第二节：道路的病害机理、影响因素及解决措施

一、沥青路面的水损害

沥青路面的水损害是指沥青路面在水的作用下，沥青逐渐丧失与矿料的黏结力，从矿料表面脱落，在车辆的作用下沥青面层呈现松散状态，以致集料从路面脱落形成坑槽。产生松散剥落的最大原因可能是由于沥青与矿料之间的黏附性较差，在水或冰冻的作用下，沥青从矿料表面剥落；产生松散剥落的另一种可能性是由于施工中混合料加热温度过高，致使沥青老化失去黏性。
水损害在我国的沥青路面早期损坏中属于最普遍、最严重的一种，其原因如下：
（1）发生时间短，许多工程在通车后的第一个雨季发生
（2）导致松散坑槽的面积大，在发生水损害的地方一般不会是偶尔的少数，而是成片相连。
（3）水损害发生的地域广，调查显示无论是在潮湿多雨的南方还是干旱少雨的北方均会产生比较严重的水损害。
（4）严重影响行车的舒适性和安全性，水损害形成的坑槽以及以后的修补均会导致路面的平整度下降。
（5）社会影响大，大量的坑槽和修补会给社会形成恶劣工程的负面影响。
近年来，我国沥青路面的水损害特别严重，其原因的多方面的，可以归纳为以下几种情况：
（1）沥青混合料的空隙率较大。出现病害路段的抗滑表面层大多采用Ⅱ型沥青混合料，剩余空隙率为6%-8%，按照压实度96%计，通车初期路面有10%-12%的空隙率，路面透水，车辆作用下形成动水压力，促使沥青与矿料的黏结力严重破坏；沥青面层的下面层也采用Ⅱ型沥青混合料，从表面渗下去的水及基层毛细管积聚的水都可能聚集在下面层的空隙中，造成饱和状态。
（2）中面层虽然一般采用密级配沥青混凝土，但最大粒径过大造成混合料离析，局部透水。
（3）使用了与沥青黏附性不好甚至很差的中性或者酸性石料，石料界面容易被水侵入，降低黏附性；也有的虽然使用了抗剥落剂，但效果不好，未达到目的。
（4）半刚性基层本身透水性很差，路面中渗入的水滞留在基层表面不能继续向下渗。
（5）许多路面没有考虑设置完善的路面内部排水结构，尤其是路边缘大都设置混凝土路缘石、浆砌护坡等，以致水沿着基层顶面渗流到路边缘以后无法排出。
（6）施工时压实不足或者离析等原因，使空隙率变大。
由于这些原因的综合作用导致目前我国许多沥青路面水损害破坏严重。造成沥青路面早期水损害的原因非常复杂，应该从各个方面进行分析，采取相应措施。其重点是解决混合料空隙率过大、路面渗水和排水设施不完善、压实度不足、沥青混合料抗水损坏能力不足、厚度偏薄等问题，并致力于从路面结构形式去解决。通过调查研究，可以把造成沥青路面水损坏的原因及防治措施归纳于表1-2

二、沥青路面的车辙

车辙是我国高等级公路沥青路面病害的主要形式。它除了影响行车舒适性外，还对交通安全有直接影响，例如车辆在变换车道时操作困难，车辙内积水即产生高速行车水漂或结冰，在气候条件恶劣时制动距离不足等。
在正常情况下，沥青路面的车辙有如下四种类型：
（1）结构型车辙；由于荷载作用超过路面各层的强度，使沥青面层以下包括路基在内的各结构层产生永久性变形，这种车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面呈V字形（凹形）。
（2）流动性车辙（或失稳型车辙）；在稳定较高的季节，经车辆碾压的反复作用，荷载的剪应力超过沥青混合料的抗剪强度，路面形成永久变形和塑性流动变形。这种车辙的特点是在车轮作用处下凹而两侧伴有隆起现象，构成W形车辙，且内外侧呈非对称形状。在弯道处还明显向外推挤，车道线及停车线因此可能成为变形的曲线。它尤其容易发生在上坡路段、交叉口附近，即车速慢、轮胎接地产生的横向应力大的地方。
（3）磨损型车辙；为解决冬季路面的抗滑性低的问题，使用埋钉轮胎形成的车辙，在北欧一些国家较为常见。
（4）压密型车辙。由于沥青路面本身压密造成的，是一种非正常的车辙，在国外较少发生，在我国却常见发生。其产生的主要原因是片面追求平整度，在降低温度后碾压，造成压实度不足。这种车辙的特点是只有轮迹带处下凹，也呈V字形或W形，但两侧没有隆起。这已经成为我国目前一个比较突出的问题。例如以沥青面层15cm计，压实度相差1%，即会增加1.5mm的车辙变形。由于施工要求的压实度一般为96%，压密到100%时即可产生6-8mm的变形。
在我国，由于目前基层基本上是半刚性基层，有较大的强度和刚度，基层和基层以下的变形极小，除基层施工不良外，结构形车辙很少。磨损型车辙在我国几乎是没有的。
沥青路面的车辙基本上都属于沥青混合料的流动性车辙。因此，为了延缓车辙的形成，应主要从提高沥青材料的高温稳定性着手。对这种车辙，可以说目前没有有效的维修方法，只有采用新的材料或将原有材料再生改造以跟换产生车辙的路面层次。压密型车辙主要依赖施工的质量控制，与施工工艺、施工技术有关。
沥青路面的高温性能，也就是高温抗车辙能力受到诸多因素影响，这些因素涉及材料、设计、施工及气候、荷载等方面（表1-3）。

