沥青混凝土路面早期破坏的原因及解决的措施
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摘 要：目前高速公路沥青砼路面最常见的早期病害有：车辙、泛油，纵横向裂缝、拥包、坑洞、网裂、唧浆、桥头跳车等。引起这些病害的原因主要是设计、施工、工程管理方面造成的，这里作者主要从施工和设计方面来探索分析原因并提出防治措施。
Abstract: At present, the most common early diseases of expressway asphalt pavement rutting, bleeding, are: the vertical and horizontal cracks, holes, hold the bag, net, slurry, bump. The cause of this disease is mainly caused by the design, construction, project management, the author mainly from the aspects of construction and design to explore the reasons and put forward the prevention measures.
Key words: asphalt; concrete; pavement; cause; measures
中图分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
近年来我国高速公路得到了飞速发展，截止到2004年底，我国的公路总里程达185．6万公里，位居世界第三，其中高速公路总里程已超过3．4万公里，仅次于美国，位居第二。由于沥青路面具有无接缝、低噪音、易维修等优点，因此在已建成的高速公路中有90％以上采用的是沥青混凝土路面。伴随着沥青路面结构在高速公路中广泛使用的同时，其耐久性和路面结构的早期破坏问题也日益突出。在今后的几十年内，我国的高速公路还将得到进一步的发展以适应国民经济迅猛发展的需要。
一、路面早期破坏施工原因分析及采取的措施
1.路基压实度不足导致路面的早期破坏
主要引起桥头跳车、路面局部沉陷，路面纵横向裂缝等病害。我国有多条高速公路在通车不到一年内即发现有桥头跳车现象，当然软土地基沉降尚未稳定是主要原因，但由于路基压实度不足造成较大沉降是不容忽视的，由于桥头回填材料都是透水性材料，雨水进入路基内部和路基荷载长期作用产生固结变形，引起搭板脱空，脱空的间隙能钻进一个人，通过开挖搭板边部，发现路基很疏松，完全没有达到压实度，因此在该处发生严重的桥头跳车。在施工涵洞，箱通及预埋管线时，由于开挖断面较小，且开挖的斜坡没有挖台阶，回填时不按分层压实的原则，填土太厚，缺乏有效的压实机械造成该回填达不到规定的压实度，路面做成后形成局部沉陷,引起跳车现象和路面横向开裂。由于在路基施工当中，压实度控制不好在横向不均匀容易引起路面纵向开裂，严重的在裂缝处形成1~2cm台阶，影响行车的舒适和安全。要避免由于路基压实度不足造成的路面早期破坏,一定要重视其压实度，在台背回填时对回填材料要严格控制粒径，分层碾压厚度最好能控制在15cm，且采用大型压路机碾压以确保其压实度。对涵洞和箱通开挖要扩大其断面，斜坡应挖成台阶，分层回填碾压，开挖的宽度能容压路机碾压轮宽。对于开挖埋设管线形成的管沟回填，可采用二灰碎石料或素砼回填确保该处的回填质量。
2.原材料不佳引起的路面早期破坏
