城市沥青路面损坏分析及路基处理措施

马剑飞

秦皇岛市地方道路治理处

摘 要：依靠某城市沥青道路，分析其路面损坏情况和使用情况，对车辆超载、路面结构问题以及非平均性沉降等路面损坏的原因进行了总结，通过建模分析，找出路基层面的路面病害发生机理，验证了路面损坏的必定性，并提出不同情况下的路基处理措施，旨在从路基层面最大限度幸免城市沥青路面损害。

关键词：沥青路面损坏;路面病害;路基处理;

0 引言

在我国，沥青道路是城市道路类型中较为常见的一种，公路在经过几年的使用后，沥青路面往往会出现各种损坏现象，影响城市道路的正常使用及行驶安全。目前，关于沥青道路理论和试验的研究较多，如沙庆林等[1]系统地研究了柔性与半刚性组合基层的沥青路面，对其早期损坏现象进行归纳总结，分析了相应的内外原因，并在此基础上提供了一些对策，主要包括以密实沥青混凝土充填各层间隙、使用与沥青结合优良的矿料、将压实的操纵标准进行提高以及补充设置排水措施等。沈金安等[2]针对某条高速公路的早期损坏问题，对其解决方法进行了技术探究，在研究总结损坏特点、成因的基础上，着重阐述了对应的防治方案，并总结出相应的早期损坏的主要原因，主要包括路基结构密实度不够、间隙大、排水设施落后、沥青混合料抗水性能差以及厚度不足等。

本文在既有研究[3,4,5,6,7]的基础上，依靠东部沿海某城市的滨海新区沥青道路建设案例，分析其主要的病害现状，并分析了相应的主要原因，在各种原因中，总结较为关键的路基处理措施，为城市沥青道路的分析研究提供参考。

1 工程概况

某城市滨海新区交通条件优良，基础设施齐备，但其地区地下水位较高，且大多为腐殖质土含量较高的软土，地基综合承载力较低。在该滨海新区开发伊始，各种建设工程较多，沿途重载车辆往复行驶，导致超载现象频繁，使路面出现“今年修、明年坏”的不良局面，改进当地的交通条件成为首要课题。

2 沥青道路路面损坏类型及原因分析

基于对该城市沥青道路路面损坏现状的调查，将当前该城市沥青路面的以下几类主要的损坏类型及相应的原因总结如下。

2.1 水损坏及原因分析

(1）表面层产生坑槽时，降水能渗入表面层，但难以连续渗透到下方路基，因此，这些渗水残留在路面层之间，受路面上大量行车荷载的作用，产生了相应的动水压力，促使沥青剥离开集料，而其中的碎石亦被挤压脱落，从而在路面处形成坑槽，如图1所示。

图1 沥青路面坑槽 下载原图

(2）半刚性基层是一种渗水性很差的材料，水渗透进入半刚性基层顶部时，与前述一样，将滞留在面层和基层之间，受路面行车荷载作用，基层细骨料被冲刷剥离，成为灰白色泥浆，随即该泥浆被车辆挤压，从路面的各种裂开的缝隙中通过压力被挤出，形成唧浆。

原因分析：沥青路面早期水损坏的形成原因很多，包括材料、设计、施工、养护等方面，需一一进行分析并采取措施，解决一系列问题，诸如混合料的孔隙率大、路面渗排水装置不足、压实度不够以及抗水损坏性能弱、厚度较小等，改善路面结构。

2.2 变形及原因分析

(1）在交叉路口、匝道等位置，行驶的车辆经常刹车与启动，使路面承受水平剪力很大。在高和气水平剪力作用下，高温稳定性较差的沥青混合料会产生波浪形的推挤变形。

(2）对于没有实行渠化交通的沥青路面，基本没有明显的车辙，但高速公路与城市主干道等实行渠化交通后，车辙问题逐步成为主要的病害。

原因分析：该路面的变形一般为路面的局部凹陷，其主要原因是地基未充分固结或施工时压实度不够等造成，在车辆荷载作用下，发生不平均沉降，继而引起路面结构的局部或大面沉陷。一般情况下，此种沉陷出现后，结构性破坏经常随之产生。

