論排水對公路使用性能的影響

1、論排水對公路使用性能的影響水是影響路基性能最為主要的環(huán)境因素，路基的失穩(wěn)和各種變形絕大多數(shù)都是地表水和地下水的沖刷、滲入或浸濕引起的。為了保證路基的穩(wěn)定性，提高路基的抗變形能力，必須采取相應(yīng)的排水措施。路基排水的根本目的是消除或減輕地表水和地下水的危害，是路基濕度狀況處于干燥或工程允許的范圍內(nèi)。常見的路基地面排水設(shè)備，包括邊溝、截水溝、排水溝、跌水和急流槽等，必要的時候還有渡槽。倒虹吸及積水池等。這些排水設(shè)備，分別設(shè)在設(shè)備的不同部位，各自的排水功能、布置要求或構(gòu)造形式，均有差異。路基及邊坡土體中的上層滯水，或埋藏很淺的潛水稱為地下水，當(dāng)?shù)叵滤绊懧坊访鎻姸然蜻吰路€(wěn)定時，應(yīng)設(shè)置暗溝、滲溝和檢查

2、井等地下排水設(shè)施。常用的路基地下排水設(shè)備有：盲溝、滲溝和滲井等，其特點是排水量不大，主要是以滲流方式匯集水流，并就近排除路基范圍以外。對于流量較大的地下水，應(yīng)設(shè)置專用地下管予以排除。路面表面排水的主要任務(wù)是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面積水而影響行車安全。排水失效對路面有著非常大的影響，經(jīng)常看見，一些道路在雨天經(jīng)常出現(xiàn)翻漿和坑槽等現(xiàn)象，這些都是由于長期的積水作用造成的。       影響路面的行車安全。當(dāng)排水失效時，路面會囤積大量的積水，在道路表面會形成一層水膜，一有車輛經(jīng)過，就會產(chǎn)生水霧，從而模糊駕駛員的視線，給

3、駕駛員的安全駕駛帶來一些阻礙。如果氣溫較低，那么水膜就會結(jié)冰，冰比較光滑，當(dāng)車輛駛過時，汽車輪胎與地面之間的摩擦力會變小，所以導(dǎo)致汽車輪胎容易打滑，從而大大地提高了車禍的發(fā)生率。當(dāng)?shù)缆飞系乃Y(jié)成冰時，駕駛員會降低行車速度，這就會導(dǎo)致城市出現(xiàn)堵車現(xiàn)象嚴重，給駕駛員和乘客的心理造成一定的不耐煩。     影響路面的質(zhì)量。當(dāng)路面由于施工不過關(guān)的因素留有一些縫隙時，路面的積水會通過縫隙滲透到道路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果道路的瀝青混合料長時間受到自由水的浸泡，那么就會使得碎石和瀝青之間的粘附性降低。再加上溫度的脹縮作用和道路的負載作用，碎石會與瀝青逐漸地分離，從而使得瀝青

4、混合料變得松散。瀝青混合料中的碎石在剝離之后，會由于道路的負載作用，與道路基層出現(xiàn)撞擊，從而使得道路基層土質(zhì)部分變成稀漿，然后通過裂縫滲透出來，這樣路面就會出現(xiàn)網(wǎng)裂、翻漿、坑槽等現(xiàn)象，導(dǎo)致行車的舒適度降低。影響路面的穩(wěn)定性。由于排水失效，導(dǎo)致大量的積水在道路表面集聚，這些水會在道路表面形成流動水，當(dāng)滲透到一定的深度之后，流動水會沿著道路的兩側(cè)進入路基的內(nèi)部和路面的結(jié)構(gòu)層。如果長時間使路面和路基浸泡在水中，那么就會使得路面在車輛的負載作用下發(fā)生沉陷，從而導(dǎo)致路面的支撐作用下降、路面的穩(wěn)定性下降。  排水失效不僅會對路面產(chǎn)生一定的影響，而且還會對路基產(chǎn)生一定的負面影響。如果路基長期地浸泡

