寒冷地區重載交通瀝青路面縱向裂縫處治技術研究

溫宇寧

(遼寧新發展公路科技養護有限公司 沈陽市 110103)

0 引言

現階段，全國規劃的各等級公路路網大部分已建成并通車，交通量也隨之激增，且車輛大型化、超限運輸、渠化交通現象日趨嚴重，由此導致的路面病害情況也更加突出。其中，特重交通和重交通等級的瀝青路面，在慢速或長時間停駐的重載作用下，輪跡帶處路面易產生縱向裂縫病害；而且寒冷地區路面結構的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性和抗凍耐久性之間的復雜矛盾，使得路面結構與材料性能的平衡設計十分困難，這實際是由瀝青混合料固有的黏彈塑性[1]力學特性所決定的。

在寒冷地區，瀝青路面縱向開裂病害是普遍存在的問題，常規的養護手段是采用熱瀝青對其進行灌縫，此方法雖然初期能封閉雨水對裂縫的侵入，但隨著車輛的不斷碾壓和路面高溫的影響，維修后不久又發生二次病害，無法根除。基于此，提出一種新的瀝青路面維修技術，用以處治路面縱向裂縫病害。

1 工程實例

1.1 項目概況

國道G202黑大線北起黑龍江省黑河市南至遼寧省大連市，全長1734km。隨著經濟的發展，黑大線的重載、超載及超限情況愈趨普遍，致使黑大線部分路段特別是蘇家屯段路面所承受的荷載值遠遠超過其設計值，不僅加劇了路面的早期破壞，同時也大大縮短其使用壽命。

因此，本項目基于對國道G202黑大線蘇家屯段K1328+400～K1342+000范圍內的路面運營狀況進行調查，針對路面典型病害的成因進行分析，并選取典型路段進行重交通縱向裂縫處治技術試驗路的鋪設，通過長期跟蹤觀測與評價，以確定該技術的可行性及其優勢，最終結合試驗路的整體運營狀況并結合黑大線重交通段路面的實際情況，給出科學合理、技術可行、經濟適用的養護維修方案，同時，也為重交通路面縱向開裂病害處治技術研究提供參考依據，積累基礎性數據。

1.2 路面維修歷史

(1)原路于2001年進行改建，路面結構為6cm瀝青混凝土面層+20cm水泥穩定砂礫基層。

(2)2005年進行3cm瀝青混凝土養護罩面。

(3)2013年進行7cm瀝青混凝土養護罩面。

(4)2015年對下行方向(遼陽至沈陽方向)局部路段進行維修處理，采用7cm改性瀝青混凝土面層+40cm水泥穩定碎石基層。經過2年的運營，該段路面出現了重度龜裂、橫縱向裂縫、網裂、車轍、坑槽等典型病害。

(5)2017年進行中修改造，改造方案為：將面層瀝青混凝土全部銑刨并挖除原路基層。基層采用：60cm水泥穩定碎石基層(上基層、下基層以及底基層各20cm)，上設碎石封層；面層采用：7cm中粒式高模量改性瀝青混凝土下面層+5cm細粒式SBS改性瀝青混凝土上面層。

1.3 路面運營現狀

自2017年10月通車以來，由于車流量較大，重載交通繁重，黑大線蘇家屯段K1328+400～K1342+000范圍內瀝青路面經中修后仍有不同程度的橫、縱向裂縫、網裂、龜裂及輪跡帶沉陷、坑槽等病害，見圖1、圖2，具體病害數量統計情況見表1、表2。

圖1 輪跡帶處沉陷+縱向裂縫

圖2 輪跡帶處坑槽

表1 黑大線K1328+400～K1342+000瀝青路面病害統計(上行方向)

表2 黑大線K1328+400～K1342+000瀝青路面病害統計(下行方向)

1.4 縱向裂縫產生原因分析

調查小組對黑大線蘇家屯界內K1328+400～K1342+000段路面發生縱向裂縫位置處進行5處取芯。從取芯結果來看，輪跡帶處的縱向裂縫為基層與面層的貫通式裂縫，而水穩基層板結效果較差，基層頂部沖刷嚴重，見圖3、圖4。

圖3 裂縫貫通基層與面層(一)

圖4 裂縫貫通基層與面層(二)

其產生的主要原因為重壓輪載的重復作用引起路表面縱向疲勞開裂。即在渠化交通、重交通作用下，慢速行駛的重壓輪胎前緣和邊緣路表區產生了較高的水平拉應力，當在重壓輪載的反復作用下，表面層瀝青材料彎拉強度達到極限值而產生疲勞開裂，重載輪壓模擬圖見圖5。初期表現為輪跡帶區域的單一短淺裂縫。隨后，短淺裂縫會在其裂縫尖端產生應力集中，逐漸擴展變長并在初期裂縫區域內形成裂縫簇，最終平行的縱向裂縫簇相互連接形成連續的縱向開裂而貫穿整個瀝青面層。

同時，由于該段路面長期承受重壓輪載的反復作用，致使路面基層承載能力呈現不均勻的狀況(出現不均勻沉降)，從而導致輪跡帶處出現沉陷+縱向裂縫相結合的病害。

1.5 處治方案

1.5.1試驗段縱向裂縫處治范圍

對黑大線K1332+400～K1332+600(沈陽方向)路段200m范圍內的縱向裂縫進行維修處治。

圖5 重載輪壓模擬圖

1.5.2試驗段縱向裂縫處治技術方案

(1)原路面銑刨：將上、下面層分層銑刨，且形成階梯型錯臺。

①上面層銑刨寬度及深度：沿縱向裂縫(輪跡帶)兩側各40cm范圍內，將原瀝青路面5cm上面層全部銑刨，銑刨寬度為80cm。

②下面層及上基層銑刨寬度及深度：沿縱向裂縫(輪跡帶)兩側各25cm范圍內，將原瀝青路面7cm下面層全部銑刨，并銑刨至上基層頂部，上基層銑刨深度為2cm，銑刨寬度為50cm。

