高速公路路面縱向裂縫處治技術

顏京華

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司 山東日照 276800）

1 工程概況

本工程位于濕熱地區，該高速公路地質條件復雜，設計樁號為K006+950～098+930，全長91.98km。自2019年年初建成使用一段時間后，在高填方（K275+314～K275+914）段集中出現了不同寬度的縱向裂縫、邊坡開裂等病害。本項目選取高填方路段K275+314～K275+914為試驗路段，長度為600m。試驗路段基層路面結構為水穩砂礫基層，厚度達40cm，在此基礎上加鋪瀝青混凝土面層，厚度為18cm。在路堤的外側設置擋土墻，該位置所在路堤施工時會增大壓實難度系數。因路面結構的自重、行車的荷載影響，擋土墻側路堤容易產生固結變形，出現帶狀不均勻沉降，尤其是在緊急停車帶和超車道中間出現縱向裂縫的概率會增大。經取芯試驗發現，試驗路段出現的是上窄下寬型的縱縫，裂縫深度從路面直達底基層，底基層縱縫的寬度最大為6.0mm。

2 縱向裂縫的特征及原因

受到地基、填土橫向分布不均勻以及地表水滲入的影響，瀝青路面容易出現縱向裂縫［1］?？筛鶕煌念愋托螒B和方向，將縱向裂縫分為自上而下的表面裂縫和自下而上的疲勞裂縫。同時，隨著時間的推移，路基路面縱向裂縫的出現是無法避免的，可能會產生一些細而短的縱向裂縫。

（1）縱向裂縫的特征。由于地基、填土不均勻而產生的縱向裂縫長度較長，整體多與道路中線平行；由施工搭接質量而導致的縱向裂縫較為平直，長度也較長；受到結構承載力不足影響而產生的縱向裂縫多出現在路面邊緣位置，并且伴有少量的支撐裂縫。

（2）縱向裂縫病因介紹。產生縱向裂縫的原因較為復雜，主要原因有以下4個方面：①在道路改建施工中，新舊路基和路面處理不到位，搭接部位未遵循臺階式分層壓實的方式進行施工，影響搭接質量進而產生了縱向裂縫；②在路基填筑過程中，路基處理不當，實際的填筑寬度和深度不符合設計要求，導致地基、填土不均勻［2-3］；③未按照施工方案確定的路基邊坡坡度實施作業，路基邊坡坡度陡峭，路基壓實度不夠，容易出現邊坡失穩問題；④若瀝青路面的攤鋪方式為分幅攤鋪，前后攤鋪工作面相接部位的冷接縫處理不當，出現對接薄弱、碾壓不夠密實等質量問題。

3 常見的高速公路縱向裂縫整治方法

3.1 灌修補法

封縫處理要在發現縱向裂縫之后立即開展，以免雨水順著縫隙滲入路基之中。灌封前，清理干凈縫隙內的灰塵與雜物，可以用高壓氣體將其吹出，同時，做好原始數據記錄工作。裂縫灌縫膠也稱之為橡膠瀝青，因其具有彈性良好、流動性強、粘結力強等優點，經常用于修補封縫超車道、?？繋У目v向裂縫情況中。當裂縫較細時，灌封膠要自然灌入到裂縫，然后可用刮刀沿縱裂方向翻出45cm寬的灌縫膠帶。等2h，表面變干后即可開放交通。行車道若使用灌縫膠修補裂縫容易外溢，且易受到自然風化影響，短時間內會自然老化，與瀝青結合不完美，易剝離脫落。

鑒于上述原因，工程中使用普通熱瀝青來處理裂縫。若裂縫寬度≥5mm，修補時要將松動的瀝青混凝土剝離干凈，并且填充細粒式瀝青混凝土。若裂縫寬度較小時，要擴寬縫隙處，再用熱瀝青灌縫。灌縫后瀝青面要比路面低1～2mm，必要時可以鋪上一層薄的粗粒砂，以減少瀝青粘輪出現的概率。

3.2 切割修補法

切割修補法適用于修補縫寬＞5mm 的縱向裂縫，其周圍還有局部塌陷處、錯臺處等，也適用于銑刨加鋪無法在短時間內完成的路面。切割時，要沿縱向裂縫兩側25cm處將瀝青上面層鑿除，之后，將其雜物、松動的瀝青混凝土清理干凈，先用細粒式瀝青混凝土進行預填，待敲實后灌入熱瀝青。灌縫時，瀝青不能外溢，鋪上石屑后回填瀝青混凝土，最后碾壓成型。但缺點是施工強度與效率低，施工速度慢，容易在縱向裂縫的方向上出現泛油現象。