5、在水中，那么路基內(nèi)部的土體就會軟化，從而導(dǎo)致翻漿和塌落現(xiàn)象的發(fā)生。除了這些影響之外，路基還會出現(xiàn)凍脹、滑坡、濕陷等現(xiàn)象，改變路基土層受力情況和土質(zhì)濕度，使得路基的土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響，從而破壞路基的穩(wěn)定性。加劇道路路基的濕陷現(xiàn)象。路基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在積水的作用下，會削弱路基內(nèi)部土壤的粘結(jié)強度，使得路基內(nèi)部的土壤層聯(lián)結(jié)作用變?nèi)?，從而使得路基的負載能力降低。在長期的積水作用下，路基土壤中的礦物顆粒會保持一種運動狀態(tài)，然后將土壤內(nèi)層結(jié)構(gòu)進行重新排列。在這種情況下，路面的負載情況和路基內(nèi)部的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的變化，土壤的附加壓縮會變大，從而出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。因此積水下滲是導(dǎo)致路基濕陷的主要原因，其主要是通過

6、作用于路基土壤，使其發(fā)生一系列化學(xué)變化和物理變化，而導(dǎo)致路基土層受到破壞的。當(dāng)路基出現(xiàn)濕陷時，路基的土層之間會形成縫切割，所以道路的路基結(jié)構(gòu)會受到一定的影響，穩(wěn)定性也會大大地降低。導(dǎo)致路基滑坡 在地下水和路面積水的雙重作用之下，如果路基處在天然的山坡坡積層上，那么路基的坡積層就會加速活動，從而導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，排水失效還會導(dǎo)致地下水的滲透壓力增大，使得路基的穩(wěn)定性降低。導(dǎo)致路基凍脹在冬季溫度比較低時，排水失效會使得沒有及時排除的積水進入到道路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路基的內(nèi)部出現(xiàn)水分凍結(jié)現(xiàn)象，形成一層冰夾層和冰晶體。當(dāng)氣溫逐漸回升時，土層里面的冰層會逐漸地融化，使得地基內(nèi)部土壤變得濕

7、潤和軟化，然后與地下水共同作用，導(dǎo)致路基出現(xiàn)深層脹漿，從而導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性下降。導(dǎo)致路基變形地下水和路面的滲水會使得路基中土層含水量發(fā)生改變，導(dǎo)致路基出現(xiàn)變形。如果路堤的構(gòu)成為粉土和粘性土，那么積水對路基的作用就會變得更加明顯。因此，在路基受到積水作用的侵蝕時，土層的含水量將會飽和，土壤的抗剪強度將會降低，穩(wěn)定性也會受到一定的影響。        可見，排水失效會對道路路面和路基造成不同程度的影響，要延長道路的使用年限，提高道路的質(zhì)量，就必須加強道路的排水設(shè)計。路堤和路塹的濕度狀況對邊坡穩(wěn)定性起著重要的作用。路堤和

8、路塹的濕度越大，路堤和路塹中水的含量就越多，那么土體的流動性就越大，導(dǎo)致路堤和路塹邊坡不穩(wěn)定。近幾年來，隨著國家對高速公路建設(shè)投資力度的加大，我國的公路工程建設(shè)十分迅速。瀝青混凝土路面以其力學(xué)強度高、行車平穩(wěn)舒適、噪音低、施工期短、維修方便等眾多優(yōu)點越來越受到青睞，我國90%以上的路面為瀝青混凝土或改性瀝青混凝土路面。但大部分高速公路在建成通車后不久，短的幾個月，長的不超過兩年，就出現(xiàn)了水損害破壞。瀝青路面的這種早期水損害，既是我國高速公路瀝青路面最嚴重的病害之一，也是一個世界性的難題。因此研究高速公路瀝青路面水損害機理及防治措施顯得非常必要，并具有重大的現(xiàn)實意義。按照其形成過程的不同，可以分

9、為自上而卞的表面層水損害和自下而上的水損害，下面分別對這兩種水損害類型加以闡述和說明。自上而下表面層水損害。許多初期的路面水損害都是從上往下發(fā)生的，它往往局限于在表面層發(fā)生松散和坑槽，如果及時維修，路面性能可以很快恢復(fù)。在降雨過程中，雨水首先滲入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中。當(dāng)下層的瀝青混和料密水性好，且瀝青層層厚較大，向下滲透比較困難，在大量高速行車的作用下，反復(fù)產(chǎn)生的動水壓力逐漸使瀝青從集料表面剝離，局部瀝青混凝土變得松散，碎石被車輪甩出，路面產(chǎn)生坑槽。這種水損害是國際上通稱的經(jīng)典的水損害，它是一個水使瀝青膜從集料表面脫落，失去附著力的過程。水損壞的先決條件是水的存在，同時存在外力作用

