高速公路裂縫成因及日常養護關鍵技術研究

李文輝

（甘肅省酒泉公路事業發展中心高速公路養護所，甘肅酒泉 735000）

0 引言

隨著高速公路建設規模的擴大，養護任務越來越繁重，養護工作也面臨著重大挑戰。高速公路長時間服役使用，路面在外部自然環境和車輛載荷作用下逐步磨損老化，影響路面行車安全和舒適性，部分路面病害若不徹底處治可能誘發嚴重的交通事故。路面裂縫則是最常見且易擴展的病害，鑒于此，應深入探討高速公路裂縫成因，并做好日常養護工作，選擇合理可靠的養護技術手段，以此來提升公路安全性和行車舒適性，延長高速公路使用壽命。

1 高速公路裂縫的成因分析

1.1 施工因素

高速公路裂縫是指在路面上出現的不同類型的開裂或破損，通常是由多種因素引起的。施工因素是導致公路裂縫的主要因素之一，可以歸結為以下幾點：一是材料選擇。材料的質量和適用性對高速公路的耐久性至關重要。如果在施工過程中選用了不合格或不適當的材料，路面就容易出現開裂。例如，如果瀝青混合料中的某些成分不符合規范要求，就可能導致裂縫的形成。二是施工方法。施工方法的選擇和執行對路面質量有很大影響，比如，不合理的壓實度、溫度控制不當、壓實不足等，都可能導致路面的開裂[1]。另外，施工期間的交通負荷也會對路面產生壓力，如果沒有適當的交通管理措施，也可能導致裂縫的出現。三是設計和規范問題。如果高速公路的設計和規范存在問題，如路面厚度不足、交叉口和橋梁連接不當等，就容易導致裂縫的形成；設計不合理可能導致路面受到過大的應力，從而引發開裂問題[2]。四是天氣條件。施工過程中的天氣條件也會對路面產生影響，例如，在極端溫度下施工或者在雨水過多的情況下施工，可能導致裂縫的形成；溫度變化和水分滲透都是路面開裂的重要因素。五是施工質量控制。不適當的施工質量控制可能導致路面不均勻，厚度不足或過厚，這些問題都可能引發裂縫。同時，不合格的施工工藝和檢測也可能使問題長期存在而不被察覺。

1.2 氣候因素

氣候因素是指高速公路長期暴露在自然環境下，受到自然環境侵蝕影響，可能誘發多種裂縫病害，損害道路結構。在炎熱的夏季，路面暴露在高溫下，會導致路面膨脹，而在寒冷的冬季，路面則會收縮，反復地膨脹和收縮會導致路面材料的開裂，形成熱脹冷縮裂縫。雨水會滲透到路面下，在行車碾壓過程中形成唧漿，導致裂縫產生。濕度變化也會使路面材料發生膨脹和收縮，增加裂縫的風險。在寒冷的冬季，當路面中的水分凍結時，水會膨脹，增加了路面的應力，容易引發裂縫；當降雪過后，人工撒布融雪劑路面冰雪融化，雪水沿裂縫滲入基層，進一步凍結膨脹[3]。另外，路面長期受到紫外線照射，特別是西北地區，夏季路表溫度高達60℃，受紫外線的輻射加速路面老化，導致路面表層彈性失活，出現龜裂和表面剝落的病害。除此之外，極端天氣事件，如洪水和地震，也可能導致高速公路裂縫的形成和損壞，因為這些事件會對路面施加額外的力量和應力。

1.3 材料因素

高速公路施工中所選用的材料類型多樣，如果選擇不當，材料的質量不符合規范要求，如含水量過高、雜質多等問題，也會加劇裂縫出現。路面層的厚度直接影響其抗裂性能，如果路面層過薄，就容易受到外部應力的影響，從而引發裂縫。相反，過厚的路面層可能因不均勻瀝青混合或不適當的壓實度而產生開裂問題[4]。瀝青混合料的設計涉及瀝青的配合比、級配、瀝青黏度等參數，不合理的設計可能導致路面開裂。例如，過硬或過軟的瀝青混合料都會增加裂縫的風險；如果材料的變形抗力不足，當受到交通負荷或氣候變化的作用時，材料容易發生塑性變形，導致裂縫產生，縮短高速公路使用壽命。

