15～25mm的辙槽。从资料上看到,重交AH-70沥青AC—20I的动稳定度常不超过1000次/mm。最近用骨架密实结构选定的SAC—20级配,用加德士AH-70沥青做成试件测得的动稳定度(60℃,0.7MPa)平均为2980次/mm。用30号沥青时,沥青混凝土的动稳定度约7000次/mm,试验轮作用3000次时的相对形变为1.01%。用路安特改性沥青时,沥青混凝土的动稳定度虽接近10000次/mm,但荷载轮作用3000次时的相对形变却略大于30号沥青,为1.08%。