汪笑璇

（上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院有限公司廣州分公司 廣東廣州 510405）

引言

水泥混凝土道路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中，伴隨出各種病害現(xiàn)象，造成這些病害的原因有很多，其中一個(gè)重要的原因是水損害，把水進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層后產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象，稱為道路水損壞。重視水的存在和來(lái)源，認(rèn)識(shí)道路水損壞的實(shí)質(zhì)，以保障在道路設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)階段中，選擇更有效的防治措施，延長(zhǎng)道路使用壽命，提高道路的服務(wù)水平。在此結(jié)合作者的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，淺談分析道路水損害中水的來(lái)源及其水損壞的原因。

1 道路內(nèi)部水的來(lái)源及遷移動(dòng)力

研究水損害關(guān)鍵在于了解道路內(nèi)部水分的來(lái)源及水分遷移驅(qū)動(dòng)力。水分的來(lái)源大致可以分成以下幾種[1]：

（1）地表水，地表水主要有大氣降水、冰雪融化和人為作用（剎車?yán)鋮s水等），地面水進(jìn)入道面結(jié)構(gòu)層的途徑（通道）有：①水泥混凝土路面接縫填縫料，道面接縫一般采用嵌縫料密封，在使用中填縫材料經(jīng)受熱壓冷拉，易疲勞老化，出現(xiàn)裂縫和脫落開裂等現(xiàn)象，形成滲水通道。②路面和路基裂縫，路基裂隙形成原因主要是路基不均勻沉降和路面裂縫的延續(xù)發(fā)展。路面裂縫其形成原因復(fù)雜，一種是路基裂縫反射到路面上，一種是路面初凝過(guò)程中，因材料配合比不合適、施工不當(dāng)、基層對(duì)路面約束力及基層頂面裂縫等影響，產(chǎn)生微裂縫，在使用期間受靜荷載、動(dòng)荷載及溫度應(yīng)力的反復(fù)作用下，逐漸產(chǎn)生、擴(kuò)大和聚集混凝土微裂縫，最終眾多的微裂縫貫通成宏觀裂縫。③路面邊緣，浸濕道路兩側(cè)的臨空面，水分通過(guò)毛細(xì)和滲透作用向道路內(nèi)擴(kuò)展，進(jìn)入路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。④面層孔隙，特別是瀝青混凝土面層本身存在的空隙。

（2）地下水。地下水在遷移動(dòng)力作用下上升進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層中，根據(jù)地下水的形態(tài)，可將地下水分為氣態(tài)水、液態(tài)水和固態(tài)水，其中液態(tài)水又可根據(jù)與土粒的吸附程度分為結(jié)晶水、吸著水（強(qiáng)結(jié)合水）、薄膜水（弱結(jié)合水）、非結(jié)合水（毛細(xì)水和重力水）；結(jié)晶水和強(qiáng)結(jié)合水由于受土顆粒表面的吸引較大，類似固態(tài)水，在外部因素影響下很難發(fā)生遷移。地下水遷移的主要是液態(tài)水（弱結(jié)合水和非結(jié)合水）和氣態(tài)水。

水分遷移驅(qū)動(dòng)力主要有滲流作用、毛細(xì)作用、重力作用和溫差作用等，不同驅(qū)動(dòng)力對(duì)水分遷移的影響程度與道路所在地域、道路相對(duì)高度、透水性等結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。

（1）滲流力作用。主要分為垂直滲流力和側(cè)向滲流力。地表水主要是在垂直滲透力作用下，通過(guò)接縫填縫料、路面裂縫和路面邊緣等進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層；道路兩側(cè)的高水位地下水主要是在側(cè)向滲透力作用下向路面結(jié)構(gòu)層中滲流。滲流現(xiàn)象主要發(fā)生在山嶺重丘區(qū)的挖方地段、地下水位較高的路段、路表排水溝較淺或排水不暢的地方，道路縱坡平緩或零坡處、位于江河附近道路。

