公路瀝青路面裂縫產生原因與處理措施

摘要 隨著交通網絡的發展，公路瀝青路面裂縫問題引起業內關注，路面裂縫不僅影響交通運輸，更降低了道路的使用年限。當前針對裂縫類道路損傷有大量的研究經驗，但由于我國氣候和地質情況差異較大，公路質量又與建設地點、施工工藝等諸多因素有關，因而文章以新疆某公路作為實驗對象進行研究。為深入分析瀝青路面裂縫的原因，對實驗路段進行勘察研究，對路面裂縫進行分類，并針對性分析各類裂縫影響因素，再通過PQI指標評價路面損傷對路面性能的影響。針對實驗路段存在的路面損傷問題，提出養護措施，并對養護后的道路進行跟蹤調查，發現路面裂縫處理措施可以解決路面損傷問題，增加道路的使用年限。

關鍵詞 瀝青路面；裂縫；養護工藝；PQI

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0161-03

0 引言

隨著我國交通運輸行業的快速發展，公路交通網絡覆蓋范圍越來越廣泛。瀝青路面是我國公路主要的路面形式之一，隨著道路使用年限的增加，路面的各類損傷逐漸凸顯，瀝青路面裂縫是最常見的道路損傷類型。瀝青路面出現裂縫損傷，首先會影響路面摩擦系數，致使路面的光滑程度大幅提高，嚴重時會導致交通事故。路面出現裂縫后，會在基層向縱深延展，破壞路面結構，降低路面荷載，嚴重時會影響道路的正常使用[1-3]。此外，路面出現裂縫會導致基層形成存水區域，不僅不利于路面排水還會擴大道路病害，影響路基的穩定性和耐久性，因此對瀝青路面裂縫展開研究十分必要。然而，公路建設情況受建設地點、氣候條件等諸多因素影響，路面裂縫產生原因和危害不可一概而論，因此應根據道路建設的實際情況進行針對性研究。

1 典型公路瀝青路面裂縫成因分析

1.1 公路建設概況

新疆位于我國西北，海拔較高且跨度大。就氣候條件而言，全年日照時間充足，晝夜溫差較大，屬于夏熱冬冷地區，年平均降雨量較少且具有明顯的地方性差異；就地形特點而言，新疆具有干旱荒漠的特征，地理環境較為特殊。獨特的氣候和地理條件決定了新疆公路建設工程面臨諸多問題和挑戰。

典型公路的選取應結合新疆地區的氣候條件，該文選取某國道克拉瑪依至塔城路段作為主要勘察實驗路段。G3015國道全長368 km，于2014年11月正式通車，其路面結構如圖1所示。土基主要為粉質黏土，其上層覆蓋20 cm的天然砂礫；設置32 cm的水穩層保證路基的排水性能和穩定性；瀝青混凝土層采用AC-25C、AC-20C以及AC-13C三種級配類型的材料鋪設，形成穩定的公路面層。

1.2 瀝青路面裂縫類型及成因

公路裂縫的形成受當地的氣候條件、交通荷載、道路使用年限以及工程質量等多種因素影響。該文通過對G3015公路的調查研究，發現該路段主要的道路損傷類型為裂縫型，路面橫向裂縫和縱向裂縫均存在。其中橫向裂縫主要與行車道垂直，縫寬大小不一，總體處于3～7 mm范圍內，裂縫的彎曲度較大，且末端多有分岔，裂縫的周邊伴隨著路面塌陷、破碎以及局部剝落等問題。根據橫向裂縫的分布情況，可以判斷其形成主要是荷載作用和低溫縮裂作用，在車輛荷載作用下，路面的拉應力超過其疲勞應力范圍，從而導致路面結構受損，出現結構性裂縫。除卻車輛荷載的作用，受新疆冬夏溫差大的影響，導致瀝青面層出現較大的膨脹和收縮，形成收縮裂縫。由于道路使用年限逐漸增加、收縮裂縫逐漸擴展，形成基層的反射裂縫，進一步擴大了路面的損傷程度[4]。

