瀝青路面裂縫成因及防治措施分析

孟巖

（新疆生產建設兵團公路基本建設工程質量安全監督站，烏魯木齊 830002）

1 引言

目前，瀝青材料以其良好的美觀性、優良的降噪效果以及舒適性已成為我國公路工程路面材料的首選。然而受荷載及溫度影響，瀝青路面常常會產生明顯的裂縫，且隨著時間的推移，裂縫將逐漸發展直至誘發更為嚴重的深層裂縫。這些裂縫的形成不僅會導致路面結構破壞，降低行車舒適性，而且地表水及降雨等可通過裂縫浸入路基結構，從而誘發路基不可逆的破壞。與此同時，裂縫的存在破壞了原有路面的完整性，導致其承受荷載的能力顯著降低，并最終造成路面結構的完全破壞。基于此，本文從瀝青路面裂縫的分類入手，深入探討裂縫的成因機理，提出與之對應的瀝青路面裂縫的防治方法，為裂縫防治工作提供技術支撐。

2 瀝青路面裂縫分類及成因分析

2.1 常見的瀝青路面裂縫

瀝青路面裂縫大致包含以下幾種類型：橫向裂縫、縱向裂縫、網狀裂縫、荷載裂縫、溫度裂縫以及反射裂縫[1]。其中，橫向、縱向以及網狀裂縫均反映了裂縫的形態[2，3]，如圖1 所示，具體可通過對比公路路面上的裂縫形態進行區分；荷載、溫度以及反射裂縫均反映了裂縫的形成原因。由于瀝青路面裂縫的成因各異，因此，對裂縫進行處治之前必須明確其成因，以便于采取針對性的防治措施來處治瀝青路面的裂縫問題。

圖1 常見的瀝青路面裂縫類型

2.2 裂縫成因分析

瀝青路面裂縫的分類方法和類型較多，但均是由荷載、溫度以及裂縫反射等原因造成的[4，5]。以下將從荷載、溫度、裂縫反射以及設計施工4 個方面對裂縫成因進行探究。

1）車輛運行過程中一方面會對路面產生豎向作用力，并且在制動或啟動時也會產生橫向作用力，同時伴隨著一定的振動荷載。在車輛長期循環荷載作用下，路面將產生疲勞損傷，隨著時間的推移，疲勞損傷逐漸累積直至超過了路面的承載能力，路面將逐漸破壞乃至出現裂縫。此類裂縫一般位于基層和面層，在長期作用下，裂縫將逐漸貫穿整個路面結構造成嚴重的不可逆破壞，這便是荷載裂縫的形成機理。

2）溫度型裂縫是由于公路各結構層的溫度差造成的。瀝青路面常采用分層處理工藝，由于各層施工材料的性質及導熱性能的差異，各結構層之間將由于溫差而產生溫度應力，并最終誘發層間的溫度裂縫。常見的溫度裂縫可分為低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種類型。瀝青在高溫時一般可視為典型的黏彈性材料，在高溫狀態下并不會產生明顯的溫度應力，在低溫狀態下瀝青會發生硬化并收縮，在不同層間由于瀝青的低溫收縮特性將產生顯著的溫度應力并最終超過路面結構層能夠承受的極限，從而造成瀝青路面的層間裂縫。一旦路面結構中的底層和面層未完全黏結，面層產生收縮應力后將無法得到有效限制，從而進一步加速瀝青路面產生低溫開裂。

溫度疲勞裂縫一般多發生在溫差較大且溫度變化頻繁的地區，并且溫度的迅速波動會導致路面疲勞損傷，此時，即使瀝青低溫收縮產生的溫度應力未達到路面允許值，但由于路面產生的疲勞損傷降低了瀝青的彈性模量，因此，在長期荷載和溫度變化的雙重作用下瀝青路面老化的進程將會顯著加快，導致瀝青材料被破壞，并最終對路面結構產生不利影響。

3）反射裂縫指在原有開裂的瀝青路面上鋪設新路面，在荷載作用下再次出現裂縫并最終導致表層開裂。反射裂縫一般亦可分為溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫。溫度型反射裂縫由于溫差在瀝青面層產生溫度應力，特別是在基層開裂位置處易產生應力集中，在長期溫差的影響下，產生反射裂縫并最終擴展至路面表層。荷載型反射裂縫與溫度型反射裂縫類似，常會產生強烈的應力集中區，在長期循環荷載的作用下，瀝青面層內部損傷將進一步加劇，當損傷累積到瀝青路面的極限抗拉強度時，將在下面層產生裂縫并逐漸上延至路面表層。

4）設計施工條件也是誘發瀝青路面開裂的一大主要原因。在設計過程中瀝青層厚度過小或瀝青材料不合理均會導致路面裂縫。在施工過程中，瀝青層厚度過小碾壓不實；瀝青配合比不合理，混合料碾壓不密實；路面壓實不達標，路基、面層和基層均存在微裂縫等，均會導致路面裂縫。因此，在設計和施工階段必須嚴格把控瀝青路面結構的質量指標。

3 瀝青路面裂縫預防措施

3.1 設計階段

瀝青路面裂縫的首要原因便是路面設計存在不合理之處，缺乏對施工現場的考察或考察過于粗略，造成設計方案與實際施工條件之間存在出入，導致施工質量難以滿足實際需求而造成路面裂縫。為了減少路面裂縫，在設計階段應從以下4 方面入手：首先，應開展廣泛的實地調查，必須了解當地的環境、氣候、地質條件等，確保路面設計能夠滿足工程需求；其次，應盡可能選取當地穩定性好、強度高以及不易破壞的材料作為路面基層材料，從而減小路面開裂的概率；再次，瀝青材料的選擇是關系公路質量及路面開裂與否的關鍵因素，在設計過程中，應著重考慮其材料的穩定性，從根源上避免路面裂縫；最后，面層厚度的確定也是至關重要的。相關研究表明，一般將瀝青面層的設計厚度確定在120～190 mm，能極大地避免瀝青路面產生反射裂縫。只有不斷地修正和改進瀝青路面的設計方案，嚴格把控設計中的細節問題，才能為保證施工質量奠定基礎。