2.3 裂缝及原因分析

(1）纵向的裂缝一般发生车道边缘，距离路边约4m位置，方向为平行于道路行驶方向。其成因一般是地基的变形或不平均沉降所致，当路面承受荷载过大时，也会造成纵向裂缝的产生，并伴有网裂现象，见图2。

图2 沥青路面的网裂现象 下载原图

(2）横向裂缝包括温缩裂缝和半刚性基层沥青路面的反射裂缝。温缩裂缝属于目前尚无法幸免和根治的裂缝，从某种意义上来说，是一种正常的力学现象。

原因分析：车辆行驶时，促使路面存在较大荷载，而沥青路面在温度较高时抗剪能力减弱，当荷载引起的水平力大于材料的抗剪强度时，则会沿着车辆行驶方向产生拉裂或剪切破坏，从而形成裂缝。此外，城市沥青路面所处环境相对温度较高，路面内部的游离水分易挥发散失，使混合料的级配出现搭配不均现象，易导致应力集中，拉应力过大而形成裂缝。

2.4 表面磨光泛油及原因分析

在行车轮胎的作用下，路表外露的集料颗粒表面变光滑，同时沥青混凝土表面出现过多沥青，该现象即为磨光泛油。

原因分析：沥青面层的抗滑性能主要取决于两个方面，即碎石的纹理情况其决定了摩擦力和面层构造深度。车辆在低速与高速两种情况行驶时的摩阻力分别由摩擦力和面层构造深度决定。一般在高温夏季，沥青混凝土内部的沥青自由成分受大型车载所压，会逐步上移，或沥青从黏结料中被剥离后上移，均会造成泛油，其根本原因是沥青含量过多、孔隙率过大等。

3 路基层面的路面损坏发生机理

本工程路面结构的水损坏、变形、裂缝以及磨光泛油等，均与路基层面存在的问题有关，因此，本次沥青路面病害的核心关键是路基层面的分析与处理。为此，对本工程的中、外环线进行关于路基沉降的量测，发觉沉降值中环约为15～30cm，外环约为8～20cm。其中，两者的不平均沉降均较为严峻，外环尤其大，差值最大达到了12cm。

路基不平均沉降后，一般会产生附加应力，其表现为沥青面层的压应力，而拉应力则表现在基层内部。路面结构的破坏，一般发生在该附加应力与荷载应力的总应力大于路面结构的强度的情况下。本文建立软土路基的路面结构示意图3与分析模型图4，以阐述该附加应力的产生机理。

图3 软土路基上路面结构 下载原图

图4 软土路基沉降模型 下载原图

运用上述的软土路基模型，通过相应计算，得出横向沉降值可由下列公式表示：

式中：δ为最大沉降差值，其为路基中心与边缘的标高值差值；L为路基的中心位置距离路基边缘位置的长度。横坐标x表示路基中某一点到路基中心位置的距离，y表示该点所在位置对应的沉降值。根据该模型，利用路面应力分析程序对结构层之间的应力状况进行计算。

本次路面结构包括沥青混凝土面层，粉煤灰石灰土以及石灰土等，各层结构的厚度分别为13cm+30cm+15cm。路面总宽度尺寸为26m。则根据不同的沉降差值条件，可得出沥青路面的应力结果。根据计算结果可知，附加应力于面层处体现为受压，而在基层位置则体现为拉应力。粉煤灰石灰土在车辆作用下的拉应力为0.06MPa，其相应弯拉强度为0.511MPa，因此两者之和（0.06+0.511）已经超过路面的0.5MPa强度要求。由此可知，本项目中环、外环的沉降差值早已大于7cm，因此基层开裂是必定的。

综上所述，当路基出现不平均沉降时，往往会导致路面面层发生开裂，继而在汽车载荷作用下，细小裂缝逐步扩大形成网状相连，局部表现为水损坏，而更大范畴内则可能表现车辙变形、横纵向裂缝以及磨光泛油等。

