高等級公路瀝青路面裂縫病害原因與養護對策研究

李鑫

（江蘇現代路橋有限責任公司，南京210000）

1 項目概況

滬渝高速公路太平立交至長壽段全長51.43 km，設計行車速度80 km/h，設計路基寬度為24.5 m。該路段自建成通車以來，車流量增長較快，受車輛荷載、路面結構老化以及養護工作不到位等因素的影響，路面出現了不同程度的裂縫病害，嚴重影響了行車安全，同時對區域經濟發展也產生了一定影響。為改善該路段的行車條件，提高行車安全性以及舒適性，決定對該路段進行修補以及針對性養護，以改善路面整體性能。本項目的難點在于該路段裂縫病害種類較多，基本包含了所有裂縫病害類型，其中部分路段縱向裂縫和橫向裂縫甚至橫跨兩個車道，處理難度較大。

2 高等級公路瀝青路面裂縫病害類型

高等級公路本身具有一定復雜性，同時導致瀝青路面病害的因素具有多變性以及不確定性，因此，會出現多種類型的裂縫病害，主要包括橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂以及塊狀裂縫[1]。

2.1 橫向裂縫

本項目中，公路全線普遍存在不同程度的橫向裂縫，部分路段裂縫嚴重，甚至貫穿多個車道，并且裂縫寬度較大；部分之前經過灌縫處理的細小裂縫出現二次開裂的情況，并且有進一步加劇的趨勢；少部分路段裂縫嚴重，開始出現支縫。通過對存在橫向裂縫的路段進行取芯分析，判斷路面橫向裂縫的主要類型是溫縮裂縫與反射裂縫。

2.2 縱向裂縫

本項目中，縱向裂縫也是比較典型的裂縫病害之一。相較于橫向裂縫，縱向裂縫的數量略少，且出現位置比較集中，多見于行車道輪跡帶區域，裂縫基本都處于面層。通過對存在縱向裂縫的路段進行取芯分析，初步判斷縱向裂縫的主要類型是面層疲勞裂縫，僅有少部分縱向裂縫是路基不均勻沉降造成的，具體表現為基層與面層均出現開裂的情況，并且裂縫是由下向上發展。

2.3 龜裂

龜裂也被稱之為皸裂或者網裂，具體表現為裂縫和裂縫相連接，構成龜甲狀的、不規則的裂縫網[2]。公路全線普遍存在不同程度的龜裂，龜裂范圍與裂縫寬度大小不一。通過對存在龜裂病害的路段進行抽樣調查，發現出現龜裂病害主要集中在面層，未發現基層開裂的情況，處理難度相對較小。

2.4 塊狀裂縫

塊狀裂縫是瀝青老化喪失彈性后出現的一種裂縫病害，這是建成時間較早的高速公路普遍存在的裂縫病害[3]。該路段建成通車時間相對較長，瀝青路面面層開始出現不同程度的老化，基本喪失彈性，同時受不斷增長的交通荷載以及溫差因素的影響，部分路段出現相互交錯且無規則的裂縫。

3 高等公路瀝青路面裂縫病害原因分析

裂縫病害是瀝青路面最為普遍的病害形式之一，路面出現裂縫初期對于行車安全性與舒適性并不會產生較為明顯的影響，但是若不及時處理，則裂縫會不斷發展，逐漸擴大、加深，從而對行車安全性、舒適性以及路面的美觀性均會產生嚴重影響，甚至會釀成交通事故，造成人員傷亡。瀝青路面出現裂縫病害的主要原因是面層承載能力過低。尤其是部分建成時間較長的瀝青公路，由于早期建設標準較低，且隨著交通運輸量以及道路使用年限增加，路面面層在壓力作用下出現承載能力不足的情況，從而出現不同形式、不同程度的裂縫病害。瀝青路面裂縫病害在形成初期一般主要集中在面層，基層通常不會出現開裂的情況，但是若處理不及時，則裂縫處受雨水浸泡以及交通荷載壓力的影響，就會導致基層受到影響，強度與穩定性降低，嚴重時會出現結構性病害[4]。

高等級公路瀝青路面一般裂縫對于行車安全不會產生較大影響，但是隨著裂縫病害發展會逐漸衍生出其他病害，包括坑槽、翻漿、基層受損以及沉陷等，這些病害多是裂縫病害未得到及時妥善的處理所致。瀝青路面出現裂縫病害的原因見表1。

表1 高等級公路瀝青路面裂縫病害常見成因

該路段主要存在的裂縫病害包括縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫以及龜裂，產生裂縫的主要原因一方面是該路段重型貨車較多，對路面的壓力太大，超出了路面的承受極限；另一方面的原因就是在施工過程中材料配合比不當，瀝青與粒料之間的黏結力沒有達到最大，在荷載的反復作用下路面就出現了各種裂縫。當裂縫出現之后沒有及時合理地維護，導致雨水進入路面基層，基層與面層之間逐漸出現空隙，最后形成龜裂或者網狀裂縫。此外，瀝青的老化和重載交通的增多也是路面裂縫的主要原因。

橫向裂縫的主要有反射裂縫與溫縮裂縫兩種，二者產生的原因不同，其中溫縮裂縫主要是基層材料失水收縮所致的橫向裂縫，還有部分因氣溫驟然降低所致的收縮裂縫。兩種裂縫均會導致路面承受較大拉力，當拉力超出面層抗拉強度后就會出現開裂的情況，最終在車輛荷載與雨水浸泡作用下就會形成橫向裂縫。