我国现阶段高速公路沥青路面使用的各种尺寸的碎石都是从市场上多个碎石场采购的，由于国内大型石料场较少，大部分石料来自于个体户开的石料场，规模小，设备落后，质量控制缺乏必要的手段，这些小碎石场所用的轧石机常是单一的颚式破碎机，有的配有锤式或圆锥式破碎机，但规格不一样。所用的筛分设备有的用振动筛，有的用圆筒筛。所用筛网，有的买自专业生产厂，但规格不一致，有的自制，有些破烂后仍在使用。近年来随着高速公路对石料的要求越来越高，有些石料厂购买了反击式轧石机，但由于该类产品产量低，能耗大成本较高，有些个体老板在取样时，拿出的石料是颗粒状良好的优质碎石，一但订了货，特别是石料使用高峰时，便将一些其它类型的轧石机生产出来的碎石混在一起送到工地，由于工期紧任务重，有些施工单位迫不得已只能接受这种混合石料。上述这些因素造成路面材料各种规格不均匀，针片状超标，生产出来的沥青混合料均匀性差造成各种路面早期病害。
采取的措施：①在选择石料生产商时尽量选用规模大，设备好的厂家。②采用业主投资开办的大型石料厂生产出来的优质石料。③施工单位自己投资购买反击式轧石设备进行二次破碎或直接投入到石料场使用，购买设备的资金以后用石料款来冲抵。④加强收料人员的责任心，不能只管量不管质，对不符合规格超标严重的石料必须拒收。
3.严重离析造成了路面早期破坏
施工不当造成路面面层离析会引起路面早期破坏，如一个一个孤立的水破坏造成的网裂，形变和坑洞，局部严重车辙、局部泛油、横向裂缝多，新铺沥青面层表面构造深度忽粗忽细，以及路面优良初始平整度迅速恶化。混合料发生离析时，粗集料和细集料分别集中于铺筑层的某些位置，使沥青砼不均匀，配合比级配和沥青用量与设计不符，造成局部孔隙率变大，地表水进入沥青砼面层，在雨过天晴时，若经常发现路面上有东一片西一片的湿斑，这说明湿斑处局部离析雨水已透过了面层，在阳光下均匀密实的地方已干燥，在湿斑处由于水已进入深层，不能在短时间内晒干并滞留在孔隙内，在大量高速行车作用下，每次产生的动水压力使沥青从碎石表面逐渐剥落下来，造成对路面的早期破坏。
应采取的措施有：
①在路面各层（包括基层、底基层）摊铺作业中，应采用两台摊铺机梯队作业，确保路面各层铺面均匀，避免过去全幅摊铺容易造成局部离析的质量通病。江苏、浙江等省都在施工指导意见书中明确做了规定。
②优化混合料设计，合适的混合料设计对消除离析是重要的。一般讲按连续级配均匀设计的混合料在施工中消除离析较易，而间断级配混合料在施工中容易产生离析，需严格按照施工工艺才能避免离析现象。
③注意自卸车的装料和卸料：自卸车在接料时应分三个不同位置接料，第一次装车厢前部，第二次装尾部，第三次装中间。这样可以消除装料时产生离析。卸入摊铺机时，要使混合料整体卸落，而不是逐渐卸入。因此车厢底板需要良好的启闭状态并涂剂，使全部混合料同时向后卸下。
④沥青砼拌合场的堆料场地应该硬化处理，保持集料清洁，防止雨天场地泥泞污染集料，造成混合料的不均匀。
⑤拌合场的各种集料应分开堆放，应有可靠的隔离措施，避免不同规格的集料混杂造成离析现象。
⑥各种细集料应搭篷保护，防止雨淋。防止细集料遭雨淋和变潮湿，避免受潮的细集料向拌合机受料斗倾倒时流量受到影响造成配合比不准，从而引起局部离析。另外搭棚后，细集料由于干燥在烘干筒内比湿集料大大降低能耗，节约了柴油。
4.冒雨施工造成路面早期病害
虽然作业指导书中明确规定严禁在雨天施工，但在实际施工中常会遇到沥青混合料还未铺完因气候骤变突降大雨，在南方施工时常遇到这样恶劣天气，由于贮料仓内和运输车内还有黑料，一车料成本约5~6千元，为了减少损失，因此赶在下雨前加快铺筑速度，在大雨来临前小雨已开始下时，仍继续抢着铺筑混合料，这时由于热料遇水后吸收大量的热量变成了蒸汽，热料温度急剧下降，造成低温碾压后孔隙率增大，引起面层早期破坏。为避免上述情况，首先要随时了解天气预报，合理的安排好施工时间，前后场的通讯联络是十分重要的,前场发现雨情立即通知后场停止拌料。所有的运料车在施工期间必须备有覆盖帆布，一保温二防雨。若开始下雨必须停止摊铺，若下雨较长时间，车内的混合料降到110℃以下时应废弃，以免混合料温度过底碾压达不到规定压实度造成返工，损失就更大。
5.路面污染造成沥青混合料路面分层
