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[摘要]文章通过对目前高速公路半刚性基层沥青路面早期水破坏现象产生的成因进行分析，并提出防治措施方法。
[关键词]高速公路 半刚性基层 沥青路面 早期水破坏 防治措施
近几年来，随着高等级沥青路面广泛使用，路面都出现了不同程度的早期破坏现象。通过调查发现，沥青路面的早期破坏或多或少，或直接或间接的都与水有关，即水的破坏是关键因素之一。水损害是我国高速公路路面主要的病害之一，特别是在南方高温多雨、潮湿地区，尤为严重。对于沥青路面，其主要表现形式有：坑洞、松散、唧浆、龟裂等等。其表现形式不同，表示水损害处于不同的阶段。一般南方多雨地区，当开始早现了甲期水损害，且没有及时养护的话，多则3～4a，少则1～2a，甚至1个雨季，就出现大面积的损害，导致路面结构的崩溃。因此对高速公路路面水损害的原因进行分析和防治措施的研究具有十分重要的意义，本文根据笔者多年的工作实践对高速公路水损害产生的原因和防治措施进行一些分析和探讨。
一、水破坏现象
在降水进入沥青面层后，视水的滞留位置而异，在大量高速行驶车辆作用下，可能产生以下几种不同的水坡坏现象。
(一)表面层产生坑洞；
降雨过程中，雨水会进入并滞留在表面层沥青混凝土的孔隙中。在大量快速行驶的车辆作用下，一次一次产生动水压力(孔隙水压力)使沥青从碎石表面剥落下来，局部沥青混凝土变松散，碎石被车轮甩出，路面产生坑洞。无论表面沥青是密实式还是半开式的，都曾产生过这类表面层水破坏——坑洞。
(二)表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和形变；
降水过程中，如自由水渗入并滞留在表面层和中面层内，大量快速行车使此两层内沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂、形变(下陷)和向外侧推挤，或产生坑洞。
二、高速公路路面早期水损害产生的原因分析
首先，必须明确的是，高速公路半刚性基层沥青路面的甲期水破坏速度很快，性质非常严重，是路面甲期破坏的主要因素。而导致这一现象产生并不是单一的因素能够引起的，而是多个因素共同作用的结果。简单的说，可以分为两种，一种是内因，一种是外因。
(一)内因
1、沥青混凝土本身的空隙率大，压实度偏小，现场实际空隙率较大，以及沥青混凝土不均匀造成局部空隙率更大；
2、沥青与碎石的粘结力不足；
3、我国的路面设计方法上习惯不考虑路面结构层排水和布设有效防水层；
(二)外因
1、降水量(在冰冻地区还包括冬季降雪)
降水次数多和降水量大，特别是降水延续时间长，自由水可能进入沥青面层或进入水泥混凝土板下的机会就多，自由水渗进沥青面层或进入水泥混凝土板的量就可能大。自由水进入沥青面层或水泥混凝土板下的机会多，产生水破坏的频率就大。自由水进入沥青面层或水泥混凝土板下的量大，水破坏就严重。
2、车辆荷载
在面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层的交界面上滞留自由水时，每一辆高速行驶的汽车通过时都会产生相当大的水压力和轴吸力。在交界面上的这种压力水会冲刷基层顶面半刚性材料中的细料，一次冲刷的量虽然很小，但上万次甚至几十万次冲刷的积累足以将冲刷下的细料形成灰白色浆(水泥稳定集料和石灰粉煤灰稳定集料基层)。载重货车通过时产生的水压力比小汽车或小货车通过时产生的水压力要大得多，也就较容易产生冲刷现象。每辆高速行驶的车辆通过时，轮下的压力会将轮下结构层中的水压挤，而同时车轮行驶速度较高时又产生相当大的轴吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面。在浆水唧出过程中首先是沥青混凝土中较大颗粒上的沥青膜逐渐剥落，沥青混凝土面层向下变形并形成网裂或很快形成坑洞。压力和轴吸力的反复作用还会使沥青混凝土孔隙中的自由水往返运动并促进沥青首先从较大颗粒上剥落，逐渐使沥青混凝土强度大幅度下降直至局部松散，正因为水破坏与大量车辆(特别是载重汽车)高速行驶密切相关，所以水破坏通常发生在行车道上。
三、沥青路面水损害的防治措施
前面介绍了水进入沥青面层后引起的路面各类早期水破坏现象。因此，就这种破坏现象的普遍性与严重性而言，必须从多方面进行考虑，并采取更多有效措施来解决路面甲期水破坏现象，使水破坏现象的出现降到最低，下面本人将介绍几种有效防治措施。
