半剛性基層瀝青路面裂縫處治措施研究

楊 洋

（四川通惠公路勘測設計咨詢有限公司，四川 巴中 636000）

0 引言

近年來，我國交通網絡不斷完善，公路工程的建設規模也日益擴大。經調查可知，國內道路的路面結構層大概80%以上均為瀝青混合料路面，而瀝青路面大部分是采用半剛性基層。半剛性材料屬于脆性材料，溫縮變形大、容易開裂，隨著交通量和運營時間的不斷增長容易出現各種形式裂縫，進而誘發路面病害，降低路面適用性能，影響行車安全性和舒適度[1]。很多工程技術人員在開展瀝青路面裂縫病害處置時，主要采用工程類比法或當地處治經驗，使得處治方案偏于保守、費用過高。因此，研究半剛性基層瀝青路面裂縫處治措施是十分必要的。

1 半剛性基層瀝青路面裂縫類型及產生機理

1.1 路面裂縫類型

公路在運營期間，由于溫濕度變化、降雨、車輛等外部荷載原因，可能導致瀝青路面出現一定程度的損傷。根據損傷原因不同，瀝青混合料路面可能出現各種類型的病害形式，其中，裂縫是半剛性基層瀝青路面最常見病害[2]。

根據裂縫的特征，可將其劃分成橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、網狀向裂（龜裂），其中橫向裂縫一般是垂直于車輛行駛方向，按照裂縫寬可分成輕度和重度，前者較細（小于3mm），裂縫沒有剝落現象或輕微剝落，后者裂縫較寬（大于3mm），裂縫剝落明顯；縱向裂縫是平行于車輛行駛方向，按照裂縫寬同樣分成輕度與重度，前者裂縫散落程度低，支縫數量少，后者支縫數量多；網狀裂縫通常是由多條的橫向裂縫與縱向裂縫相互交錯而成。

1.2 路面裂縫產生機理

半剛性基層瀝青路面的裂縫根據發生機理能分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類[3]。

低溫收縮裂縫出現機理是瀝青受溫度影響大，在冬季氣溫較低，導致瀝青應力松弛無法抵消溫度應力地持續增長，當溫度應力大于瀝青混合料抗拉強度，路面則可能出現橫向裂縫。反射裂縫主要是因為瀝青混合料路面所處的外界環境溫度驟降后，基層材料（如水泥穩定土、石灰穩定土、二灰土等）會大幅度收縮，使得瀝青面層產生較大拉應力，導致裂縫出現或增大原有裂縫。同時，反射裂縫還會受應力疊加效應的影響，加劇裂縫處應變，使裂縫寬度增加；荷載裂縫產生機理是在反復車輛荷載作用下，路面結構層產生的拉應力超過瀝青混合料容許拉應力，從而使面層出現荷載裂縫，荷載裂縫一般為縱向裂縫。荷載裂縫的拉應力分布形式如圖1 所示：

圖1：荷載裂縫拉應力分布形式

2 半剛性基層瀝青路面裂縫檢測

各種形式的裂縫是引起半剛性基層瀝青路面使用性能衰減的直接原因，同時由于路面裂縫產生機理的復雜性，也使得路面裂縫的檢測難度加大。常用的路面裂縫檢測方法有自動檢測設備和人工檢測兩種[4]。

2.1 自動檢測設備

瀝青路面裂縫的自動檢測設備包括有超聲波、探地雷達、CCD 攝像機等，其中超聲波法是利用超聲波傳感器來接收路面反射超聲波以判斷路面是否存在裂縫，但其分辨率和動態響應范圍較小，應用存在局限性；探地雷達是通過高頻電磁波的發射與接收來識別路面裂縫，但是難以獲得裂縫的定量參數；CCD 攝像機是用于瀝青路面裂縫檢測的最廣泛方法之一，該方法是利用圖像采集卡高精度捕捉路面圖像，再對裂縫圖像進行后處理。

2.2 人工檢測

人工檢測方法需先量出路面上縱向、橫向、網狀、塊狀裂縫的尺寸，計算出裂縫面積，則裂縫面積與路面總面積的比值等于路面破損率DR，再根據DR 就能得到路面狀況指數PCI 值[5]，計算公式如下：

