高速公路瀝青路面裂縫檢測方法以及處治措施研究

1 引言

高速公路瀝青路面具有良好的行車緩沖性、舒適性，作為典型的柔性路面體系，瀝青路面施工效率高，且后續維修養護較為方便，瀝青路面被廣泛應用于不同等級公路路面建設中。瀝青路面在行車荷載及復雜外界環境影響下，容易出現車轍、裂縫、坑槽等病害。 裂縫病害如果在前期不加以及時處治，則會在溫度變化、雨水沖蝕下擴大其病害范圍，最終導致病害區域的行車安全性喪失，影響使用壽命降低。 開展瀝青路面裂縫病害處治具備重要的社會經濟效益。

2 工程概述

山東菏澤市某高速公路是該區域公路路網規劃中的重要組成部分，雙向4 車道，設計速度120 km/h，路面結構為瀝青混凝土。 該項目于正式運營后， 隨著車輛運行數量的不斷增多，同時受外界復雜環境的影響，瀝青路面出現了不同程度破壞的裂縫，局部超車道存在嚴重的車轍及沉陷病害。 現場項目組在2021 年2 月—2021 年6 月對該高速公路車流量密集段進行了交通量的調查，其中，車輛類型主要分為中小客車、大客車、集裝箱車，日平均交通量43 369 輛，中小客車占據比例達到了75%，大客車比例15%，集裝箱車比例10%。

3 路面裂縫檢測

經現場數據統計調查表明，該高速公路K30+000~K96+500段局部行車道經過1 年的運行， 靠近標線處存在較為輕微的縱向裂縫，寬度3~5 mm，路面變形程度較淺；該裂縫經過半年的發展，成為行車道中間寬度1 cm 左右的支縫，且在車輛的長周期運行下，該支縫沿著輪跡形成了較多的縱縫，縱縫之間由橫斜縫構成，形成網裂、沉陷病害。 項目組裂縫檢測工作的開展主要包括對公路路面設計資料進行收集、 路面養護維修情況調查、路面破損及強度的檢測，本文采取鉆孔取芯、挖驗方式進行路面病害情況的深度檢測。

3.1 鉆孔取芯

路面鉆孔取芯主要在路面結構良好處、縱向裂縫處、沉陷處開展。 其中，行車道沉陷病害處中下面層、底基層取芯樣較為松散；路面沉陷處局部取芯樣較為完整，但是部分位置貫通裂縫存在于基層，病害下面層松散，上面層存在雜質泥團；路表無病害處的芯樣完整性較高，且芯樣外壁較為光滑，少數存在表面松散及細微貫通裂縫，如圖1 所示。

圖1 芯樣病害檢測

3.2 挖驗

路面探坑挖驗則主要是對裂縫在路面結構內部的發展進行檢查。 項目組在現場進行兩個探坑挖驗：1 號探坑位于行車道沉陷較為嚴重處，其中裂縫寬度達到了2 cm，深6 cm，現場探坑發現：裂縫普遍存在于各個不同路面結構層，且各結構層的裂縫寬度變化幅度較小， 裂縫骨料松散較為明顯。裂縫幾乎不出現在路基填土頂面，基層之間充填豐富的泥質物。 2 號探坑則處在沒有沉陷的位置，挖驗結果表明，路面底基層至面層具有裂縫，底基層處的裂縫處骨料松散，能夠較為容易地去除，碎石層位置處，裂縫呈往周圍擴展的趨勢，且與上部裂縫具有10 cm 的錯開。 灰土層位置處，裂縫具備較大的分散和偏移，路基邊坡不鼓出、滑移傾向，路面結構層裂縫上下貫通[1]。

4 路面裂縫原因分析

該高速公路路面裂縫種類較多，依據現場資料分析表明，裂縫病害和路面行車流量、環境溫度、瀝青混合料性能密切相關，裂縫主要是瀝青混合料性能不佳所造成的。

4.1 橫向裂縫

橫向裂縫則主要表現為溫度收縮裂縫。 溫度變化極容易造成瀝青混合料性能產生變化， 瀝青作為溫度敏感性黏彈性材料，隨著溫度的下降，瀝青混合料硬度提升，收縮變形增大，當瀝青混合料的收縮變形應力大于自身具備的抗拉強度時，則會造成瀝青路面的開裂，上部裂縫不斷往周圍、下部擴展，則會形成上寬下窄的橫向裂縫帶。 伴隨著車輛不斷沖擊，既有裂縫則會變得越來越寬。