(一)沥青面层的各层均采用空隙率不大于5％的密实型沥青混凝土
我国已建成的高速公路沥青路面，多数有二层、少数有二层，从减水少破坏来讲，首先要从多方面考虑如何使水不容易侵入路面结构层。实践汪明，沥青面层结构中仅有一层是密实式I型沥青混凝土或仅设计一层沥青砂来防水破坏是远远达不到要求的。实际情况是沥青面层中哪一层空隙率大，一旦水进去，那一层就会产生水破坏。
因此，不管沥青面层是一层、二层还是二层，各层都应该采用密实或所谓的I型沥青混凝土，但专门设计的排水层不包括在内。抗滑表层也应该是空隙率不大于4％的密实型沥青混凝土，用密实式沥青混凝土来减少表面水透入面层结构。
美国AASHT01998年提出的SMA矿料级配草案，按标称最大料径区分为五种，即4.75NMAS、9.5NMSA、12.5NMAS、19NMAS、25NMAS。显然，后两种级配不是用做表面层的，而是用在中面层或底面层的。
欧洲SMA的标准草案，按矿料标称最大粒径分成10种，最粗的两种是D20和D22。前者标称最大粒径20mm，实际最大料径31.5mm；后者标称最大粒径22.4mm，实际最大粒径31.5mm，规定层厚40-70mm。显然，这两种级配也是用作中面层或底面层的，不是用作表面层的。
由上述可以看到，在欧洲和美国实际上也在考虑用粗集料级配沥青混凝土作面层的下层(磨耗层的下面)。
矿料间隙率VMA：SAC-13≥14.5％；SAC-16≥14％；SAC-19≥13.6％；SAC-26.5≥12.8％。
饱和度VFA：65％-75％，表面层65％-75％(夏季面层容易泛油地区的重交通高速公路)
马歇尔试验：SAC-13和SAC-16用膜简直径10.6mm的标准马歇尔试验仪，每面各击75次；SAC-19和SAC-26.5用膜简直径152.4罂大型马歇尔试验仪，每面各击112次。
空隙率3％-5％，生产配合比设计确定沥青用量时的空隙率为4％。
流值：20-40(0.1mm)
用真空法或用各级石料的表现密度和毛体积密度的平均值(矿粉、水泥或消石灰粉仅用表现密度)确定混合料的理论密度。用蜡封法测定试件的体积。
表中上部SAC-10、SAC-13、SAC-16已在高速公路上应用并取得良好的结果。SAC-19和SAC-26.5仅作中面层和底面层，也在高速公路上用过。
(二)提高沥青与矿料的粘结力要求
一旦水进入沥青混合料中，在快速重载车辆的作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青剥落现象，改善沥青混凝土水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。因此，建议对用做中面层和底面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级：对于用做表面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。对于用做表面层的沥青混凝土，通常要求用既耐磨又增高磨光值的硬质岩石料。
(三)路面结构中设排水层
上述两项措施中第一项是为了尽可能减少水渗入和透过沥青面层从而提高沥青混凝土的力学强度；第二项是考虑一旦水进入沥青混凝土内部后减少沥青剥落的可能性。采取了这两项措施后，是否还需要在路面结构中设置排水层(特别在南方多雨季节)，使水进得去出得来，本人认为是非常值得研究的问题。
首先，从我国沥青路面的早期破坏来看，往往表面水还没来得及渗透到中层或下层，表面层或(和)中面层就开始破坏。这是与水泥混凝土路面明显不同之处，水泥混凝土路面的水破坏只能是水到达基层顶面并产生冲刷唧浆后发生。因此，如果在较厚的沥青面层(如两层)下面设置排水层，在某些情况下在水还没来得及渗透到排水层前，上面的沥青混凝土层可能已开始破坏，排水层可能起不到明显作用。只有在沥青面层较薄的情况下，排水层才能明显地减轻，甚至消除水破坏。
本人在美国研究的一项关于不同类型基层上沥青混凝土路面使用性能比较的调查报告中发现，一旦水进入路面结构层后，最好的办法就是在面层底部(或底面层)设置多也隙沥青混合料排水层，使水能尽快排出路外。排水层宜直接铺到边坡面。必要时在处于土路肩内的排水层顶面用土工布保护，防止土颗料渗入排水层内部。
五、结束语
高速公路沥青路面水损害的产生原因很多，有设计、施工、管理等方面的原因，也有防排水设计、路面材料、路面结构设计等原因，防治相当困难。本文从综合各方面对路面早期水损害进行原因分析，并介绍水损害的防治措施。我国对路面水损害的研究还比较落后，更应该努力借鉴国外先进经验，认真找出沥青路面水损害的确切原因，因地制宜地采取处治措施。