3.3 熱再生維修法

瀝青路面在加熱5～8min后溫度會升至150℃，可軟化瀝青。使用熱再生維修法施工時，要控制好加熱溫度和時間，時間過短，溫度會低于150℃，瀝青面層不能充分軟化，修補效果差；若時間過長，溫度高于150℃，瀝青會老化。融化瀝青面層后，需要再次鋪勻面層，將老化的、浮在表層的粗骨料去除掉，再添加AC13I 玄武巖瀝青混土，在施工現場就地拌制瀝青混合料，涂抹后將其整平，用壓路機壓實。因瀝青料中輕質油部分易產生氧化問題，在施工完成后，可在其表面涂抹一層ERAC型瀝青再生劑，經具體實踐，這種施工方法能將縱向裂縫消除掉，且操作便捷、容易掌握。熱再生施工原理如圖1所示。

圖1 熱再生施工原理

3.4 乳化瀝青稀漿封層法

作為表面保護層和磨耗層的稀漿封層具有防水防滑、耐磨性能良好、可美化路面的特點。施工前，要修補路面的坑槽處、局部沉陷處、網裂處，若裂縫深度在3～5mm 左右，要按照上述封縫方法進行處理。厚50～80mm 的稀漿封層使用的封漿材料是按照一定比例混合集料、乳化瀝青、水、水泥而形成的混合料。乳化瀝青和乳液會隨著稀漿封層和鋪筑施工逐漸滲入細小縱向裂縫內，破乳后的乳化瀝青會和水泥一起填補縫隙以達到修補的效果。

4 縱向深度裂縫處置具體應用

4.1 砂漿配合比設計

水泥、砂以及拌和用水等材料是拌制水泥砂漿的常用材料，因其工程對水泥砂漿的強度要求不同，本工程使用PO42.5 水泥。此外，本工程中混合細砂粒徑≤0.3mm，含沙量≤1%，減水劑用量=水泥用量×1.0%，膨脹劑用量=水泥用量×15.8%。高速公路瀝青路面縱向裂縫深度灌縫施工時要求砂漿性能較好，既要保證流動性，也要注意抗壓強度。若抗壓強度低，灌縫后的路面結構強度低，不符合使用要求；若流動性較低，砂漿施工質量低；若流動性過高，砂漿易發生離析、泌水等問題。本工程灌縫砂漿7d齡期的抗壓強度≥10MPa，流動度20～30s。

4.2 抗壓強度試驗

參考相似的工程案例，本項目中材料的配合比例如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨脹劑∶減水劑=1∶0.35～0.70∶0.39～0.60∶0.16～0.01，水灰比為0.53。綜合砂灰比和砂漿的抗壓強度關系研究數據發現，當砂灰比為0.49時，砂漿的抗壓強度達到最佳水平。實驗表明：當砂漿的水灰比達到0.59，砂灰比取值范圍在0.47～0.54時，砂漿的流動度與設計標準相符合。當水灰比變大時，砂漿可能出現離析的概率也會增大。鑒于此，本項目水灰比確定為0.59。

當水灰比為0.59 時，調整砂灰比對砂漿材料抗壓強度進行試驗。實驗結果表明：砂灰比為0.47，砂漿抗壓強度為16.9MPa；砂灰比為0.51，砂漿抗壓強度為19.1MPa；砂灰比為0.54，砂漿抗壓強度為18.8MPa；砂灰比為0.57，砂漿抗壓強度為18.6MPa。試驗可知，砂灰比為0.51時砂漿抗壓強度最大，配比如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨脹劑∶減水劑=1∶0.45∶0.58∶0.16～0.01。因而本工程使用上述配比混合而成的材料。

4.3 縱縫深度灌縫養護施工

4.3.1 施工準備

砂漿灌注的施工質量高低會因縱向裂縫內積水量的多少而受到影響，因而，縱向裂縫深度灌縫需進行養護施工。本項目養護時連續晴天超過5d且無降水，這樣可有效提升灌縫加固之后路面的整體強度。水泥砂漿在施工過程中，會隨著灌漿壓力的增大可能出現溢出路面裂縫的現象。為避免上述現象的出現，一般會對其進行裂縫預處理，將裂縫內雜物、灰塵、積水清理干凈后，用密封膠封堵裂縫。處理取芯處裂縫時，考慮到該位置承受的壓強較大，為確保密封效果，在涂好密封膠之后，在取芯孔洞裂縫兩側20～30mm 處涂抹環氧樹脂。