式中的破損面積可參考《公路工程技術狀況評定標準》（2018）中的指標來確定，如表1 所示：

表1：瀝青路面破損權重系數

3 半剛性基層瀝青路面裂縫處治

3.1 工程概況

為了提高半剛性基層瀝青路面運營壽命，技術人員應在理解裂縫病害機理的前提下分析了其處治時機和處置措施。文章以某公路項目為研究對象來分析路面裂縫的處治，該公路全長12.8 公里，建設標準為雙向四車道一級公路，路面類型為瀝青混合料路面，結構層總厚度為74cm：上面層5cm（AC-13C）+7cm 下面層（AC-20C）+SBS 改性瀝青封層+20cm 基層（5%水泥穩定級配碎石）+20cm 底基層（4%水泥穩定級配碎石）+20cm 級配碎石功能層。經調查，該路段在運營期間出現了大量單一的縱橫向裂縫，單一縱橫向裂縫主要因基層疲勞開裂和低溫收縮開裂反射至面層所致，隨著病害進一步發展，縱橫向裂縫變密集，逐漸出現分支裂縫，導致成片的的裂縫交叉連接便形成塊狀裂縫，病害繼續發展，裂縫進一步密集，使得基層破碎、松散，路面結構強度喪失，最后便發展成嚴重的龜裂。

3.2 路面裂縫處治時機確定

選擇合理的處治時機，是半剛性基層瀝青路面處治的關鍵問題之一。裂縫處治時機過早，容易造成資源浪費；裂縫處治時間過晚，路面使用性能難以恢復。目前，瀝青路面裂縫處治時機的確定方法主要是采用“路況評級法”[6]。

路況評級法指的是利用PCI 來表示原瀝青路面結構特性和行車安全性、舒適度等，并構建出路況等級、PCI 值和處治決策之間的關系。隨著公路運營時間的增加，瀝青路面使用性能會出現一定程度的劣化，其PCI 值也不斷減小。當瀝青路面質量下降40%，路面壽命達到設計值的75%時，為臨界狀態。公路運營超過臨界狀態之后，其使用性能會迅速下降、路面裂縫數量迅速增加，故可知臨界點之前對路面裂縫進行處治。

3.3 路面裂縫具體處治措施

半剛性基層瀝青路面的裂縫處治方案在確定時應考慮以下幾方面的因素：第一，路面承載力。路面承載力直接決定了舊路面裂縫是否應該處治；第二，經濟性。舊瀝青路面裂縫處治方案應當進行技術性和經濟性的雙重比選，以控制裂縫處治造價；第三，技術先進行。如果條件允許，瀝青路面處治應盡量借鑒國內外先進技術，選擇新材料、新工藝等。

根據相關調查統計資料可知，半剛性基層瀝青路面的填縫材料主要有基質瀝青、乳化瀝青、橡膠瀝青、樹脂類材料等，各填料材料占比大致如圖2所示：

3.3.1 槽灌縫

開槽灌縫就是先采用開槽設備沿著瀝青路面的裂縫走向挖一道寬度為1～2cm，深度為2～3cm 的溝槽，再通過灌縫機和料泵馬達把加熱后的密封膠灌入切割好裂縫，以保持路面表層的完整。

3.3.2 填縫

填縫是一種傳統的瀝青路面裂縫處治方法，該方法不需要沿著路面裂縫來挖槽，只需要將填縫材料直接塞入縫隙即可，施工方法簡單，施工速度快，工程造價低，適用于不宜開槽路段。但是無法確保路面裂縫被完全填充，處治效果一般。

3.3.3 貼縫

貼縫技術是一種較新的裂縫處治措施，它是在裂縫表面清掃完成之后，直接將滲透性好、粘附性強的材料貼在裂縫表面，處治效果好，但造價較高。

3.3.4 龜裂處治

如果瀝青路面龜裂程度嚴重，出現大面積松散脫落，但基層變化不大，重新恢復油面層即可，否則應對基層挖補處治后再重鋪油面層。如果瀝青路面的龜裂未出現松散脫落，可灑油法或刷油法封住裂縫，以防止表面水滲入基層。其中灑油法適用于大面積龜裂，刷油法適用于小面積龜裂。

3.3.5 半剛性基層防裂

半剛性基層開裂一方面要嚴格控制原材料質量，如集料粒徑、礦物級配、水泥劑量等，另一方面應當選擇合適的施工工藝，加強基層養護，避免干縮現象。同時，半剛性基層碾壓之前應動態控制其最佳含水率，以保證其壓實度，降低基層開裂的可能性。

4 結語

在分析半剛性基層瀝青路面類型和養護機理的基礎上，探討了裂縫的檢測方法、處治時機、處治措施等，主要得到以下幾個方面的結論：

⑴半剛性基層瀝青路面裂縫可分為橫向裂縫、縱向裂縫、不規則裂縫、龜裂等。

⑵瀝青路面裂縫檢測方法有自動檢測設備和人工檢測兩種，常用自動檢測設備包括超聲波、探地雷達、CCD 攝像機等。

⑶半剛性基層瀝青路面裂縫處治方法有開槽灌縫、填縫、貼縫、灑油法或刷油法、基層防裂等。