京秦高速公路沥青路面水损坏试验分析

京秦告诉公路宝坻至山海关段是国道主干线的重要组成部分，是华北地区连接东北三省最重要的经济干线，全线199.31公里，双向六车道，1999年底全线建成通车。京秦告诉公路靠近渤海海岸线，气候湿润，年均降雨量比较大，在633.1—769.7mm之间，根据病害调查结果，京秦告诉公路水损坏现象最为严重。而两段SMA试验段中水损坏的情况，相对与普通的SAC路面来说要好得多。

水损坏的主要表现形式

泛油

水损坏引起的泛油与一般泛油不同。水损坏引起的泛油是由于路面结构存水后．在行车荷载反复作用而产生的强大动水压力下，造成沥青剥落．在汽车荷载的泵吸作用下沥青从下层向上层迁移而引起的，  般只发生在车道的轮迹带上。泛油只是水损坏的初期表现。

松散

    松散是沥青与集料粘附性差导致的混合料水稳定性不足。集料由于丧失相互、司的粘结而逐渐松垮并逐渐流失，表现为麻面或大小不  的坑洞。松散往往是在某个水稳定性不足的沥青结构层整体性发生，尤其是表面层．长期暴露于自然环境中．并经受车辆荷载的反复作用，极易引发沥青剥落而松散。

网裂

水损坏造成的网裂一般是由于水分通过空隙率大的上面层或别的途径进入路面结构层内，在荷载作用下造成沥青面层内部混合料的剥落松散，或基层混合料的冲刷、脱空．并从下向上作用，导致沥青面层产生龟裂，进一步发展的结果就是坑洞和沉陷。

唧浆

产生唧浆必须要有水进入和灰浆挤出的通道。唧浆现象中，水侵入路面结构内部的途径大多是路面上已经出现的裂缝，同时强大的有压水通过沥青层的空隙能穿透结构完整的沥青面层．基层顶面的泥浆也通过相同的途径被挤压到路表，其范围是所有沥青面层的透水处。

坑槽

坑槽根据面积大小可以分为点状坑槽和块状坑槽．是沥青面层松散深度和面积不断加大、水损坏发展到后期产生的现象，是唧浆进一步发展的结果。

沉陷

水损坏引起的沉陷一般与唧浆现象同步发生。随着唧浆的发展，基层组合料不断地被溶蚀并挤压到路表．造成基层顶面的不断脱空，同时在有压水和有压浆体的作用下，沥青混合料更容易剥落、松散．沥青面层随着材料的流失不断下陷。沉陷变形过大导致沥青面层开裂．水侵入路面的途径更加通畅．使唧浆和剥落现象更加恶化，形成恶性循环。

伴随裂缝的水损坏现象

    裂缝打通了水分进入路面结构的通道，水分通过沥青面层内部空隙较大区域进入结构内部，甚至进入并贮存在基层中．在荷载作用下导致路面唧泥．从而产生内部更大的损坏。

水损坏产生的原因分析

从河北省几条高速公路的水损坏调查结果发现．京秦高速公路的沥青路面水损坏现象最为突出，占所有病害比例的54％以上。京秦高速公路于1999年7月建成通车，全程200多公里．是一条重要的交通干线，交通量比较大，特别是重载货车的比例较高。经过5年多的运营，京秦高速公路的路面总体状况有了一定的衰减，产生了  些典型的水损坏现象。

路面水损坏试验分析

空隙率与水损害关系分析

    进一步分析不同层位的空隙率对道路病害的影响状况。从三层的空隙率(数表略)状况来看，该路的上面层空隙率普遍偏大，其中病害严重路段的空隙率都大于7％，只有无病害和纵缝处的空隙率较小。无病害处和纵缝处的比较结果表明，无病害处的中下面层空隙率普遍较小，说明中下层混合料的密实程度对路面水损坏的影响很大。从不同病害处的空隙率状况来看．空隙率对路面病害的产生和发展有很大的影响。

    在京秦高速公路上．由于没有采取全面的上面层底面的防排水措施，导致在上面层空隙率不太大的情况下，重载车辆在高速行驶下产生的较大动水压力使得水分进入沥青面层内部，由于沥青路面结构较厚同时面层空隙率不大，水分不可能通过蒸发和径流的方式排出路面结构．只能贮存在中下面层内部．在行车荷载作用下长期j中刷沥青面层的混合料．使得面层混合料变弱和剥落．导致路面病害的产生。

    在空隙率的测量中发现，行车道的空隙率普遍小于超车道．而且都在1％以上，说明路面在运行过程中的后续压密是普遍存在的，施工压实水平不够。在病害严重的地方．面层的后续压实也最严重，其中超车道的空隙率三层都比行车道大4％左右。可见压实度对路面病害的产生有很大的影响．在施工过程中加强压实度控制非常重要。

    整芯最能反应全线的真正空隙率状况，表明全线的空隙率范围在1％～11％之间。空隙率状况是上面层>下面层>中面层，应该说中面层是最密实的一层。但从芯样的破坏状况来看，中面层破坏是最严重的，很多上面层完好的芯样都出现了中面层的松散和剥落，说明中面层混合料的抗剥落能力较弱，也进一步说明中、上面层间的防水很重要。尤其在重载高速上，强大动水压力能够通过空隙率较大的上面层将水压入空隙率相对较低的中面层，水分一旦进入中面层就永远贮存在其中．在行车荷载的作用下，最终使得中面层成为整个路面结构的薄弱地段．致使病害从这个层位产生。

空隙率与稳定度的关系分析

    稳定度是沥青混合料设计的一个关键指标，也是反应沥青混合料性能最常用指标之一．测试方法也较成熟。本研究从三层300多个芯样的测试和分析中，没有发现芯样稳定度和周边病害状况的相关关系。这也说明了当前路面的损坏现象和混合料的设计控制指标存在一定的脱节。