在组织路面施工中往往同时在进行中分带填土、土路肩施工，防护工程施工，交通设施的安装，沿线地方车辆从各个路口上路行驶在未完工的路面上，这些交叉施工既互相干扰又容易造成严重的污染，若进行上面层路面施工时未冲洗干净下面层，而又没有喷洒粘层油或已喷洒但未达到均匀程度，则上下面层未能粘接成一体形成分隔层，在车辆荷载作用下，在上下面层之间剪力最大，导致该交界面不能传递剪力，使得上面层迅速产生坑槽破坏，其特征是下面层顶面平整光滑，上面层形成坑槽。尤其是在中分带和土路肩边缘，泥土污染路面更为严重，更易形成面层之间的分离。要避免污染，首先要尽量减少交叉施工，在黑色路面施工前要完成中分带填土及绿化工程，土路肩施工、防护工程施工，交通设施的安装等要合理的安排好计划并制订专门的防污染措施以减少污染。必须放在路上的砂石材料需用彩条布支垫，用完后及时清扫，严禁在路面上直接拌制砂浆，必须在支垫铁皮后在其上拌合，发现砂浆污染路面应立即用水冲净。开始铺筑黑色路面时对上路的各道口要进行封闭，禁止非施工车辆上路，对全体司驾人员提醒因机械故障必须在路面上修理时，要防止机油或黄油污染路面，用铁皮筒、绵纱等物接着滴油，一旦路面形成油污染则必须将污染范围内的路面切割重新补填混合料。在冲洗路面时要特别注意不能头天冲洗第二天就开始铺筑路面，一定要晾晒数天后才能铺筑路面，这是因为下面层会不可避免的出现少量局部离析现象，该处孔隙率较大，冲洗水可能滞留在其内部，新铺路面覆盖后水分来不及蒸发被封在孔隙内埋下了病害的隐患。
6.路面厚度不均匀造成平整度不好
路面厚度不均匀主要是基层顶面平整度不好造成，沥青面层厚度的不均匀必然导致面层沥青混合料密实度变异性增大，在行车荷载反复作用下，沥青砼进一步压实，使沥青面层的不平整度增大，这也是一年以后某些高速公路平整度急剧下降的原因之一。要保证路面优良的平整度首先要抓好基层，底基层甚至路基顶面的平整度，若基层顶面的平整度能达到均方差1.5mm左右，则沥青上面层平整度就能做到均方差0.6mm以内。因此底基层和基层摊铺必须要用摊铺机来作业，每层同时用两台呈梯队型进行摊铺。要尽可能减少平地机摊铺作业，因采用平地机摊铺基层的平整度是无法和摊铺机作业的平整度相比，且平地机容易造成混合料离析。只有在某些缺口位置和个别桥头位置，摊铺机无法作业时才考虑用平地机进行摊铺，但应特别注意基层混合料的离析。
路面厚度是《公路工程质量检验评定标准》关于路面质量的三大重要指标之一，必须要引起高度重视，要确保路面各层的厚度满足规范的要求，沥青路面三层，下面层摊铺一般采用挂钢丝来控制标高和厚度，中上面层摊铺采用平衡梁或激光自动找平系统控制平整度和厚度。采用上述方法一般都能较好的控制好厚度，需要特别注意的是做上面层之前要对中下面层的厚度进行全面的检测评定，只有合格了才能铺筑上面层。笔者建议一是通过对中面层顶面标高与对应桩号的基层顶面标高差值计算出全线的中下面层厚度；二是通过按检测频率钻孔取芯量测孔深来确定厚度；三是用雷达检测车对全线主车道和超车道厚度进行检测；最后同时根据三种检测结果确定哪些段落厚度不足，则可通过增加上面层厚度来确保总厚度满足规范要求。还应注意不能为了省料怀着侥幸心理走规范规定的厚度下限指标。因我们现有的施工水平很难达到这样高的水平，稍不慎因厚度不足可能引起返工。路面厚度不足造成质量缺陷，引起重大经济损失的例子是我们公路建设者应该吸取教训的。
7.抗剥落剂不均匀引起路面早期破坏
对于在高速公路上采用的石料如玄武岩、花岗岩、砂岩、辉绿岩等轧制的石料与沥青的粘附性往往只能达到三级左右，不能满足中下面层四级、上面层五级的要求，所以必须采用抗剥落剂，以改善粘接力。抗剥落剂一类是采用胺类液体抗剥落剂，品种有十几种，品质有所不同。另一类是消石灰或水泥做抗剥落剂，消石灰是混在矿粉中加入到搅拌缸内。若这些抗剥落剂在混合料中不均匀，则在路面上某些位置没有抗剥落剂很容易就造成水损坏。加入液体抗剥落剂的方法有三种：泵力循环搅拌法；强制搅拌法；支管掺配法，这三种方法都能取得满意的效果，但无论采用哪一种方法都应按频率抽查成品料的粘附性是否满足要求。