10、環(huán)境。汽車荷載的壓應(yīng)力和高速行駛產(chǎn)生的真空吸力形成剪應(yīng)力的反復(fù)泵吸作用，使瀝青膜從剝離發(fā)展到松散、掉粒、坑槽。損壞的進程與荷載的大小、頻度有關(guān)。在初始價段，集料與集料之間發(fā)生剪切滑移，伴有瀝青膜移動和脫離，當(dāng)剪應(yīng)力超過瀝青與集料之間的粘附力導(dǎo)致附著力喪失，這個過程很短暫，一條公路在長時間干燥少水的情況下可以穩(wěn)定的使用，一旦有充足、大量的水從裂縫和大的孔隙中迅速滲入并達到飽和，經(jīng)行車反復(fù)泵吸就很快造成瀝青膜剝離的環(huán)境，并形成表面型坑槽。自下而上水損害。當(dāng)表面的水從裂縫和孔隙較大的裂隙中進入路面。當(dāng)瀝青路面存在薄弱環(huán)節(jié)，例如由于離析造成上下有連通的孔隙，水在這些地方比其它地方更容易進入路面內(nèi)部，并

11、很快進入到基層表面。由于半剛性基層過分致密，不能迅速將水排除時，水滯留在瀝青層和基層的界面上，在汽車荷載的作用下，下面層瀝青混和料的粗集料對基層造成損傷，并形成灰漿。如果基層表面存在薄弱，如鋪筑瀝青層前就有浮灰、修補的薄層等：遇水很快就成為灰漿，灰漿從上下連通的孔隙中被荷載擠出，成為唧漿。通過唧漿部位可見，開始發(fā)生唧漿的孔一般都很小，肉眼看只有1-2cm，被擠出的灰漿可能噴射到數(shù)米以外，尤其是有重載車高速通過時，這種集中的沖擊力很大。在發(fā)生唧漿的路段，兩側(cè)的護欄幾乎都被泥漿所污染。與此同時，瀝青層和基層的界面條件惡化，可能很快轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒咏缑鏃l件，瀝青層底部承受很大的拉應(yīng)力，反復(fù)荷載的疲勞作用同

12、時發(fā)生，并發(fā)生拉應(yīng)力超過極限而開裂。下面層的公稱最大粒徑較大，離析也比較嚴重，并存在一些孔隙較大的部位。水在孔隙中承受很大的高速汽車荷載的抽吸作用，孔隙率較大的下面層將很快出現(xiàn)瀝青從集料表面剝離，瀝青膜逐漸被水乳化而喪失，集料松散，這種情況逐漸向上發(fā)展，最后頂破表面，成為坑槽。這種水損害多發(fā)生在雨季、季節(jié)性冰凍地區(qū)的春融季節(jié)，有時一場幾天的大雨就導(dǎo)致嚴重破壞。水損壞之初一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿(唧漿)，然后松散成坑槽。發(fā)生水損害的地方一般是透水較嚴重且排水又不暢的部位，如挖開可見下面有積水或浮漿。一般情況下行車道破壞嚴重，超車道沒有破壞，顯然與重車、超載車有關(guān)。瀝青路面水損害預(yù)防措施。通過

13、對瀝青路面水損害的機理分析，我們知道造成水損害的主要原因是水，但由于水損害產(chǎn)生的數(shù)量及速度與瀝青混凝土密實度及空隙率大小、瀝青與粗集料的粘附力大小或有無使用抗剝落劑、交通量大小及重(超)載車輛的多少也有一定的關(guān)系，所以，有效防治水損害發(fā)生，應(yīng)從以下幾方面考慮。合理設(shè)計，健全道路防、排水系統(tǒng)。降落或匯流到中央分隔帶或路肩上的雨水，會下滲進入分隔帶或路肩部分的土體中，并會沿路面邊緣側(cè)向滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，甚至?xí)B透侵入路基內(nèi)，而影響到行車道路基路面的穩(wěn)定。另一方面，路表水和滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，都要通過中央分隔帶或路肩向外排泄。因此，設(shè)置好分隔帶和路肩的防、排水設(shè)施，是防治高等級瀝青路面雨水侵滲破