1.4 地質條件因素

高速公路裂縫的成因不僅受到施工和材料因素的影響，還與地質條件密切相關。地下水位的變化對高速公路路基和路面的穩定性有著直接影響，在地下水位較高的地區，水分滲透可能導致路基松動和軟化，進而引發裂縫。不同類型的土壤對路面的影響有所不同，黏土土壤在吸水膨脹和干燥收縮方面表現較為顯著，容易導致路面變形和裂縫。砂質土壤則可能在地震等外部應力下發生松動，引發路面損壞。高速公路穿越不同的地形和地貌，這些地形和地貌的變化可能導致路面受到不均勻的應力。在特殊地質路段，設計的坡度和曲線可能導致路面受到額外的扭曲和變形，促使裂縫的出現。在鹽堿地帶，路基水穩層易受鹽脹作用，對路面穩定性產生影響，易發生裂縫，嚴重路段甚至產生路面隆起。如G7 京新高速白明段部分路段處于鹽堿地質帶，產生較多橫向裂縫和隆起。另外，地震也會對路基和路面施加巨大的應力，導致路面的斷裂和損壞，是不可忽視的一個因素。

1.5 行車荷載因素

行車荷載對路面施加了重要的應力，如果管理和處理不得當，就會導致路面裂縫的產生和擴展。首先，高速公路上的交通量和車輛類型對路面的損壞程度有著直接的影響，頻繁經過的重型卡車和大型商用車輛會對路面施加更大的荷載，增加路面應力，從而增加了裂縫的風險。其次，行車速度對路面荷載的分布和強度也有影響，高速行駛的車輛通常對路面產生更大的沖擊力，特別是在彎道和陡坡上可能導致路面的疲勞和開裂。過載的車輛可能對路面施加超出設計標準的荷載，導致路面材料的擠壓和變形，從而引發裂縫。車輛在路面上加速和制動操作使得車輛的輪胎對路面施加額外的負載，在一些高速公路的匝道口、大坡路段等，車輛大多減速制動，不可避免地加劇路面疲勞和損壞。

2 高速公路日常養護的重要性

高速公路作為現代交通網絡的重要組成部分，扮演著連接城市和地區的關鍵角色。為了保障高速公路的安全、流暢和可持續運營，日常養護工作至關重要。其重要性主要有以下幾個方面：

其一，延長使用壽命。高速公路的建設成本巨大，因此維護和延長其使用壽命至關重要。定期的養護工作可以及時發現并處理路面裂縫、坑槽、損壞等病害，防止病害的進一步惡化，從而延長路面和基礎設施的壽命。

其二，提高行車安全。路面坑槽、隆起和裂縫對行車安全構成嚴重威脅，可能導致車輛失控，引發事故發生，較差的路況甚至引發交通擁堵。通過及時處治路面病害，加強養護，可以提高高速公路的行車安全性和舒適性，減少交通事故的發生。

其三，降低維修成本。如果高速公路的損壞不及時修復，將導致更大范圍的維修工作，需要更多的時間和資金。日常養護可以幫助捕捉小問題，使其不會演變成大問題，從而節省了維修成本。

3 高速公路裂縫的日常養護關鍵技術

3.1 瀝青路面再生技術

高速公路的路面是經受極端條件和大量交通負荷的，因此裂縫的形成是不可避免的。為了維持路面的質量和延長其使用壽命，瀝青路面再生技術成為一項關鍵的日常養護技術。主要有以下幾種技術：

其一，熱再生技術。熱再生技術是一種通過將高溫熱源應用于老化或受損的瀝青路面（見圖1），以使其軟化和可重新使用的方法。這可以通過熱風或微波加熱來實現。一旦瀝青被軟化，可以進行混合料的再生和重新鋪設，從而修復路面損壞。

圖1 G30 線嘉安路瀝青路面熱再生技術

其二，重鋪技術。對原路面銑刨4cm 厚面層，處治底基層裂縫，重新鋪筑面層，徹底改善路面的性能[5]。

其三，微表處技術。對于路面細小裂縫可使用微表處進行處治，近年來，在G30 連霍高嘉安段、瓜新段采用玄武巖纖維微表處技術，添加的纖維材料起到加筋補強作用，增強了抗裂性、耐久性，填充裂縫并提高了路面的摩擦系數。

其四，熱噴射補修。熱噴射補修是一種將熱瀝青、還原劑等添加劑混合后，噴射到裂縫中以填充和封閉它們的技術。這可以迅速有效地修復小裂縫，防止其擴大成為更嚴重的問題，如PRDC 瀝健、科來福再生封層等。