（2）毛細(xì)力作用，主要在粉細(xì)砂、粉土和粉質(zhì)黏土中產(chǎn)生。地下水、包氣帶水或上層滯水，在毛細(xì)力作用下不斷上升，浸潤(rùn)路基和路面。毛細(xì)力作用對(duì)道路濕度的影響程度，與毛細(xì)水最大上升高度和速度有關(guān)，毛細(xì)水上升高度和速度與土的粒度、密實(shí)度、類型、礦物成分、化學(xué)成分和含水量有關(guān)。

（3）重力作用，主要是指非結(jié)合水即自由水，在重力作用下自由流動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，沖刷帶走土中的細(xì)小顆粒，并溶濾土中的水溶鹽，產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)潛蝕作用。重力作用主要發(fā)生在中粗砂、卵礫石土等有較粗大孔隙處，可為自由水提供移動(dòng)通道。

（4）溫度差作用，溫度變化導(dǎo)致水的物理和化學(xué)性質(zhì)（粘度、密度、表面張力等）產(chǎn)生變化，影響土水勢(shì)。當(dāng)溫度梯度較大時(shí)，水分從土的高水勢(shì)（溫度高）向低水勢(shì)（溫度低）方向遷移，并積聚（或凝結(jié)）至路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部中。溫度差影響因素主要是外部氣候條件（氣溫、太陽(yáng)輻射狀況、風(fēng)速、風(fēng)向和蒸發(fā)等）和道面熱穩(wěn)定性。

2 道路水損害原因分析

道路水損害分為路面水損壞和路基水損害，下面從這兩方面分析：

圖1 道路水分遷移示意圖

2.1 水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損害[2]

（1）降低路面強(qiáng)度，水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，若排水不暢或積聚，造成路面結(jié)構(gòu)含水量過(guò)多，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度降低，長(zhǎng)期飽和甚至?xí)鸷图铀俑鞣N病害。

（2）沖刷路面結(jié)構(gòu)，在頻繁的重車輛軸載作用，路面結(jié)構(gòu)的自由水高速流動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖刷，特別是含細(xì)料較多的基層。反復(fù)沖刷作用，面層中的細(xì)顆粒剝落，形成剝落破壞現(xiàn)象；基層中的細(xì)料漿漸漸堆積，在外部荷載作用下，從裂縫和接縫處擠壓出來(lái)，形成唧漿現(xiàn)象。對(duì)于水泥混凝土路面，長(zhǎng)期唧漿作用最終造成板底脫空，打破混凝土板受力平衡，產(chǎn)生接縫間的錯(cuò)臺(tái)、下沉、斷板、甚至破碎。對(duì)于瀝青混凝土路面，長(zhǎng)期的剝落和唧漿作用將產(chǎn)生網(wǎng)裂、變形或坑洞等破損。

（3）路面板收縮變形，水泥混凝土路面板頂部與底部之間濕度的差異，產(chǎn)生濕度梯度，造成路面板斷面處體積變形率不一致，導(dǎo)致翹曲變形。

2.2 水對(duì)路基的損害[3]

水對(duì)路基的危害分為原始作用和繼發(fā)作用，原始作用表現(xiàn)為滲流潛蝕作用和改變路基含水率，降低路基土體強(qiáng)度；繼發(fā)作用主要表現(xiàn)誘發(fā)、增強(qiáng)或改變其他作用，特別是位于特殊土地區(qū)，地下水或路基含水量狀態(tài)的改變，會(huì)誘發(fā)特殊土的工程地質(zhì)災(zāi)害，黃土濕陷、鹽漬化、凍脹等是水的原始作用同其他作用和土體自身特殊性的共同結(jié)果。