用消石灰做抗剥落剂是加在矿粉中使用，用水泥则代替矿粉即做为抗剥落剂又做为填料使用。由于我国缺乏专业工厂化的消石灰粉，只能靠一些水泥厂或小型矿粉厂来生产消石灰矿粉，其均匀性较难保证。笔者曾参加了二条上面层采用消石灰做为抗剥落剂的高速公路施工，消石灰矿粉生产厂家一个是水泥厂，另一个是矿粉厂家。两个厂家经过考查，水泥厂设备较好，质量比较有保障，但由于消石灰矿粉数量少，生产厂家由于要进行设备改造，出于经济方面考虑不太愿意生产，各方做了不少工作后，出了高价厂家才生产了消石灰矿粉。在另一家专业生产矿粉的生产厂，为了确保消石灰粉在矿粉中均匀分布，曾专门制订了生产工艺并派人常驻厂家监督，但使用效果不理想，铺成的路面不久出现了白浆析出形成白斑硬膜，用水无法冲掉，甚至采用钢丝刷也无法消除，这是消石灰在矿粉中不均匀反映到路面上来的现象。这个析出来的白斑在通车后，很快消失，主要是靠橡胶车轮逐渐将其磨掉。经过两年的运营，这种白斑并未导致路面早期破坏，这说明消石灰做为抗剥落剂起到了应有的作用。
8.路面压实度不足引起路面早期破坏
沥青砼的压实度对保证路面的质量起着非常重要的作用，我国沥青砼按孔隙率的大小分成两类：一类是密实型连续级配，称为Ⅰ型，其孔隙率为3%~6%；另一类是半开级配，称Ⅱ型，其孔隙率为6%~10%；将空隙率大于10%的沥青混合料称为沥青碎石。我国大多数高速公路现都采用Ⅰ型，南方各省三层沥青砼都采用Ⅰ型，如果压实度按规范达到96%，则现场实测孔隙率约为7%~10%，但在施工中百分之百达到96%的压实度是不太可能的，实事上受多种因素影响有些可能是95%，甚至更低，现场孔隙率则为8%~11%。研究表明，当密级配热拌沥青砼的孔隙率为8%以上时，路面的透水性增长很快，低于8%时混合料透水性很小。Ⅱ型级配当压实度为95%时，现场孔隙率为12%。由于降水很容易透入超过8%孔隙率的沥青路面中，在行车荷载反复作用下，将导致严重的水损坏，如车辙、坑洞、网裂等。要达到低的孔隙率则只能通过提高压实度标准才能达到，对上面层压实度应在98%以上，相应的现场孔隙率不大于6%；对中下面层，压实度为97%，现场孔隙率为7%；在江苏省要求中下面层压实度要达到98%。
施工当中造成压实度不足的主要原因有三点：
1）温度降低影响压实度
沥青混合料只能在合适的温度下进行碾压才能达到最大的压实度和最低的孔隙率，若在90℃以下进行碾压，压实度已不能再提高。我们有时迫于工期压力在气温很低的夜里、清晨、南方11月份，甚至12月份都还在铺筑沥青路面，这样压实度是很难保证的，在大风天气摊铺时温度散发的很快，特别在做上面层时一般都进入第四季度，外界气温低，昼夜温差变化大，下承层温度低，4cm薄层沥青摊铺过后温度很快就损失掉了，若不抓紧碾压其压实度就很难达到要求。因此对沥青面层的施工要想方设法安排在气温最高的季节施工，夜晚不能安排施工，刮风下雨更不能安排。应该尽量提高开始碾压温度和采取混合料的保温措施，特别是在气温低的时候。
2）配置好压实设备，提高压实度
压路机是关键必须配足，尤其是在上面层施工时，由于工期已在年末外界气温低，要求压路机及时跟进摊铺机，没有足够的压实设备是不能达到规定的压实度。初压采用静压双钢轮总质量8~11t为宜；复压采用总质量25t的轮胎压路机为宜，终压采用总质量13t~16t双钢轮双驱动振动压路机较好，数量采用6台，三个工序各2台。
3）避免赶工引起压实度不足
由于工期安排得不合理或受到种种原因的制约，如沉降未稳定，路基工作面不能按时交出，业主提出献礼工程等致使留给路面施工作业的时间短、任务重且通车都在年底，气温较低。路面施工单位不得不加班加点赶工期，甚至雨刚停，立即上路开始铺筑，这样一来是按期完成了任务，但却造成压实度不足孔隙率偏大，早期病害突出的结果。笔者曾参加过某一条高速公路施工，创造了单幅一昼夜铺筑3.5公里的记录，可能是当时的全国记录。当时是迫不得已抢工，由于该合同进度相对滞后面临着任务可能被业主切走一部分，业主规定必须在15天内完成单幅30多公里上面层铺筑，为了工程不被切，必须加班加点完成。由于摊铺速度快且连续，平整度当时为五个合同段最佳，但由于不分昼夜的加班加点，可能造成有些段落压实度不足，通车一年后平整度衰减很快，由第一变成了第三，且早期病害较多，养护费用较高。要避免这种情况产生，只能抓紧前期的工作合理安排好计划，赶前不赶后，对业主要讲明利害关系，摆正质量和进度的关系，取得业主的谅解和支持。确保工程质量的创优目标实现。