縱向裂縫主要沿道路的中心線分布，集中分布在車道的中間，裂縫寬度整體在4～6 mm范圍內。縱向裂縫的形成主要與施工過程和道路結構有關，在路面瀝青混合料攤鋪過程中若分幅銜接不完整，在道路使用過程中會在車輛荷載的作用下逐漸出現銜接性裂縫，這種裂縫通常延伸范圍較長，且寬度較大，對道路結構穩定性影響相對較大；其次，在瀝青混凝土路面進行壓實處理過程中，因壓實程度不夠或者壓實均勻性較差等會導致路面結構強度差異較大，在路基邊緣等結構強度較低的位置容易形成存水區域，從而導致路面出現局部沉陷，損傷進一步擴大后形成縱向裂縫。

研究表明，初始裂縫形成后在荷載和溫度的作用下會進行擴展延伸，當橫向裂縫和縱向裂縫共同出現時會在一定程度上阻斷其延伸趨勢，甚至會形成網狀裂縫。為深入研究橫、縱向裂縫的相互作用關系，對橫向裂縫的平均間距和縱向裂縫的長度進行對比，得到結果如圖2所示。可以看出，橫向裂縫的間距對縱向裂縫的發展有明顯的相關性，當橫向裂縫間距整體較小時，隨著橫向裂縫間距增大，縱向裂縫的長度變化較小，并展示出一定的不連續性，這可能是因為在溫度影響下，瀝青材料發生收縮，從而形成橫向裂縫。由于溫度作用時間短，橫向裂縫快速延展，此時縱向裂縫對溫度響應較慢。隨著橫向裂縫的進一步積累，路面受到車輛荷載作用次數逐漸增加，損傷程度進一步擴大；當縱向裂縫與橫向裂縫交匯時，車輛荷載作用對縱向裂縫的擠壓作用被橫向裂縫抵消一部分，降低疲勞損傷，使得縱向裂縫在橫縫處不連續。隨著橫向裂縫間距增大，縱向裂縫逐漸增大，就實驗路段而言，橫向裂縫的平均間距從16 m增加到28 m的過程中，縱向裂縫的長度增加了70 m，增幅達到233%。這主要是因為橫向裂縫間距較大，表明當前路段抗裂性能較好，此時路面的剪切疲勞發育更大，因而縱向裂縫的連續性更強，長度更大。

1.3 裂縫損傷對路面使用性能影響

根據《公路技術狀況評定標準》（JTG H20—2007）規定，選取PQI作為評價路面使用性能的主要指標。其中，PCI可反映路面的損壞狀況，實驗路段的路面主要為裂縫損傷；RQI表示的是路面的行駛質量，綜合評價車輛行駛的舒適度，反映出實驗路段在裂縫損傷作用下的行車質量；RDI表示的是路面的車轍深度，反映了路面的安全性能；SRI是指路面的抗滑性能指數，反映出在裂縫損傷的情況下，路面的安全性能；PSSI是指路面結構強度，是反映路面結構的穩定性和耐久性的重要指標。對實驗路段進行連續4年的路面使用性能分析，得到結果如圖3所示。可以看出，隨著道路使用年限的增加，PCI逐漸降低，在2014年至2015年之間最高下降了9.73%，其余的RQI、RDI、SRI、PSSI等指標分別下降了7.8%、1.4%、3.9%和0.8%，各項指標均呈緩慢下降趨勢，道路使用性能PQI整體下降了11.7%。這主要是因為隨著道路使用年限的增加，路面出現裂縫等損傷，這些損傷在逐漸擴大過程中降低了道路的抗滑性能以及行駛質量，降低了道路的結構強度，從而使道路整體的使用性能逐漸下降。

