道路水穩(wěn)定性評價及相關性能提高的措施

李明軍

（山西省朔州高速公路有限責任公司，山西 大同 037034）

0 引言

道路是交通運輸大動脈的基本組成之一，也是一個國家或地區(qū)國民經(jīng)濟的先行和賴以生存和發(fā)展的主要基礎產(chǎn)業(yè)。無論屬于何種級別和結構組成，道路從建成通車開始，始終處于各種自然光候不間斷的影響之下。這些自然光候，包括風、沙、水、雪、陽光照射和不同環(huán)境溫度（依所處地球緯度、晝夜和地形標高的不同呈現(xiàn)較大的數(shù)值差異）等自然現(xiàn)象。相較于人為因素（如車輛碾壓荷載等），這些自然光候?qū)Φ缆返淖饔煤陀绊懲哂懈映掷m(xù)和更為嚴酷的特點。研究各種自然光候?qū)Φ缆酚绊懙奶匦?，從而在道路設計、工程施工和日常養(yǎng)護中施行有針對性的對策，以盡可能消除和減少這些自然現(xiàn)象對道路的有害影響，對于保證道路的正常服務效果、延緩和減少道路病害（特別是建成通車后的早期病害）的形成和提高道路的使用壽命具有重要意義[1]。

1 提高道路水穩(wěn)定性的意義

在本文上述的各種自然光候中，水對道路的影響是十分嚴重的。如筆者所在的山西朔州地區(qū)地處桑干河上游，地下水位較高，年降雨量曾達806.7 mm，雨季的持續(xù)降水和地下水的雙重作用，使得道路水毀比較嚴重。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，朔州地區(qū)每年因水毀形成的道路損壞占道路損壞總量的40%左右，這種情況在我國南方水網(wǎng)地帶表現(xiàn)更為嚴重。

嚴格意義上講，鋪設道路面層所使用的瀝青混凝土材料和水是難以相容的，但較長時間的雨水沖刷和侵泡必然會降低面層材料所具備的原始強度，從而形成道路的面層損壞（各種縱橫網(wǎng)裂和路面材料的松散是主要表現(xiàn)形式），而面層下部目前常用的半剛性基層（水泥穩(wěn)定基層等）對道路面層出現(xiàn)損壞后侵入的水和因道路下部基礎較高水位的地下水的抗侵蝕能力也是有限的。有鑒于此，分析水毀形成的原因，從道路結構設計的優(yōu)化、筑路材料的優(yōu)選、施工和養(yǎng)護工藝等方面的逐步改進和完善，從而提高道路的水穩(wěn)定性是十分重要的。

2 國內(nèi)外道路水穩(wěn)定性評價標準綜述

很多工業(yè)先進國家在20世紀中期即已認識到道路水毀的嚴重性并制訂了相關評定標準。如美國早在1959年就以國家標準的方式頒布了瀝青與級配礦料的裹覆和抵抗剝落的試驗方法（ASTM D1664）及評定標準，相關標準在執(zhí)行多年后，根據(jù)道路等級的提高和筑路材料的改進于1985年進行了修訂，另外又制訂了壓實成型后的瀝青混凝土材料抵抗水損壞的試驗方法，即改進后的Lottman法（Lottman是美國道路工程學教授，以其提出的采用試驗前后的劈裂強度比和回彈模量比作為水損害的評價指標由其名字命名，即Lottman試驗方法），這個試驗方法就是一直在美國道路工程領域沿用至今的AASHTOT283試驗方法，收到了良好的應用效果。

相較于工業(yè)先進國家的道路建設技術，我國的相關研究和成果起步較晚。但自從高速公路在我國大陸20世紀80年代中期開始建設以來，已在短短30年間取得了明顯的進步。如20世紀90年代中期交通部制定和頒布的JTJ 032—94《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求高等級道路的粗集料與瀝青應進行黏附性測定，且應不低于4級，其他道路不低于3級。對于瀝青混合料，JTJ 032—94要求選用馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度作為基礎數(shù)據(jù)進行水穩(wěn)定性評價。2004年頒布的JTGF40—2004更規(guī)定了選用浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度和雙面擊實50次的凍融劈裂試驗的殘留強度比作為水穩(wěn)定性評價標準，如表1所示。