三、沥青路面的裂缝

沥青路面的使用期开裂是世界各国普遍存在的问题。路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入的水份使基层甚至路基软化，导致路面承载力下降，产生唧浆、台阶、网裂，加速路面破坏。因此，提高路面的抗裂性能也是沥青路面的重要课题。
沥青路面上出现的裂缝，期成因各种各样，从表现形式看可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型。

1、横向裂缝

横向裂缝是指基本上垂直于行车方向的裂缝。按其成因不同，横向裂缝又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类。
非荷载型裂缝是横向裂缝的主要形式，在横向裂缝中占绝大部分。其形成原因复杂，可以是温缩裂缝、反射性裂缝、不均匀沉降裂缝、冬胀裂缝、施工裂缝（接缝或发裂）、构造物接头（伸缩缝等）裂缝、老化裂缝等。其中，最主要的是温缩裂缝和半刚性基层开裂引起的反射性裂缝。
沥青面层温缩裂缝大多数与行车道呈直角，线性平直，多发生在冬季气温降低的地区或易发生温度骤变的地区。当沥青面层中的平均温度低于其断裂温度时，或者说在降温过程中沥青面层的应力松弛性能降低，所产生的温度应力积聚超过其在该温度时的抗拉强度时，沥青面层即发生断裂。另外，当骤然降温（如南方高温天气突然降雨或北方寒流袭来）时，也会导致沥青面层的开裂。应指出的是，沥青面层的温缩裂缝经常是在温度应力的反复作用下，裂缝逐渐发展与扩张而形成的温度疲劳裂缝。
基层反射裂缝基本上也呈现直角，但是线形不一定顺直，它是由于半刚性基层先于沥青面层开裂，在荷载应力与温度应力的共同作用下，在基层开裂处的面层底部产生应力集中而导致面层底部在上方大体相对应的位置开裂，而后逐渐向上或向下扩展而使裂缝贯穿。半刚性基层的开裂通常由温缩或干缩引起，多数情况是在基层铺装后，由于未及时按规定进行养生或未及时铺筑沥青面层，使基层长期暴露在大气中，在降温和水分蒸发联合作用下而开裂；当然也可能在铺筑沥青面层后，路面在使用过程中，由于温度骤变，当基层内的日温差超过某一范围，致使其温度应力超过其抗拉强度而开裂。后者一般发生在沥青面层相对较薄且日温差较大的地区。
非荷载型横向裂缝一般比较规则，每隔一定的距离产生一道裂缝，其间距大小取决于当地的气温和路面各层材料的抗裂性能。间距短的可能为6-10m，通常为10-30m，长的可达100m甚至更长。气温高、日温差变化小、路面材料抗裂性能好的路段，一般间距较大且出现裂缝的时间也较晚。
荷载型裂缝使路面承载能力下降，强度不足以承担车辆荷载或者反复循环荷载作用引起的疲劳所产生的。由于路面结构设计不当、配合比不当、拌和不均匀、施工质量低劣，或者由于车辆严重超载，致使半刚性基层沥青路面在反复的交通荷载作用下，沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂。由于车辆荷载的作用，最初为细小的不规则的横向开裂，然后发展成为稠密的、互相联系的网状裂缝，也称为龟裂。裂缝首先在路面的底面发生，在车辆荷载的反复作用下，裂缝逐渐向上扩展至表面。

2、纵向裂缝

纵向裂缝产生的原因有多种；除了荷载作用过大，承载能力不足引起的纵向开裂外，还有沥青面层分路幅摊铺时施工纵向接缝没有做好产生的裂缝；路基压实度不均匀或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷而引起；轮胎破坏后轮毂在路面上行走造成的轮毂压裂在许多路上也常见。
“车辙裂缝”是另一类荷载裂缝。“车辙裂缝”的观点现在世界范围内受到重视，它最早是有日本的松野三郎提出的，其特点是裂缝发生在高速公路行车车道两侧轮辙带边缘，有沥青面层表面开始向下延伸。这种裂缝在车辙部位相当严重，但在跨线桥下、不见太阳的阴影下无车辙的部位裂缝消失，证明裂缝源于高温形成的车辙。

3、网状裂缝

网状裂缝是由单根裂缝发展而引起的，主要是因为路面的整体强度不足，尤其是基层强度过低；沥青在施工期间以及在长时期使用过程中的老化；路面开始出现裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，尤其是在融雪期间冻融的作用等。
路面裂缝产生的原因及解决措施见表1-4。