4.2 縱向裂縫

縱向裂縫的產生則主要是路面結構施工時， 路基施工質量欠佳，壓實度沒有達到設計要求，且路面荷載大于路基承載能力，導致路基不均勻沉降，縱向裂縫由此產生；新舊瀝青路面銜接施工接縫不合理，則會造成地表徑流的下滲，瀝青混合料則在水流作用下產生黏聚力衰減、表面脫落，也會形成路表縱向裂縫；項目排水設施施工不合理，會造成路基水毀病害，路面結構層之間的壓實度存在較大差異性， 不同位置的接縫存在明顯空隙，在外界復雜環境影響下，路面會形成輕微的縱向裂縫，一旦承受循環行車荷載作用，輕微裂縫則會發展為寬度較大的剪切破壞縱向裂縫。

4.3 龜裂

路面龜裂破壞在前期則主要表現為網狀交錯裂縫， 繼而不斷發展為多邊形大范圍裂縫。 龜裂病害產生的原因主要是車輛荷載作用下，路面結構底部出現點范圍的疲勞破壞，多類型環境因素侵蝕下，裂縫則會擴展至路面，表現出網狀錯綜復雜的病害。 龜裂多產生于瀝青路面結構不完整區域，且在行車情況復雜位置，龜裂病害極其嚴重[2]。

5 裂縫修補處治分析

針對上述存在的路面裂縫病害， 本文結合項目所處環境及裂縫成因開展灌縫膠瀝青路面養護應用分析。

5.1 原材料

灌縫膠原材料采取90 號基質瀝青，相對于70 號瀝青，90號瀝青具備良好的應用性能。 依據公路工程相關規范進行性能測試，90 號瀝青各項指標如表1 所示。瀝青混合料摻合料選取煤矸石，其表面呈棱角狀、光滑，煤矸石需要進行粉狀壓碎，形成灰黑色固體，細度60 目；水泥則選取冀東32.5 硅酸鹽水泥。 煤矸石、 水泥技術指標如表2 所示。 瀝青混合料級配為AC-13C，目標配比合成曲線圖如圖2 所示。

表1 90 號瀝青技術指標

表2 煤矸石、水泥技術指標

圖2 目標配比合成曲線圖

5.2 施工步驟

5.2.1 裂縫開槽

路面裂縫病害開槽處理需要依據裂縫形成方式的不同而采取相適應的開槽方式， 開槽方式決定了路面開槽結構的尺寸、類型。 現場裂縫多為長大裂縫，采取開槽機進行路面裂縫開槽時，則需要對開槽設備進行對準，并且依據實際情況和設計要求進行開槽寬度、深度的控制。

5.2.2 開槽清理

為了有效確保路面裂縫開槽界面和灌縫膠填料之間的接觸性及良好的密封效果，現場需要采取空氣高壓噴槍進行開槽底部清理工作，對開槽中的灰塵、碎石等雜質進行及時清除。 除此之外，為優化開槽界面和修補料之間的黏結性，可以采取鋼絲刷進行開槽底部的深度清潔；現場環境溫度偏低時，開槽位置處瀝青的黏結和融合則可借助于熱風機進行預熱干燥[3]。

5.2.3 填補料灌縫

路面開槽處理結束后， 技術人員則需要將填補材料進行灌縫處理， 灌縫機需要對準開槽部位， 并且合理調整其出料量，避免出現填料過多或缺失。 技術人員需要控制填筑截面略高于開槽界面，以便后續整平處理。

5.2.4 貼縫整平

當灌縫填補處理一定距離之后， 現場可以開動平地機進行填料壓實，平地機速度要保持緩慢勻速，以便達到最優壓實效果。 原路面需要和開槽壓實表面保持齊平，壓實處理后則需要采取鏟刀對壓出填料進行整平。 貼縫整平完成之后，需要讓修補位置溫度下降至45 ℃，即可恢復交通。

5.3 處治效果分析

灌縫膠進行瀝青路面裂縫處治之后， 原路面和修補料結合區域性能趨于穩定， 現場養護檢測技術人員則需要開展該路段的病害檢測評估，路段養護修復前后的路面狀況指數PCI評價結果如表3 所示。 結果表明，采取上述材料及級配的灌縫膠材料進行病害處治， 路面破損狀況評價系數PCI 都達到了優良級別。 路段上車道的路面破損情況較下車道較為嚴重，養護后的PCI 能夠滿足路面使用性能， 灌縫膠裂縫處治技術具備高效快速的效果，能夠為后續交通運行提供極大便利[4]。

表3 路面修復養護前后PCI 評價

6 結語