高等級(jí)公路裂縫產(chǎn)生的原因及防治

鄭州大學(xué)水利環(huán)境學(xué)院 張國(guó)凱 陳明奎 楊欽濤

高等級(jí)公路裂縫產(chǎn)生的原因及防治

鄭州大學(xué)水利環(huán)境學(xué)院 張國(guó)凱 陳明奎 楊欽濤

現(xiàn)階段，我國(guó)高等級(jí)公路（包括高速公路和一級(jí)公路）路面主要為瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。瀝青混凝土路面具有表面平整、無(wú)接縫、行車(chē)舒適、耐磨、振動(dòng)小、噪聲低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得它在我國(guó)的高等級(jí)公路建設(shè)中被廣泛采用。本文，筆者分析了高等級(jí)瀝青公路路面裂縫產(chǎn)生的主要原因，并提出了裂縫預(yù)防與修補(bǔ)的方法。

一、高等級(jí)路面裂縫產(chǎn)生的主要原因

1.非荷載作用。瀝青是一種典型的彈塑性材料，具有較強(qiáng)的溫度敏感性，當(dāng)溫度降低時(shí)，黏性減小，脆性增加，容易產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于瀝青混合料的抗拉極限時(shí)，路面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。我國(guó)公路路面因非荷載作用而產(chǎn)生的裂縫以反射裂縫為主，由于路基材料，特別是半剛性路基材料（我國(guó)高等級(jí)公路路面多采用半剛性材料）的熱漲、干縮和疲勞等特性，使得路基在氣溫循環(huán)變化的作用下產(chǎn)生收縮裂縫和疲勞裂縫，這些裂縫由基層反射到面層，造成面層開(kāi)裂，進(jìn)而形成反射裂縫。

2.行車(chē)荷載作用。在車(chē)輪荷載的作用下，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，半剛性基層底部開(kāi)裂，并逐漸擴(kuò)展到上部，使瀝青面層遭到破壞。荷載型裂縫作用機(jī)理見(jiàn)圖1。

車(chē)輪駛過(guò)一次A、B點(diǎn)出現(xiàn)一次拉應(yīng)力循環(huán)。由于路面抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，而面層底部B點(diǎn)在車(chē)輪所受拉應(yīng)力較之表面A點(diǎn)在車(chē)輪駛進(jìn)或駛離后產(chǎn)生的拉應(yīng)力要大得多，因此，在荷載重復(fù)作用下路面裂縫通常從底部開(kāi)始發(fā)生，并逐漸擴(kuò)展到面層。特別是在車(chē)輛嚴(yán)重超載的情況下，B點(diǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)力將顯著增大。相關(guān)資料表明：車(chē)輛超限重量的增大和其對(duì)路面的損害是呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)的，超限10%的貨車(chē)對(duì)道路損壞會(huì)增加40%。由此可見(jiàn)，超載對(duì)路面的破壞是非常嚴(yán)重的，然而超載以及重載現(xiàn)象在許多高等級(jí)公路路面上常有發(fā)生。

二、高等級(jí)路面裂縫的預(yù)防及修補(bǔ)方法

公路路面裂縫預(yù)防及修補(bǔ)方法有很多，通常根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因及裂縫深度、寬度等方面的不同來(lái)選擇不同的方法。高等級(jí)公路路面行車(chē)速度大，在保證不影響通行的情況下需要高質(zhì)量快速養(yǎng)護(hù)，主要的方法有封層工藝處理、新材料壓漿處理及新工藝灌縫等。近兩年來(lái)，河南省大力推廣新工藝、新材料、新技術(shù)對(duì)高速公路裂縫進(jìn)行處理，取得了良好效果。

1.封層技術(shù)。封層技術(shù)主要包括同步碎石封層技術(shù)和稀漿封層技術(shù)等。兩者都具有較好的防水性能，但原理有所不同，前者主要是通過(guò)提供順暢的降水或滲入水的排除通道將水排出，而后者是通過(guò)形成一層密實(shí)的表層從而防止水分的滲入。同步碎石封層技術(shù)使用軟化期較長(zhǎng)的瀝青，適用于非剛性路面，碎石層具有較大的柔性、層間黏結(jié)力、抗剪力和良好的抗變形能力，能較大程度上提高半剛性基層瀝青路面的抗裂性，從而減少反射裂縫的產(chǎn)生，降低工程成本，延長(zhǎng)公路的使用壽命。國(guó)外對(duì)稀漿封層、同步碎石封層等路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的質(zhì)量成本進(jìn)行對(duì)比和研究發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到同等質(zhì)量的情況下，同步碎石封層的成本為稀漿封層成本的1/3左右。因此，在對(duì)高等級(jí)路面進(jìn)行封層處理時(shí)宜使用同步碎石封層技術(shù)，但還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況綜合選擇。

2.新材料壓漿。路面壓漿工程是處治有翻漿、唧泥特征的反射裂縫的主要方法，以前主要使用水泥作為壓漿材料，由于壓漿后封道時(shí)間不能達(dá)到水泥的養(yǎng)生要求，開(kāi)放交通后的交通荷載對(duì)水泥漿的凝固造成破壞，處理后不久，翻漿、唧泥仍會(huì)發(fā)生。近兩年來(lái)，采用引進(jìn)的高分子聚合物材料和密封膠材料壓漿，彌補(bǔ)了水泥壓漿工藝的不足。高分子聚合物壓漿材料具有體積膨脹迅速、滲透性強(qiáng)、穩(wěn)定后強(qiáng)度高、作用時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于反射裂縫處路面結(jié)構(gòu)層托空（因翻漿、唧泥造成）的病害處治。灌縫工藝的改進(jìn)及新型材料的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)灌縫的弊端，效果良好。新材料壓漿的使用設(shè)備為經(jīng)特殊加工配置的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，所用材料價(jià)格昂貴，造價(jià)在160～190元/m2（河南省內(nèi)），施工成本較高，但施工效果良好，經(jīng)該方案處理的病害基本不留“后遺癥”，因此是處理重度反射裂縫病害的首選。2006年，連霍高速開(kāi)封老東站收費(fèi)廣場(chǎng)路面翻漿、唧泥嚴(yán)重，經(jīng)本工藝處理后，截至目前，無(wú)類(lèi)似病害發(fā)生，該工藝現(xiàn)已在河南省內(nèi)廣泛推廣。

3.密封膠壓漿。密封膠壓漿材料具有滲透性好、液態(tài)流動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定后黏結(jié)性好的特點(diǎn)，注入路面結(jié)構(gòu)層后，能夠迅速滲入裂縫四周細(xì)微縫隙內(nèi)，通過(guò)強(qiáng)大的黏結(jié)能力重新將破壞部分修復(fù)，并且作用持久。該工藝造價(jià)在110～120元/m2，適用于中度反射裂縫的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。在2008年度連霍高速公路商丘段路面養(yǎng)護(hù)工程中，廣泛應(yīng)用該項(xiàng)工藝，效果良好。

4.注入式灌縫。在裂縫縫隙清理干凈后，將新型灌縫材料（魁道封層材料、密封材料或?yàn)r青CAP）用類(lèi)似注射的方式灌入裂縫中，起到封閉作用，以防止雨水下滲破壞路面結(jié)構(gòu)。該方法施工簡(jiǎn)便，不破壞原路面結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)路面造成污染，造價(jià)較低（10～12元/m），但施工機(jī)械化程度不高，需組織較多的技術(shù)工人。