表1 道路水穩(wěn)定性評價標準

3 提高道路水穩(wěn)定性的措施

如本文前述，因道路水穩(wěn)定性較差造成的道路水毀現(xiàn)象十分嚴重，如山西境內(nèi)的高速公路在通車數(shù)年后大多就會出現(xiàn)各種路面病害，其病害的產(chǎn)生數(shù)量與通車年限呈指數(shù)增長[2]。這些損壞的近50%是由水毀造成的，可見提高道路水穩(wěn)定性已經(jīng)刻不容緩且應當從下述幾個主要措施入手。

3.1 道路結構的防水設計

在路面結構中設置防水層是十分必要的。瀝青路面的面層（包括上面層和下面層）也被稱為磨耗層或封閉層，前者指瀝青路面是直接承受車輛對路面作用的耐磨部分，后者即指其為封閉上部水分（自然降水和人為灑水）對面層下部道路結構的滲入。但由于面層直接受到車輛的反復作用（常常出現(xiàn)的超載重載車輛—如山西、內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)的煤炭、礦石外運地區(qū)使得這種作用表現(xiàn)更甚），因此面層的防水作用很容易被破壞。有鑒于此，筆者建議在路面結構設計時應設置雙層防水結構，即在路面的上面層和下面層間設置第一防水層，而在水穩(wěn)層上部表面設置第二防水層。前者能夠阻擋水分侵入水穩(wěn)結構層，后者則能夠阻滯因面層結構出現(xiàn)問題時透過面層孔隙進入的水分，從而對面層下部的水穩(wěn)層提供保護。相較道路面層，水穩(wěn)層的結構更為穩(wěn)定和持久，因此其防水層的作用更為可靠。這種雙重防水結構的設置對于道路工程造價的提高影響不大，但其防水效果和使用壽命卻可有效提高。同時，道路兩側應留出水分的排出渠道，以使水分及時排出。

長期以來，道路防水層的材料大多采用專用防水涂料，收到了較好的效果。近年來，由山西省交通科學研究院完成的以高剪切和研磨為技術特征的改性瀝青成套設備成功實現(xiàn)了SBS改性瀝青和改性乳化瀝青的高質(zhì)量快速制備[3]，具有國際先進水平。以改性乳化瀝青作為防水涂料不僅能夠保證使用效果，而且能夠有效降低工程成本。

3.2 路面材料防水性能的優(yōu)化

目前，大多數(shù)高等級路面由瀝青混凝土材料鋪設，通過改進和優(yōu)化路面材料的防水性能是十分重要的。如以聚合物作為改性劑（以SBS、PE和廢舊橡膠為主要代表）制作的改性瀝青作為瀝青混合料的黏結劑能夠有效提高瀝青和級配礦料的黏結性能[4]，降低路面早期病害，特別是縱橫裂縫的產(chǎn)生；采用以花崗巖、閃長巖等高硬石料做面層骨料，使其粒徑級配得到長期保持，進而使瀝青混合料的路用特性，包括面層的抗滑特性及整體抗疲勞能力有效提高。這些措施能夠使瀝青路面的防水性能得到明顯的改善。

3.3 保證和提高路面的鋪筑質(zhì)量

a）提高壓實密實度。我國高等級道路的施工機械已基本成龍配套，關鍵是在施工過程中嚴格按照施工規(guī)范進行作業(yè)。如路面的壓實密實度必須保證達到96%以上，但要達到這一指標，不僅要使用合適噸位的壓實設備，更重要的是必須保證壓實溫度。如以SBS改性瀝青制作的瀝青混合料攤鋪后的壓實初始溫度不能過低，否則再好的壓路機也難以達到要求的密實度，而較好的密實度是提高路面防水性能的關鍵之一。

b）盡可能降低瀝青混合料材料的離析。材料出現(xiàn)離析是出現(xiàn)路面病害進而影響其防水性能的重要原因，離析的成因多種多樣，但某些關鍵工序應特別注意。如拌和機和為攤鋪機供料的自卸運輸車的卸料高度應盡可能降低；盡可能減小運輸車的運距；攤鋪機采用較大螺旋角的螺旋分料器等均可有效降低混合料材料的離析。

c）采用震蕩壓實工序，改善瀝青混合料的結構均勻性。震蕩壓實的過程可使得瀝青路面結構層的材料實現(xiàn)水平振動，結果使其結構組成更為均勻，面層孔隙率有效降低，材料的結合強度和密實度進一步提高，其結果使得道路面層對上部水分的封閉效果有效提升。