2 瀝青路面裂縫處理措施

2.1 瀝青路面裂縫養護措施

通常瀝青路面養護根據路面的損傷程度選取適當的措施，目前該文研究路段在工程上常用的裂縫處理措施主要包括灌縫、補強處理、加鋪罩面、路面封層等方式，其中，灌縫包括開槽灌縫、貼封等。開槽灌縫是指在路面的裂縫處開出一條1～1.5 cm寬的溝槽，再通過灌封機將密封膠加熱并灌注到裂縫中的方法。此類方法對裂縫的封閉效果好，可從結構上解決裂縫位置承載力下降等問題，有效的作用時間長，但其需要對裂縫進行預處理，前期的施工投入相對較高[5]。貼封處理時應先將處理好的溝槽用密封膠灌注一半深度，再將其灌注滿整個溝槽。灌縫處理施工時，首先是控制好密封膠溫度，施工前應先進行預熱，當溫度在200 ℃左右時方可用于灌縫；其次是要對溝槽進行清掃處理，每條裂縫或溝槽應至少掃吹2次，保證內部的灰塵雜質以及水汽在合理范圍內；最后要對處理路面進行養護，待15 min后密封膠充分冷卻凝固方可通車。

加鋪罩面是利用改性的乳化瀝青進行黏層處理后，在路面上加鋪改性瀝青，從而對路面的裂縫進行有效的填充和修復，這種方法可以有效提升路面的抗老化性能，但在應用中要注意對罩面材料的選擇，保證材料的密集型和較高的填充質量。

路面封層是在路面損傷較輕微的基礎上使用的公路養護方法，常見的路面封層包括碎石封層、霧封層等。碎石封層是在路面上噴灑黏結劑后鋪撒碎石集料，形成路面封層后還可增加路面的粗糙程度，提升路面的防滑性能；霧封層是利用改性乳化瀝青等材料霧化噴灑在路面上，從而形成封層，該種工藝在應用時應注意材料用量，避免用量過大降低道路的抗滑性能。

2.2 瀝青路面裂縫養護效果評價

為評價上述瀝青路面裂縫處理措施的效果，對處理路段進行為期兩年的數據跟蹤，選取了應用范圍較廣的開槽灌縫、貼縫以及加鋪罩面三種工藝進行研究，得到結果如圖4所示。可以看出，隨著道路使用年限的增加，修補的裂縫長度逐漸降低，三種工藝的實施效果有明顯差異。相較之下，開槽灌縫工藝應用范圍最為廣泛，加鋪罩面的處理工藝應用量最少，二者初始處理裂縫長度分別為57 300 m和43 890 m，兩年后二者裂縫的完好長度分別為49 048 m和28 350 m，成功率分別為85.6%和64.6%；貼縫工藝處理的裂縫長度兩年后衰減了3 213 m，成功率為95.3%，相較之下貼縫處理更適合該文研究路段。路面封層主要應用在路面裂縫損傷較輕的區域，整體來說作用范圍較小，但其成功率在81.6%，說明在裂縫發展前期進行養護可以達到較好的處理效果。

3 結語

該文通過對實際工程案例進行研究分析，得出以下結論：

（1）公路裂縫的形成受當地的氣候條件、交通荷載、道路使用年限以及工程質量等多種因素影響。實驗路段主要的道路損傷類型為裂縫型，路面橫向裂縫和縱向裂縫均存在。其中橫向裂縫主要與行車道垂直分布、縱向裂縫主要沿道路的中心線分布，集中分布在車道的中間。橫向裂縫和縱向裂縫具有明顯的相關性，橫向裂縫間距較小時，縱向裂縫長度較小；橫向裂縫間距增大，縱向裂縫長度增加。

（2）隨著道路使用年限的增加，PCI最高下降了9.73%，道路使用性能PQI整體下降了11.7%。這主要是因為隨著道路使用年限的增加，路面出現裂縫等損傷，這些損傷在逐漸擴大過程中降低了道路的抗滑性能以及行駛質量，降低了道路的結構強度，從而使道路整體的使用性能逐漸下降。

（3）該文研究路段在工程上常用的裂縫處理措施主要包括灌縫、補強處理、加鋪罩面、路面封層，貼縫工藝成功率最高，可達到95.3%，更適合該文研究路段。

參考文獻

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[4]楊燕澤， 王萌， 劉誠， 等. 基于語義分割的瀝青路面裂縫智能識別[J]. 浙江大學學報（工學版）， 2023（10）： 2094-2105.

[5]趙寧. 瀝青路面封水防滑網裂修復貼結構設計與材料優選[D]. 重慶：重慶交通大學， 2023.