4.3.2 鉆芯布孔

本工程鉆孔時有兩種鉆頭直徑可供選擇。考慮到110mm 鉆頭施工時路面結構受到的破壞程度較大，取芯難度系數高，封堵時，需要使用較大量的環氧樹脂砂漿量，因而本項目使用60mm 鉆頭直徑?？咨钍谴_保灌漿效果的重要因素，孔深又需依靠縱縫的走向和發展情況確定。其確定方法如下：若土基出現的裂縫并沒有完全開裂，確定孔深時，要按照上基層所對應的標準進行計算；若土基產生的縱縫處于完全開裂時，確定孔深時，確保芯體可全部順利取出。

本工程施工時，孔位布置在裂縫中心位置。由于深度灌縫養護施工中孔的間距直接決定砂漿灌注的飽滿程度，因而間距不能過小，以免影響施工進度，從而增大施工成本；而間距也不能過大，以免增大灌漿難度，從而降低施工效果。待鉆孔后，要及時清理掉孔底部的積水和沉渣［4-5］?？紤]到自然風干耗費較長的時間，為縮短工期，本研究在距離路表8～10cm處的砂漿表層采用高壓液化氣罐加熱設備對其進行烘干處理。

4.3.3 封堵管埋置及灌漿

首先，在孔洞內埋置封堵管，蓋上封蓋。封蓋要具有拆卸方便、防砂漿溢出的功能。其次，環氧樹脂和聚酰胺樹脂要按照1∶1的配比進行混合，在孔壁和封堵管的管壁均勻涂抹攪拌好的混合液。埋設封堵管時表面的混合液要自然風干，埋設時選取的位置比路的表面低5～10cm，其余封堵縫的空隙用上述混合液填補，將封堵管和注漿管按照設計要求進行連接注漿時，注漿機的初始工作壓力為0.55MPa。最后，在灌漿的過程中及時關注孔內變化情況，一旦砂漿流出時，使用封蓋進行封堵，待砂漿不再溢出后繼續灌漿［6］。若上述操作不能及時控制砂漿，應逐漸減小壓力，關閉注漿機。

4.3.4 選擇試驗路段進行試驗

為確保灌漿效果，在正式施工前要選取工程中的試驗路段進行試驗，其試驗方案方法如下：方案（1）按照孔距3.0m 布孔，初始注漿壓力為0.55MPa；方案（2）按照孔距7.5m 布孔，初始注漿壓力為0.55MPa；方案（3）按照孔距14.5m布孔，初始注漿壓力為0.55MPa，后持續增壓。

方案（1）和（2）注漿試驗時，若注漿孔內存在漿液冒出的情況，說明孔距過小。方案（3）開始1～3min之后，注漿機的壓力數值維持在穩定范圍內，砂漿量沒有持續減少，孔內沒有出現流漿和溢漿現象時，可加大注漿機的壓力指數0.1MPa，重復操作直至1.0MPa。當注漿壓力達到1.0MPa 時，砂漿量不斷減少，觀察孔內是否出現流漿現象，一旦出現，則用封蓋對封堵管進行密封后持續增壓至1.5MPa，砂漿直接噴出縱縫。停止注漿后，再觀察孔（距注漿孔2m）位置處，沒有發現砂漿。

從上述實驗結果中可以得知：注漿壓力在1.0～1.5MPa時，縱向裂縫寬度為6mm，從單側注漿貫入砂漿的深度為1.5～2.0m。隨著縱向裂縫寬度的變化，注漿距離也會隨之而變化。因而確定，縱向裂縫注漿距離最大值時，還應遵照上述實驗流程對不同的縱向裂縫寬度進行注漿。

4.3.5 養生

完成注漿施工后，要及時取出封堵管，并用砂漿填平孔洞縫隙。若漿液沒有達到完全硬化、不符合通車的標準時，車輛不能在施工區域內通行。養護施工達到30d 后，要對其施工區域進行抽樣檢測。本研究鉆取完整芯樣檢測后發現，注漿的裂縫區域內破碎的基層已被粘結成一個整體，達到了縱向裂縫灌縫養護治理的效果。

5 結語

本研究表明，灌漿規模較大時，宜采用60mm孔徑鉆孔施工，最佳鉆孔深度要達到土基?？v縫寬度為5～10mm 時，孔距為3～8m 為宜；縱縫寬度超過10mm時，孔距為8～15m 為宜，控制注漿壓力取值范圍為1.0～1.5MPa。2019年8月，本工程開始對高填方病害路段出現縱向裂縫的地方進行深度灌縫養護施工，待養護期結束后運行通車。2020年6月，施工檢測人員檢測維修養護路段沒有發現新產生的縱向裂縫，也沒有發現因縱向深度裂縫產生的大面積路面損害，說明縱向裂縫深度灌縫養護施工具有顯著的效果，有效提升了公路的使用性能。