(2)對裸露的水穩基層表面的碎屑及雜塵進行清理，并灑布粘層油。

(3)鋪設2cm再生混合料應力吸收層。

(4)7cm下面層復合混凝土路面鋪裝。

(5)層間粘層油灑布。

(6)5cm上面層復合混凝土路面鋪裝。

灌漿操作見圖6，施工后路面效果見圖7。

圖6 灌漿

圖7 施工后效果

2 灌注式復合混凝土路面技術

2.1 技術簡介

灌注式復合混凝土路面是在開級配大空隙(18%～28%)基體瀝青混合料中灌入以水泥為主的特殊膠漿材料復合而成的一種路面[2]，該路面與常規路面不同，屬于骨架嵌擠型結構。膠漿與瀝青混合料共同抵抗車輛荷載作用，利用水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的優點，改善兩種路面的缺點。行車舒適平穩、抗滑降噪，并且大大提高瀝青材料的低溫穩定和高溫變形能力。

2.2 技術特點

灌注式復合混凝土路面技術特點見表3。

表3 灌注式復合混凝土路面技術特點

2.3 施工工藝

2.3.1施工流程

準備工作→路面銑刨→病害處理→乳化瀝青撒布→開級配瀝青混合料攤鋪→水泥膠凝材料灌注施工→養生→通車。

2.3.2施工質量控制要點

(1)溫度控制

由于復合混凝土路面屬于嵌擠結構，開級配瀝青混合料中粗骨料占比要高，而細骨料比常規瀝青混合料要少得多，因此混合料出料溫度需高一些，一般控制在180℃以上。

(2)銑刨

原路面銑刨應采用銑刨機進行。根據設計圖紙確定銑刨范圍和深度，如果條件允許建議銑刨一次完成。

(3)攤鋪

攤鋪速度應控制在2.0～3.0m/min。攤鋪時的混合料松鋪系數1.1左右。

(4)碾壓

要求采用鋼輪壓路機靜壓4遍、振動2遍，碾壓速度初壓2～3km/h(最大4km/h)。

(5)接合部位施工

銑刨后原瀝青混凝土路面與開級配瀝青層間需要撒布粘層油。

(6)灌漿

從膠漿攪拌機中排放水泥膠漿→用橡膠耙將水泥膠漿在母體瀝青混凝土表面攤勻→用平板振動夯機將水泥膠漿浸透入母體瀝青混凝土的空隙中→保證振動時間使膠漿灌注飽滿→用橡膠耙刮去表面剩余的水泥膠漿，待表面的水膜消失后，對面層進行拉毛加工。

2.3.3注意事項

(1)由于母體瀝青混凝土屬于開級配，其空隙是連通的，一旦遇到下雨天氣，雨水填充于母體瀝青混凝土中，灌漿時，無法保證施工質量。

(2)開級配瀝青混凝土表面溫度低于50℃后才可進行灌漿工作，否則瀝青混合料的溫度易將膠漿材料中的水分蒸發，膠漿材料在表面粘結，無法保證灌漿深度。

2.4 技術應用

北京BRT1號線全線以及沈陽繞城高速朱爾屯收費站路面均引用日本TX半柔性路面鋪裝技術。武漢雄楚大道與民族大道交叉口路面維修工程、杭州BRT快速公交專線路面維修工程以及蘇州、南京、鹽城等城市的部分交叉路口或重載交通路段也均采用了復合混凝土路面技術。

截止至2021年，灌注式復合混凝土路面已在遼、黑、吉三省的高速公路重載主線、收費站、服務區廣場道面以及普通公路國省干線路面維修改造工程中進行了推廣應用，共計應用面積超過1500km2。

3 工程評價

該試驗路于2018年鋪筑，截止到目前，復合混凝土路面整體運營狀況良好，路表面平整、無松散、無裂縫，表層集料無花白料、無劃痕；整體復合混凝土路面平整、順直、無沉陷狀況。通過后期跟蹤和現場檢測試驗，包括滲水系數、平整度、擺值及構造深度等檢測指標均滿足要求。

4 結束語

(1)灌注式復合混凝土路面將瀝青質材料和水泥基材料有機地結合起來，既提高了瀝青混合料的高溫穩定性，也改善了水泥混凝土的柔韌性，可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，使路面的使用功能得到大幅度提升。

(2)經過對黑大線試驗段的跟蹤觀測與檢測得知，試驗段復合混凝土路面整體運營狀況良好，未出現車轍、坑槽、沉陷、縱縫等不良狀況，可較為徹底解決輪跡帶處縱縫和沉陷問題，為重載、極重載路面提供全效的服務，發揮其獨特的技術優勢。

(3)結合大量研究與工程應用，驗證了灌注式復合混凝土材料、結構和工藝成套技術的適用性，同時也論證了灌注式復合混凝土具有強度高、抗疲勞、耐腐蝕等特性，較好地實現技術與經濟的平衡。

(4)從全壽命周期性成本及費效比角度綜合考慮，復合混凝土路面技術相比于傳統路面維修養護技術，可降低全壽命周期性成本30%，經濟效益十分顯著，同時可極大地提高路面的使用品質與運營能力。