[关键词]高速公路 半刚性基层 沥青路面 早期水破坏 防治措施
近几年来，随着高等级沥青路面广泛使用，路面都出现了不同程度的早期破坏现象。通过调查发现，沥青路面的早期破坏或多或少，或直接或间接的都与水有关，即水的破坏是关键因素之一。水损害是我国高速公路路面主要的病害之一，特别是在南方高温多雨、潮湿地区，尤为严重。对于沥青路面，其主要表现形式有：坑洞、松散、唧浆、龟裂等等。其表现形式不同，表示水损害处于不同的阶段。一般南方多雨地区，当开始早现了甲期水损害，且没有及时养护的话，多则3～4a，少则1～2a，甚至1个雨季，就出现大面积的损害，导致路面结构的崩溃。因此对高速公路路面水损害的原因进行分析和防治措施的研究具有十分重要的意义，本文根据笔者多年的工作实践对高速公路水损害产生的原因和防治措施进行一些分析和探讨。
一、水破坏现象
在降水进入沥青面层后，视水的滞留位置而异，在大量高速行驶车辆作用下，可能产生以下几种不同的水坡坏现象。
(一)表面层产生坑洞；
降雨过程中，雨水会进入并滞留在表面层沥青混凝土的孔隙中。在大量快速行驶的车辆作用下，一次一次产生动水压力(孔隙水压力)使沥青从碎石表面剥落下来，局部沥青混凝土变松散，碎石被车轮甩出，路面产生坑洞。无论表面沥青是密实式还是半开式的，都曾产生过这类表面层水破坏——坑洞。
(二)表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和形变；
降水过程中，如自由水渗入并滞留在表面层和中面层内，大量快速行车使此两层内沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂、形变(下陷)和向外侧推挤，或产生坑洞。
二、高速公路路面早期水损害产生的原因分析
首先，必须明确的是，高速公路半刚性基层沥青路面的甲期水破坏速度很快，性质非常严重，是路面甲期破坏的主要因素。而导致这一现象产生并不是单一的因素能够引起的，而是多个因素共同作用的结果。简单的说，可以分为两种，一种是内因，一种是外因。
(一)内因
1、沥青混凝土本身的空隙率大，压实度偏小，现场实际空隙率较大，以及沥青混凝土不均匀造成局部空隙率更大；
2、沥青与碎石的粘结力不足；
3、我国的路面设计方法上习惯不考虑路面结构层排水和布设有效防水层；
(二)外因
1、降水量(在冰冻地区还包括冬季降雪)
降水次数多和降水量大，特别是降水延续时间长，自由水可能进入沥青面层或进入水泥混凝土板下的机会就多，自由水渗进沥青面层或进入水泥混凝土板的量就可能大。自由水进入沥青面层或水泥混凝土板下的机会多，产生水破坏的频率就大。自由水进入沥青面层或水泥混凝土板下的量大，水破坏就严重。
2、车辆荷载
在面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层的交界面上滞留自由水时，每一辆高速行驶的汽车通过时都会产生相当大的水压力和轴吸力。在交界面上的这种压力水会冲刷基层顶面半刚性材料中的细料，一次冲刷的量虽然很小，但上万次甚至几十万次冲刷的积累足以将冲刷下的细料形成灰白色浆(水泥稳定集料和石灰粉煤灰稳定集料基层)。载重货车通过时产生的水压力比小汽车或小货车通过时产生的水压力要大得多，也就较容易产生冲刷现象。每辆高速行驶的车辆通过时，轮下的压力会将轮下结构层中的水压挤，而同时车轮行驶速度较高时又产生相当大的轴吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面。在浆水唧出过程中首先是沥青混凝土中较大颗粒上的沥青膜逐渐剥落，沥青混凝土面层向下变形并形成网裂或很快形成坑洞。压力和轴吸力的反复作用还会使沥青混凝土孔隙中的自由水往返运动并促进沥青首先从较大颗粒上剥落，逐渐使沥青混凝土强度大幅度下降直至局部松散，正因为水破坏与大量车辆(特别是载重汽车)高速行驶密切相关，所以水破坏通常发生在行车道上。
三、沥青路面水损害的防治措施
前面介绍了水进入沥青面层后引起的路面各类早期水破坏现象。因此，就这种破坏现象的普遍性与严重性而言，必须从多方面进行考虑，并采取更多有效措施来解决路面甲期水破坏现象，使水破坏现象的出现降到最低，下面本人将介绍几种有效防治措施。
(一)沥青面层的各层均采用空隙率不大于5％的密实型沥青混凝土