    中、下面层的连续密实型级配存在随空隙率的增大而稳定度减小的规律，但上面层由丁采用了多碎石的密实型级配．空隙率和稳定度并没有成正比的关系。

油石比与病害关系分析

    考虑到沥青路面在铺筑时层间铺洒过粘层油，使得部分沥青存留在面层内部，致使测试的油石比相对较高(但对同段来说这种残留是相当的)．因此在油石比分析时只作定性的比较，不作定量的比较。

    从上面层油石比状况来看，上面层在不同路况下的油石比差异较大，无病害路段上面层测试的油石比大于设计油石比(4.8～5.1)，而纵缝和挖补处的油石小于设计油石比，说明沥青面层尤其是上面层，在道路运营过程中存在沥青的迁移。其原因是在动水压力作用下，由于沥青上面层空隙率不是太大，水分集聚在上面层内部，在大量的重车荷载作用下，这些水分变为有压水，反复侵蚀沥青和集料，导致沥青膜剥落。剥落的沥青膜在轮胎的真空吸力等因素作用下．移动到路面顶部，导致局部上面层的油石比偏大。由于其含油量大、整体性较好，看不出别的病害。在路面有裂缝等病害状况下，上面层空隙率较大，混合料中的沥青剥落出来后，直接被车轮带走，导致病害路段贫油。同时由于油石比的降低．沥青路面的抗水损坏和抗疲劳性能减弱，致使病害进一步发展。

    应该说表面无病害处的路段已经处于路面病害的初始阶段，当上面层油石比偏大后，局部的泛油和车辙现象将会产生。从路况调查中也能看见京秦高速公路存在局部泛油和出现车辙．但比较少，说明该高速公路的用油量不大，运曹过程中沥青迁移现象还不算严重。但在纵缝和网裂等破坏处，被水剥落的沥青又被车轮带走，导致油石比普遍降低，贫油后将加快病害的发展。

级配与病害关系分析(级配曲线图略)

    对不同路况段的整芯在抽提和燃烧后进行集料筛分试验，还原后得出沥青混合料的级配。

    从上面层的级配可以看出，除网裂处细集料含量较大外．混合料的级配基本在设计级配范围内。

    从中面层的筛分结果看出．中面层混合料在1 6和1 9筛孔处偏离了级配范围．有些偏细，但其余的筛孔都在级配范围内。

    从下面层级配曲线看出，唧浆和网裂处的级配曲线偏离了范围．有些偏细，其余的级配曲线均在范围内。

现场渗水试验

    沥青混合料的空隙率并不是水损坏的根本原因．根本原因是沥青混凝土透水。有研究表明，8％的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点．即当空隙率小于8％时．沥青面层的透水系数非常小，而空隙率一旦大于8％后，透水系数随着空隙率的增大而急剧增长。

    实践证明，已建成的高速公路透水系数急剧变大的拐点值一般与具体路段的沥青混凝土结构类型、均匀程度有关．也与空隙率计算过程中密度的取值有关．但一般都在6％一8％之间。密级配混凝土的空隙率大于该临界值时，路面的水损坏容易发生。

    通过对渗水试验数据的分析认为路面无明显病害处的透水度代表值为2.5毫升／分钟：SMA路面无明显病害处的透水度代表值为3毫升／分钟，表明无病害处渗水较轻微。松散脱落路段的透水度代表值最小为3.3毫升／分钟：最大19.5毫升／分钟。从K279+400三组实验数据来看．超车道最轻．3.3毫升／分钟．

行车道1最严重，19.5毫升／分钟，最大值82.5毫升／分钟；行车道2较均匀，为4.5毫升／分钟。这与外观的情况和在透水试验处进行钻孔取芯的结果比较吻合。

    有的麻面病害只存在于上面层很浅的上部．未能形成通畅的渗水渠道．因此测试透水度不是很大。综合分析认为．松散脱落程度与空隙率、透水度呈相同增长方向．越是松散．空隙率越大，透水度越大．渗水越严重。

    根据对以上渗水试验结果和本路全线的空隙率状况分析，认为在京秦高速公路上，采用真空法测定理论密度和表干法测定毛体积密度以确定试件空隙率时．6.5％的空隙率是路表水下渗的临界值。为了保证混合料不透水．现场空隙率须控制在6.5％以内。

水损坏试验分析结论

    京秦全线的空隙率偏大，由于没有设置有效的沥青面层结构内部的防排水措施．在重车高速行驶的动水压力作用下，水分进入面层内部，导致了面层内部的沥青结合料的剥落和沥青的迁移。在空隙率、水分和重车高速行驶的综合影响下，导致沥青面层病害的产生。从设置层间防水的1 1标看，路面的病害主要集中在上面层．但没有破坏沥青面层结构．使得路面的预防性养护很容易开展。

    从空隙率分析结果来看，沥青路面病害的产生和局部空隙率偏大有直接关系。由于上面层的气候条件和受力条件都很恶劣，在局部空隙率较大的地方病害很容易产生。局部空隙率较大成为水分进入沥青面层的通道，同时面层结构没有水分的排除通道，水分贮存于沥青层内部，成为产生水损坏的导火索。

    全线的级配状况良好，偏离级配范围的并不多见，但也看出级配对路面破坏的影响是不可忽视的，偏离级配范围的路段都表示出了病害现象。

    在病害严重的地方．面层的后续压实也最严重。说明压实度对路面病害的产生有很大的影响．在施工过程中加强压实度控制非常重要。

    根据渗水试验和空隙率状况分析的结果，在京秦高速公路上，采用真空法测定理论密度和表干法测定毛体积密度以确定空隙率时，6.5％是路表水下渗的临界值。