3.2 路面裂縫處治技術

裂縫是高速公路路面上常見的問題，如果不及時處理，將會導致嚴重的路面損害和安全隱患。具體路面裂縫處治技術如下：

一是灌縫法。灌縫法是一種常用的路面裂縫修復技術，它涉及將專用的充填材料（通常是聚合物、膠黏劑或瀝青混合物），注入裂縫中。這些材料會填充裂縫內部，密封表面，并提高路面的抗水性和抗裂性能。灌縫法通常適用于小到中等寬度的裂縫，能夠快速、有效地修復路面問題[6]。

二是壓漿法。壓漿法是一種通過將特殊的漿料或砂漿材料壓入裂縫中以填充和密封的技術。這種方法常用于較寬和較深的裂縫，它可以加固路面結構，防止裂縫擴大，并提高路面的承載能力。壓漿法的使用通常需要專業設備和工程師的指導。

三是挖補法。挖補法是一種通過將受損路面部分切割或挖出，然后用新的路面材料填充和鋪設的技術。這種方法適用于廣泛的路面損害，如坑槽、裂縫和沉陷。挖補法可以修復嚴重的路面問題，但通常需要更多的時間和資源。

四是攤鋪法。攤鋪法是一種在裂縫上鋪設新的路面材料的技術。這種方法通常用于修復表面裂縫和裂縫的早期階段。攤鋪法可以提高路面的平整度和表面質量，減少駕駛員的不適感，并防止裂縫擴大。

通過上述裂縫處治技術，能夠有效地提升路面養護效果，但要充分考量裂縫大小、類型以及路面條件靈活選用。同時，定期進行路面檢查和維護，旨在及時有效解決裂縫問題，最大程度地提升高速公路安全性和使用性能。

3.3 預防性養護技術

預防性養護技術的應用旨在提前發現問題及時解決，降低養護成本，提升路面整體質量。良好的路面設計可以降低裂縫的發生率，考慮到地質條件、交通負荷和氣候因素，優化的路面設計可以減輕路面受力，降低裂縫的風險。選擇高質量、耐久性強的路面材料對于預防裂縫至關重要，充分實地勘查，合理化選擇瀝青混合料和路面基材料，可以提高路面的抗裂能力。選擇正確、適宜的施工方法，并做好施工全過程質量控制，能夠有效預防裂縫出現。因此，要保證高速公路路面層的均勻振實、充分壓實，以及正確的瀝青鋪設和壓實技術都可以降低裂縫的產生。

3.4 裂縫檢測技術

為了充分掌握路面裂縫位置、類型、大小和程度，可以選擇裂縫檢測技術輔助養護。使用高分辨率攝像頭和圖像處理技術可以建立自動化的視覺檢測系統，檢測路面表面的裂縫，借助系統能夠實時捕捉圖像，并通過計算機算法檢測和測量裂縫的類型和大小。激光掃描技術可以以非接觸的方式精確測量路面表面的高度差異，掃描儀器可以快速掃描大面積路段，提供高精度的數據，幫助確定需要修復的區域。

3.5 路面溫度監測技術

基于路面溫度監測技術能夠了解路面情況，提早發現導致裂縫出現的氣候條件，及早采取措施預防、規避。對此，在高速公路上布置溫度傳感器，可以實時監測路面的溫度。這些傳感器通常埋在路面中或安裝在路邊設備上。溫度傳感器可以監測路面溫度的變化，包括日夜溫差和季節性變化。熱像儀可以通過紅外線技術測量路面的溫度分布，這些設備通常由巡檢車輛攜帶，能夠在運行中實時捕捉路面溫度的圖像，有助于發現可能存在的熱點或異常溫度分布，這些異?？赡馨凳局鴿撛诘穆访鎲栴}。溫度傳感器和熱像儀收集的數據可記錄并分析，以便養護人員更好地了解路面溫度的變化趨勢。這些數據可以用于制定溫度變化模型，幫助預測路面收縮和膨脹的情況，從而預防裂縫的形成。一旦溫度監測系統監測到不正常的溫度波動或異常，它可以觸發警報，通知養護人員采取緊急措施。這有助于預防因氣象條件引發的路面損壞。溫度監測技術的使用可以提高高速公路養護的效率和響應速度，確保路面在不同氣象條件下保持安全和耐久。

4 結語

總的說來，高速公路長期使用會出現裂縫問題，致使路面行車舒適度和安全性下降。所以，為了避免裂縫出現，可以做好日常養護工作，把握養護技術要點，及時修補公路裂縫，為公路質量和安全提供保障。