3.2 施工階段

常見的路面裂縫大多是因為施工過程中缺乏對施工質量及材料質量的監督及檢查造成的。一般在施工過程中必須嚴格遵守以下6 點：（1）在施工階段應盡可能采取連續施工的作業方式，其不僅可以保證路面結構各面層間的聯系性，還有效降低了路面層間污染，保證了路面結構的完整性。（2）路面的養生工作必須嚴格落實到位。例如，半剛性基層在養生階段其內部結構將逐漸密實，且強度逐漸增大；（3）鋪設防裂層。通過在面層和基層間鋪設防裂層布，可有效削減基層間產生的荷載或溫差應力，從而有效預防因反射裂縫產生的路面破壞。（4）嚴格把控材料質量及施工質量。施工材料必須經過嚴格的審核，確保材料滿足設計及施工要求。（5）做好路面壓實作業。現場碾壓過程中應確保壓路機的合理配置，并且確保碾壓作業緊隨攤鋪作業，進而保障路面的壓實效果。（6）施工人員應在施工前對施工中需要用到的專業技術有明確的認識，且要進行針對性的培訓，從而保證員工在施工過程中能夠熟練地完成相關作業。

3.3 材料選取

為保證瀝青面層的抗裂性能，施工過程中一般可采用橡膠瀝青作為表層瀝青材料；其次，可在路面結構碾壓施工結束后布設橫向通縫，從而避免溫度裂縫的產生；此外，在瀝青拌和過程中摻入纖維材料，可以在一定程度上防止瀝青產生低溫收縮，這也是有效避免溫度裂縫的途徑之一。

4 瀝青路面裂縫處治措施

瀝青路面一旦產生裂縫問題，必須及時開展相應的修復工作。目前，我國常用的裂縫處治技術主要有壓漿法、稀漿封層法、灌縫法、薄層罩面法以及路面再生法5 種。以下對此類處治措施的特點及其適用條件開展深入探討。表1 列出了常見的路面裂縫處治技術的特點以及適用范圍。

表1 常見瀝青路面裂縫處治措施的特點以及適用范圍

壓漿法是瀝青路面常用的修復方法。在明確瀝青路面實際情況的基礎上，科學篩選水泥材料，進一步加強對水灰配比的控制，保證水泥砂漿制備的質量。同時，作業人員必須嚴格按照壓漿法施工的相關規范開展作業，避免返工。在修復過程中，一般將注漿壓力控制在約1.5 MPa。壓漿法在修復瀝青路面裂縫方面具有效果好、成本低以及壽命長等優點，且其不僅適用于路面裂縫治理，在路基病害處理中也同樣適用。

稀漿封層可用于路面開裂初期，以有效阻止裂縫的進一步發展。其采用的材料一般為乳化瀝青，操作簡單，所需設備普遍，主要應用于高等級公路的路面處治。通過稀漿封層措施處治過后，不僅可修復路面裂縫，還能有效提升路面的耐磨性。然而，該方法一般需要較長的施工穩定期。

灌縫法通過采用開槽機對瀝青路面裂縫進行開槽擴縫后，采用灌縫機將專用灌封膠注入縫隙內，進而實現路面裂縫的修復。該方法是目前瀝青路面處治措施中最常用的。該方法操作簡單、施工快捷，能夠廣泛適用于縱向、橫向等較為規律的初期線性裂縫處治，且符合環保要求。該方法的施工流程一般為交通導流、準備工作、找縫、開槽、清槽、灌縫和養護等。需要注意的是，該方法適用于處治寬度≤15 mm 的裂縫。

罩面處治是通過在原瀝青路面上鋪設新的瀝青面層從而達到預防路面裂縫的一種預防性養生措施。其不僅可以對原有破壞的瀝青路面進行修復，還延長了道路的使用壽命。根據其施工工藝的不同，又可細分為冷薄層、熱薄層及溫薄層罩面3 種。以溫薄層罩面為例，其不僅具有冷薄層罩面污染小、能耗低的特點，還具有熱薄層罩面技術成熟、性能好等優點，是將熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料拌和而成的一種新型混合料。罩面施工工藝前的準備工作包括原路面調研、罩面結構設計和配合比設計以及原路面的處治工；隨后開展瀝青混合料的拌和與運輸、攤鋪以及壓實作業。由于瀝青罩面厚度薄，施工過程中必須嚴格把控各環節的溫度。

路面再生技術是通過把需要翻修的瀝青路面經回收、破碎、篩分以及與新材料進一步拌和，并重新鋪設路面的一種技術。該技術不僅節約了施工成本，同時實現了材料的循環使用。瀝青路面再生根據再生料的拌和及施工溫度一般可細分為冷再生和熱再生，適用于面層未完全老化及下層結構完好的路面。

5 結語

公路瀝青路面裂縫產生的原因具有多樣性，其不僅受設計階段和施工階段的影響，同時路面材料也在其中起著關鍵性的作用。因此，在施工過程中必須特別重視瀝青路面裂縫的預防和處治工作。當裂縫產生時應及時分析裂縫產生的原因，從而科學地選擇處治措施，預防裂縫的進一步發展，最終為行車安全提供有力的保障。