14、壞的一個重要方面。設(shè)置下封層可有效阻止水分向基層及其以下侵滲。對于高等級半剛性基層瀝青路面，盡量考慮設(shè)置下封層，改變以往那種靠澆灑透層瀝青兼起防水作用的不正確的做法。由于這類路面一般情況下采用半剛性材料穩(wěn)定碎石基層，基層頂面往往存積粉塵，很難清掃干凈而完全露出碎石。透層瀝青可以滲入碎石間隙，但在粉塵上無法牢固粘結(jié)，施工車輛行駛時會出現(xiàn)起皮和卷帶，致使透層不完整，起不到防水作用。下封層可采用拌和法或?qū)愉伔ㄊ┕さ膯螌邮綖r青表面處治，也可采用乳化瀝青稀漿封層等。控制瀝青路面空隙率，防止或減少水分進入內(nèi)部。據(jù)有關(guān)研究表明，當(dāng)路面實際空隙率為7% 一14%時，水容易滲入瀝青混合料內(nèi)部，并在行車荷載作用下

15、產(chǎn)生較大毛細壓力而形成動力水，是發(fā)生水損害的最危險孔隙率，而4%5%的空隙率就認為是不透水的，也就是說與水損害無關(guān)；大于12%的空隙率，水很容易流走，但必須要設(shè)置排水的結(jié)構(gòu)層。據(jù)美國戰(zhàn)略公路研究計劃的調(diào)查，瀝青路面最合理的殘留空隙率為4%。所以必須提高對空隙率重要性的認識，迅速改變因片面追求平整度和擔(dān)心構(gòu)造深度而忽視對空隙率控制的現(xiàn)象。提高瀝青與集料的粘附性，提高集料之間的粘結(jié)力。提高瀝青與集料的粘附性和抗剝離性能，是很久以來道路和瀝青制造部門共同研究的課題。例如用一部分石灰、水泥代替礦粉，或在瀝青中添加少量環(huán)烷類高分子有機酸，可以改善瀝青與集料的粘附性。尤其是添加鈣、鉛、錳等各種類型的金屬皂

16、，能夠有效地提高瀝青與集料的粘附性。近年來，隨著表面化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，各種表面活性材料的開發(fā)，使各種抗剝落劑應(yīng)運而生。添加抗剝落劑能改善和提高瀝青混合料抗水損害能力，但抗剝落劑(液體和石灰添加劑)對集料和瀝青有選擇性。因此，不能輕易得出某種抗剝落劑不好或是劣質(zhì)產(chǎn)品的結(jié)論，應(yīng)通過周密的試驗設(shè)計來進行篩選。石灰是一種很有效的抗剝落劑，但使用比較困難。提高施工質(zhì)量。施工前原材料的選用必須規(guī)格、均勻，配合比設(shè)計必須嚴密，而且注意防止集料的污染。在施工過程中必須注意瀝青混凝土拌合的均勻性以及攤鋪的寬度，防止粗細集料離析。嚴格控制瀝青混合料拌合溫度、出場溫度和碾壓溫度，混合料拌合溫度過高容易造成瀝青老化，瀝青與集料的粘附性也會明顯降低，嚴重時會造成面層局部色澤不一致或路面過早老化破壞等現(xiàn)象。據(jù)國外有關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明，瀝青混合料的溫度低于90 ，實際上已不可能再被進一步壓實。再者，盡量通過使用高效配套的碾壓設(shè)備、增加碾壓遍數(shù)等提高壓實度以減小空隙率，空隙率大的位置滯留水越多破壞現(xiàn)象越嚴重?？傊坊?、路面的強度與穩(wěn)定性同水的關(guān)系十分密切。路基、路面的病害有多種，形成病害的原因也有很多，但水的作用是主要因素，