縱向裂縫主要表現為疲勞裂縫。該路段的車流量較大且重載卡車較多，在車輛荷載作用下路面抗剪強度逐漸降低，當車輛荷載超出路面抗剪強度上限時就會出現縱向裂縫。此外，還有一種是路基施工階段縱向溝槽的回填土壓實度不足或者強度不足，導致路基承載性能降低，出現不均勻沉降而導致路面縱向開裂。

根據裂縫病害路段的取芯結構顯示，該路段面層材料已經出現了一定破壞，出現了由面層向下發展的縱向、橫向裂縫以及龜裂病害。目前，裂縫病害主要集中在面層，部分路段發展至中面層，基層基本完好，尚未發現結構性病害。

4 高等級公路瀝青路面裂縫病害養護對策研究

瀝青路面裂縫病害若不及時、妥善進行處置會造成嚴重后果，采用科學的修補、養護措施可以有效避免裂縫擴大，同時能對基層起到保護作用，從而避免道路出現結構性損壞。目前，處理瀝青路面裂縫病害的主要方法有灌縫、貼縫以及滋縫等，要求所采用的材料必須具備良好的黏結性、穩定性、耐老化性以及高韌性，以保證封堵效果。

4.1 灌縫處理

灌縫處理指的是在瀝青路面裂縫病害區域沿著裂縫走向開一條溝槽，一般情況下，溝槽寬度為1～1.5 cm，深度為1.5～2.0 cm，然后采用灌縫機將密封膠灌注到溝槽當中，從而使瀝青路面恢復平整。灌縫處理整體造價相對較高，但是其處理裂縫病害的效果良好，可以有效延長道路使用壽命。灌縫處理的施工流程如下：

1）開槽。根據裂縫的寬度，采用開槽機在裂縫病害處沿裂縫方向開一條溝槽，要求溝槽要覆蓋裂縫。

2）清理溝槽。利用壓縮空氣泵對溝槽內的灰塵、殘渣以及溝槽兩側20 cm范圍內的雜物、灰塵清理干凈，必要時可利用鐵刷進行清理。

3）溝槽預熱。在環境溫度低于6℃的情況下，利用加熱烘干裝置對溝槽開始預熱，要求火焰不能直接接觸路面，以免瀝青路面燃燒產生碳化物，預熱處理可以有效改善密封膠材料的黏結性，優化修補效果。

4）灌縫。將選用的密封膠材料加入灌縫機中進行加熱，達到設定溫度后停止加熱并進入保溫狀態；采用灌縫機將密封膠材料均勻灌注到溝槽內，并在溝槽兩側5 cm范圍內形成厚度為0.5 cm的封層，以覆蓋路面細小裂縫，優化密封效果。

5）養護。灌注完密封膠后，需要等待密封膠完全冷卻，一般需要15 min，然后對灌注區域進行清理，清掃路面殘渣，最后根據當地氣溫，合理選擇開放交通的時間。一般來說，清理工作完成后即可開放交通，但是由于本項目中該路段車流量大、重載卡車多，因此，要適當延遲開放交通的時間。

4.2 貼縫處理

貼縫處理一般采用PCR-WⅢ型修復劑，這種材料是由進口納米級橡膠材料制成，流動性良好、細度模數小，可以充分填堵裂縫，封縫效果良好，并且極性高分子聚合物對于裂縫壁還能起到還原再生的作用，能夠增加修復材料與裂縫壁的黏附性[5]。貼縫處理的優勢在于無須在裂縫區域開溝槽，可直接進行填縫，但是需要嚴格控制裂縫壁濕度，若裂縫壁濕度過大，會影響封縫效果。貼縫處理工藝流程如下：

1）清除裂縫壁的濕氣。裂縫壁的濕度對于封縫效果影響較大，因此，處理裂縫前首先需要清除濕氣，確保裂縫壁濕度符合施工要求，本項目中采用的是變頻螺旋式高壓熱氣噴機，該設備可以使裂縫壁均勻受熱，能夠起到良好的烘干效果。

2）灌注修復劑。采用灌縫機將修復劑灌注到裂縫當中，確認裂縫填充完成后，開始在路面敷貼耐磨型涂聚脈彈性增強纖維布，并用橡膠錘將纖維布充分錘實在，確保無氣泡，與路面緊密貼合，等待15 min左右即可開放交通[6]。

4.3 滋縫處理

滋縫處理工藝適用于較小的裂縫，本項目采用該工藝主要處理寬度在0.5 cm以下且深度較淺的龜裂病害，以避免裂縫持續擴大，衍生出其他路面病害。滋縫處理采用的改性瀝青材料適用于滲水率在3%以下的路面，具體處理工藝流程如下：

1）安全措施。根據要求封閉施工區域，并在周圍擺放施工警示標志。

2）清理裂縫。采用壓縮空氣泵、鐵鉤等工具對裂縫進行清理，確保裂縫內無灰塵、顆粒物，以免影響改性瀝青材料的黏附性。

3）灌注改性瀝青。采用注射器將加熱后的改性瀝青材料灌注到裂縫中，灌注完成后撒適量沙子，等待2 h左右，待改性瀝青材料完全冷卻后即可開放交通。

5 結語

通過對滬渝高速公路太平立交至長壽段的裂縫病害進行調查分析，發現該路段的裂縫病害成因主要是車輛荷載過大、瀝青材料老化、氣溫等，同時裂縫病害主要集中在面層，基層未出現開裂情況，因此，采用灌縫、貼縫以及滋縫3種處理工藝，實際效果良好，有效延長了道路使用壽命。