我国已建成的高速公路沥青路面，多数有二层、少数有二层，从减水少破坏来讲，首先要从多方面考虑如何使水不容易侵入路面结构层。实践汪明，沥青面层结构中仅有一层是密实式I型沥青混凝土或仅设计一层沥青砂来防水破坏是远远达不到要求的。实际情况是沥青面层中哪一层空隙率大，一旦水进去，那一层就会产生水破坏。
因此，不管沥青面层是一层、二层还是二层，各层都应该采用密实或所谓的I型沥青混凝土，但专门设计的排水层不包括在内。抗滑表层也应该是空隙率不大于4％的密实型沥青混凝土，用密实式沥青混凝土来减少表面水透入面层结构。
美国AASHT01998年提出的SMA矿料级配草案，按标称最大料径区分为五种，即4.75NMAS、9.5NMSA、12.5NMAS、19NMAS、25NMAS。显然，后两种级配不是用做表面层的，而是用在中面层或底面层的。
欧洲SMA的标准草案，按矿料标称最大粒径分成10种，最粗的两种是D20和D22。前者标称最大粒径20mm，实际最大料径31.5mm；后者标称最大粒径22.4mm，实际最大粒径31.5mm，规定层厚40-70mm。显然，这两种级配也是用作中面层或底面层的，不是用作表面层的。
由上述可以看到，在欧洲和美国实际上也在考虑用粗集料级配沥青混凝土作面层的下层(磨耗层的下面)。
矿料间隙率VMA：SAC-13≥14.5％；SAC-16≥14％；SAC-19≥13.6％；SAC-26.5≥12.8％。
饱和度VFA：65％-75％，表面层65％-75％(夏季面层容易泛油地区的重交通高速公路)
马歇尔试验：SAC-13和SAC-16用膜简直径10.6mm的标准马歇尔试验仪，每面各击75次；SAC-19和SAC-26.5用膜简直径152.4罂大型马歇尔试验仪，每面各击112次。
空隙率3％-5％，生产配合比设计确定沥青用量时的空隙率为4％。
流值：20-40(0.1mm)
用真空法或用各级石料的表现密度和毛体积密度的平均值(矿粉、水泥或消石灰粉仅用表现密度)确定混合料的理论密度。用蜡封法测定试件的体积。
表中上部SAC-10、SAC-13、SAC-16已在高速公路上应用并取得良好的结果。SAC-19和SAC-26.5仅作中面层和底面层，也在高速公路上用过。
(二)提高沥青与矿料的粘结力要求
一旦水进入沥青混合料中，在快速重载车辆的作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青剥落现象，改善沥青混凝土水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。因此，建议对用做中面层和底面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级：对于用做表面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。对于用做表面层的沥青混凝土，通常要求用既耐磨又增高磨光值的硬质岩石料。
(三)路面结构中设排水层
上述两项措施中第一项是为了尽可能减少水渗入和透过沥青面层从而提高沥青混凝土的力学强度；第二项是考虑一旦水进入沥青混凝土内部后减少沥青剥落的可能性。采取了这两项措施后，是否还需要在路面结构中设置排水层(特别在南方多雨季节)，使水进得去出得来，本人认为是非常值得研究的问题。
首先，从我国沥青路面的早期破坏来看，往往表面水还没来得及渗透到中层或下层，表面层或(和)中面层就开始破坏。这是与水泥混凝土路面明显不同之处，水泥混凝土路面的水破坏只能是水到达基层顶面并产生冲刷唧浆后发生。因此，如果在较厚的沥青面层(如两层)下面设置排水层，在某些情况下在水还没来得及渗透到排水层前，上面的沥青混凝土层可能已开始破坏，排水层可能起不到明显作用。只有在沥青面层较薄的情况下，排水层才能明显地减轻，甚至消除水破坏。
本人在美国研究的一项关于不同类型基层上沥青混凝土路面使用性能比较的调查报告中发现，一旦水进入路面结构层后，最好的办法就是在面层底部(或底面层)设置多也隙沥青混合料排水层，使水能尽快排出路外。排水层宜直接铺到边坡面。必要时在处于土路肩内的排水层顶面用土工布保护，防止土颗料渗入排水层内部。
五、结束语
高速公路沥青路面水损害的产生原因很多，有设计、施工、管理等方面的原因，也有防排水设计、路面材料、路面结构设计等原因，防治相当困难。本文从综合各方面对路面早期水损害进行原因分析，并介绍水损害的防治措施。我国对路面水损害的研究还比较落后，更应该努力借鉴国外先进经验，认真找出沥青路面水损害的确切原因，因地制宜地采取处治措施。