4 各种路基段处置措施

该工程所在城市的整体地面标高较低，水池河塘分布较广，且软土地质的表现形式主要为污泥或污泥质黏土，一般厚度可达8m左右。由上述分析可知，城市沥青路面的水损坏、变形、裂缝及磨光泛油等均与路基层面紧密相关，因此，必须对城市中各种地段的路基采取一定的处理手段，从而最大限度幸免各种路面病害。

4.1 水塘、沟渠段的路基处理

(1）抛石挤淤法。当所在路段的水池或河塘面积较大，难以围堰抽取干净水体时，抛石挤淤法便应运而生。在具体操作时，应将所抛石块高出水面近20cm，之后再填筑直径10cm左右的小碎石，再铺筑一层土工格栅，接着依次填筑粒径20cm左右的碎石和土工格栅满铺，最后填充预拌灰土约20cm厚度。对于水塘、沟渠等路段，充分利用抛石挤淤法和土工格栅类加筋垫层，可在降低不平均沉降的基础上，降低操作难度，实现施工效益。

(2）清淤加筋垫层法。相较于抛石挤淤法，清淤加筋垫层法的施工成本更低，但其适用范畴有限，仅针对河塘不深的情况，此时可采取大坝抽水后再进行清淤处理的措施。通过清淤，再铺筑加筋垫层，可一定程度上提高承载力，接着可满铺土工格栅、石料以及填充碎石等，与前述相同，最后再满铺土工格栅一层并填充预拌灰土约30cm厚度。

(3）部分清淤加筋垫层法。对于部分水深较深而部分区域又较浅的情况，可综合上述两种措施，否则全部进行清淤加筋处理的费用将很高。对于污泥非常厚的地方，可在抽水后不清淤或仅是小部分清淤的手段，然后直接铺筑土工格栅，将两层竹笆填筑其上，再填筑大粒径的碎石等。此种方法结合了土工格栅和竹笆的强度和刚度优势，互相补充，在提高路基承载力方面，现场的试验路段效果非常好。因此，部分清淤加筋垫层法在合适的条件下应用时，可节省相当大的投资，本工程每公里节省费用为300万元。

4.2 桥头路基处理

在桥头路基段，一般呈现沉降盆的不良变形表现，其特点为中间变形大，两侧变形小。因而，在进行复合地基设计时，可将边坡区域的置换率设置成比路基下面置换率偏小的方法。同时，考虑桥头工后沉降差的存在，可适当设置过渡段来进行引导，适应车辆行驶。为节省造价、实现桥头线形的合理过渡，保证工后沉降符合设计要求，在地基设计时，应采取分区加固方法。其中桥头路基采纳挡墙形式时的加固段分区见图5。

图5 复合地基剖面示意 下载原图

5 结论

本文依靠某城市滨海新区的沥青路面损坏案例，分析了相应的路面损坏类型、成因和各种路面病害的路基层面的发生机理，并详细介绍了能够幸免或预防沥青路面出现损坏的路基处理措施，总结了各种方法的技术优势和适用性，主要得出以下几点结论：

(1）该城市的地下水位标高较高，其中的毛细水上升作用明显，为幸免该不利条件，建议增设40cm的碎石垫层，具体位置宜位于灰土处理层下方，在该碎石垫层下方建议再另行铺筑一层大拉力的土工格栅。

(2）当路段经过水池或鱼塘时，应考虑抛石挤淤法和清淤加筋法的综合优势，建议的措施为部分清淤加筋垫层处理。

(3）在桥头路段的路基的处理，采取复合地基的分区设计方法是实现合理过渡的有效方法。

参考文献

[1] 沙庆林.高速公路沥青路面早期损坏与对策[J].长沙理工大学学报（自然科学版），2006,3(3):1-6.

[2] 沈金安.解决高速公路沥青路面水损害早期损坏的技术途径[J].公路，2000(5):71-76.

[3] 姚志.城市道路工程沥青路面损坏原因及热再生技术的应用[J].建材进展导向（上），2020,18(5):166.

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