（1）降低路基強(qiáng)度，含水量是影響路基土體強(qiáng)度的重要因素，水分經(jīng)各種途徑進(jìn)入路基內(nèi)部，或者因溫度變化造成地下冰層融化等，使得路基含水率增加，影響土體的壓實(shí)度和承載能力。特別是位于水敏感性高的黃土等特殊土分布區(qū)域，影響更大。路基土體含水量不均勻分布造成路基強(qiáng)度的不均勻，使路基局部產(chǎn)生差異沉降，產(chǎn)生各種路基和邊坡裂縫，以及路基或者邊坡的沉陷等病害，甚至造成路面破壞。

（2）鹽漬化，主要發(fā)生在氣候干燥的鹽漬土的區(qū)域，攜鹽含量高的地下水在毛細(xì)作用和蒸發(fā)作用下，上升并析出鹽分置路基中，路基土孔隙度增大，結(jié)晶粘聚力降低，透水性增加，以致路基土強(qiáng)度削弱，產(chǎn)生沉陷。

（3）凍脹，主要分布在季節(jié)性冰凍地區(qū)，充足的水分補(bǔ)給源和補(bǔ)給通道是產(chǎn)生凍脹必要條件。地下水在溫度差作用下，遷移至路面下的凍結(jié)區(qū)，構(gòu)成冰晶體和冰夾層，并伴隨體積的膨脹，造成道路局部隆起鼓包、開裂，甚至路面板的斷裂和錯(cuò)臺(tái)；春融時(shí)凍融界面土層達(dá)到飽和過(guò)飽和狀態(tài)，變的過(guò)濕和軟化，路面松軟、荷載作用下產(chǎn)生翻漿或沉陷破壞。

3 道路水損害防治措施

目前解決道路水損害的防治措施主要是分為以下幾個(gè)原理：減小水進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層的可能、提高道路抵抗水損害的能力、提高道路結(jié)構(gòu)排水能力。以下按照不同防治原理介紹常用的防治措施。

3.1 降低水進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層的可能性

對(duì)于路面，主要是減少水進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)層的通道數(shù)量。水泥混凝土路面中選擇性能優(yōu)良的填縫料，瀝青路面采用透水性小的密集配瀝青混凝土等措施，盡量避免路面產(chǎn)生各種接縫和裂縫。

對(duì)于路基，主要是加大路基工作區(qū)和地下水位的距離。人為抬高路基標(biāo)高，降低地下水位都屬于此種。降低地下水位主要是設(shè)置明溝、暗溝（管）、滲溝等排水設(shè)施。明溝的用途是阻攔和截引路塹邊坡上側(cè)或邊溝外側(cè)的上層滯水。暗溝（管）的用途是排除路基范圍內(nèi)的外涌泉水或地下水源。滲溝的用途收集地面以下流向路基的地下水，排至影響區(qū)范圍以外。

3.2 提高道路抵抗水損害的能力

提高抗水損害的能力主要是提高以下幾個(gè)方面結(jié)構(gòu)特性：提高水泥混凝土路面強(qiáng)度儲(chǔ)備，提高瀝青混凝土瀝青混合料的水穩(wěn)定性，采用抗沖刷性能高的基層，設(shè)置防水層和隔離層等阻止地下水對(duì)路基的浸濕和減小路基裂縫的反射。

3.3 提高道路結(jié)構(gòu)排水能力

應(yīng)用此原理主要的防治措施是設(shè)置路面排水設(shè)施，包括表面排水，內(nèi)部排水和設(shè)置排水面層。路面表面排水主要是設(shè)置路肩路面的橫坡、路面內(nèi)部排水主要是設(shè)置排水基層、防水層、路面邊緣排水系統(tǒng)（縱向邊緣集水溝、橫向排水管、反濾織物等）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)正確認(rèn)識(shí)道路結(jié)構(gòu)層中的水的來(lái)源和對(duì)道路結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)于預(yù)防和根治道路水損害有一定的指導(dǎo)作用，在道路設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)重視并剖析可能產(chǎn)生的水損害類型，并預(yù)估其風(fēng)險(xiǎn)，因地制宜的選擇合理有效的防治系統(tǒng)，控制施工質(zhì)量，防治水損害的發(fā)生。