二、设计不完善造成路面早期破坏
1.路面厚度与最大粒径不匹配
研究表明路面最佳厚度应是石料最大粒径的3倍，如上面层采用4cm厚,则相应沥青砼采用AC-13,若采用AC-16,路面厚度最佳应为5cm，而在已建成的高速公路中有较多采用4cm厚度，这样施工中容易造成混合料离析，使路面均匀性差，引起路面早期破坏。
2.沉降计算不准，预压期估计不足
对软土地基沉降计算无准确的计算公式，计算所需的地质勘探资料较少，对沉降理论缺乏更进一步的研究。因此对沉降量的计算不准确，预压期估计不足，有些提前稳定，有些沉降期到了仍未稳定，迫于工期压力不得不在尚未稳定时将路面做完以迎接通车，通车后不久即发生桥头跳车。有些高速公路由于沉降尚未稳定采取设置预抛高的方案取得了一定的成效，但仍不能准确进行设置以减少通车后的桥头跳车现象。
3.路面排水考虑不周引起路面早期破坏
主要反映在只注重路面表面排水和线路排水，忽略了路面结构层内部排水，因孔隙率再小的路面或多或少总有表面水进入，而水是沥青路面水损坏之源，排水不良是造成路面早期破坏的重要原因之一，主要反映在以下几种情况：
①中分带通常设置绿化带，对其底基层以上的路面设有进行有效的封堵，流入中分带的水份进入了路面结构层造成水损害。应采取有效的封堵方式阻止地表水进入结构层，可在中分带范围内一个底面和两个侧面抹上2cm厚砂浆并外涂沥青，在黑色路面边缘设置水泥砼路缘石挡水，应先安装路缘石并在与沥青路面交界处涂抹沥青，防止地面水从缝中进入面层。
②在土路肩处应考虑沥青路面内部排水，过去由于忽略了内部排水，在其边缘设置了埋入式路缘石或直接回填粘土种植草皮，封住了路面内部排水通道，造成边缘积水引起水损害。目前有效的办法可采用在土路肩纵向设置碎石盲沟，若顶面有浆砌防护工程，考虑横向排水应每隔5~10米设置一道横向排水管，然后在其碎石盲沟上方用一层小石子砼硬化。
③挖方路段的排水往往是薄弱环节，在路基底面往往有地下水或裂隙水冒出，使路基变软弯沉值不足造成路面早期破坏，解决的办法是设置透水性良好的级配碎石底基层，并设置纵横向肓沟，将地下水引入路基边沟排掉。
通过复合材料理论和劈裂试验的比较，确定了含纤维沥青混凝土的劲度模量；利用损伤理论计算了已含表面裂缝沥青路面的疲劳寿命，探讨了新型纤维增强沥青路面。
三、结语
通过对沥青路面早期破坏的原因分析，不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关，而且与路面形成后的使用、养护和管理联系紧密。因此，要消灭减轻沥青路面早期破坏这一质量通病，延长沥青路面的使用周期，提高投资效益，需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责，分头把关，按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能，相信这一顽疾一定会得到根治从设计、施工、监理、养护管理、新材料新方法等角度，寻找解决办法，完善施工工艺。
沥青混合料是一种非常复杂的材料，其物理力学特性随材料组成、温度、环境和外荷作用型式不同而发生变化，沥青混凝土路面是由沥青混合料铺筑而成的，因此路面性质的研究也是非常复杂的。改善路面使用性能的途径和方法涉及的内容非常广泛，而笔者的学识和经验又存在一定的局限性，缺点和错误之处，还望专家和读者提出宝贵意见。
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