瀝青路面裂縫成因及防治措施分析

孟巖

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)公路基本建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，烏魯木齊 830002）

1 引言

目前，瀝青材料以其良好的美觀(guān)性、優(yōu)良的降噪效果以及舒適性已成為我國(guó)公路工程路面材料的首選。然而受荷載及溫度影響，瀝青路面常常會(huì)產(chǎn)生明顯的裂縫，且隨著時(shí)間的推移，裂縫將逐漸發(fā)展直至誘發(fā)更為嚴(yán)重的深層裂縫。這些裂縫的形成不僅會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞，降低行車(chē)舒適性，而且地表水及降雨等可通過(guò)裂縫浸入路基結(jié)構(gòu)，從而誘發(fā)路基不可逆的破壞。與此同時(shí)，裂縫的存在破壞了原有路面的完整性，導(dǎo)致其承受荷載的能力顯著降低，并最終造成路面結(jié)構(gòu)的完全破壞?；诖耍疚膹臑r青路面裂縫的分類(lèi)入手，深入探討裂縫的成因機(jī)理，提出與之對(duì)應(yīng)的瀝青路面裂縫的防治方法，為裂縫防治工作提供技術(shù)支撐。

2 瀝青路面裂縫分類(lèi)及成因分析

2.1 常見(jiàn)的瀝青路面裂縫

瀝青路面裂縫大致包含以下幾種類(lèi)型：橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫、荷載裂縫、溫度裂縫以及反射裂縫[1]。其中，橫向、縱向以及網(wǎng)狀裂縫均反映了裂縫的形態(tài)[2，3]，如圖1 所示，具體可通過(guò)對(duì)比公路路面上的裂縫形態(tài)進(jìn)行區(qū)分；荷載、溫度以及反射裂縫均反映了裂縫的形成原因。由于瀝青路面裂縫的成因各異，因此，對(duì)裂縫進(jìn)行處治之前必須明確其成因，以便于采取針對(duì)性的防治措施來(lái)處治瀝青路面的裂縫問(wèn)題。

圖1 常見(jiàn)的瀝青路面裂縫類(lèi)型

2.2 裂縫成因分析

瀝青路面裂縫的分類(lèi)方法和類(lèi)型較多，但均是由荷載、溫度以及裂縫反射等原因造成的[4，5]。以下將從荷載、溫度、裂縫反射以及設(shè)計(jì)施工4 個(gè)方面對(duì)裂縫成因進(jìn)行探究。

1）車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中一方面會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生豎向作用力，并且在制動(dòng)或啟動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生橫向作用力，同時(shí)伴隨著一定的振動(dòng)荷載。在車(chē)輛長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用下，路面將產(chǎn)生疲勞損傷，隨著時(shí)間的推移，疲勞損傷逐漸累積直至超過(guò)了路面的承載能力，路面將逐漸破壞乃至出現(xiàn)裂縫。此類(lèi)裂縫一般位于基層和面層，在長(zhǎng)期作用下，裂縫將逐漸貫穿整個(gè)路面結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的不可逆破壞，這便是荷載裂縫的形成機(jī)理。

2）溫度型裂縫是由于公路各結(jié)構(gòu)層的溫度差造成的。瀝青路面常采用分層處理工藝，由于各層施工材料的性質(zhì)及導(dǎo)熱性能的差異，各結(jié)構(gòu)層之間將由于溫差而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，并最終誘發(fā)層間的溫度裂縫。常見(jiàn)的溫度裂縫可分為低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種類(lèi)型。瀝青在高溫時(shí)一般可視為典型的黏彈性材料，在高溫狀態(tài)下并不會(huì)產(chǎn)生明顯的溫度應(yīng)力，在低溫狀態(tài)下瀝青會(huì)發(fā)生硬化并收縮，在不同層間由于瀝青的低溫收縮特性將產(chǎn)生顯著的溫度應(yīng)力并最終超過(guò)路面結(jié)構(gòu)層能夠承受的極限，從而造成瀝青路面的層間裂縫。一旦路面結(jié)構(gòu)中的底層和面層未完全黏結(jié)，面層產(chǎn)生收縮應(yīng)力后將無(wú)法得到有效限制，從而進(jìn)一步加速瀝青路面產(chǎn)生低溫開(kāi)裂。

溫度疲勞裂縫一般多發(fā)生在溫差較大且溫度變化頻繁的地區(qū)，并且溫度的迅速波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致路面疲勞損傷，此時(shí)，即使瀝青低溫收縮產(chǎn)生的溫度應(yīng)力未達(dá)到路面允許值，但由于路面產(chǎn)生的疲勞損傷降低了瀝青的彈性模量，因此，在長(zhǎng)期荷載和溫度變化的雙重作用下瀝青路面老化的進(jìn)程將會(huì)顯著加快，導(dǎo)致瀝青材料被破壞，并最終對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

3）反射裂縫指在原有開(kāi)裂的瀝青路面上鋪設(shè)新路面，在荷載作用下再次出現(xiàn)裂縫并最終導(dǎo)致表層開(kāi)裂。反射裂縫一般亦可分為溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫。溫度型反射裂縫由于溫差在瀝青面層產(chǎn)生溫度應(yīng)力，特別是在基層開(kāi)裂位置處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在長(zhǎng)期溫差的影響下，產(chǎn)生反射裂縫并最終擴(kuò)展至路面表層。荷載型反射裂縫與溫度型反射裂縫類(lèi)似，常會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力集中區(qū)，在長(zhǎng)期循環(huán)荷載的作用下，瀝青面層內(nèi)部損傷將進(jìn)一步加劇，當(dāng)損傷累積到瀝青路面的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，將在下面層產(chǎn)生裂縫并逐漸上延至路面表層。

4）設(shè)計(jì)施工條件也是誘發(fā)瀝青路面開(kāi)裂的一大主要原因。在設(shè)計(jì)過(guò)程中瀝青層厚度過(guò)小或?yàn)r青材料不合理均會(huì)導(dǎo)致路面裂縫。在施工過(guò)程中，瀝青層厚度過(guò)小碾壓不實(shí)；瀝青配合比不合理，混合料碾壓不密實(shí)；路面壓實(shí)不達(dá)標(biāo)，路基、面層和基層均存在微裂縫等，均會(huì)導(dǎo)致路面裂縫。因此，在設(shè)計(jì)和施工階段必須嚴(yán)格把控瀝青路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量指標(biāo)。

3 瀝青路面裂縫預(yù)防措施

3.1 設(shè)計(jì)階段

瀝青路面裂縫的首要原因便是路面設(shè)計(jì)存在不合理之處，缺乏對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的考察或考察過(guò)于粗略，造成設(shè)計(jì)方案與實(shí)際施工條件之間存在出入，導(dǎo)致施工質(zhì)量難以滿(mǎn)足實(shí)際需求而造成路面裂縫。為了減少路面裂縫，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)從以下4 方面入手：首先，應(yīng)開(kāi)展廣泛的實(shí)地調(diào)查，必須了解當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、氣候、地質(zhì)條件等，確保路面設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足工程需求；其次，應(yīng)盡可能選取當(dāng)?shù)胤€(wěn)定性好、強(qiáng)度高以及不易破壞的材料作為路面基層材料，從而減小路面開(kāi)裂的概率；再次，瀝青材料的選擇是關(guān)系公路質(zhì)量及路面開(kāi)裂與否的關(guān)鍵因素，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)著重考慮其材料的穩(wěn)定性，從根源上避免路面裂縫；最后，面層厚度的確定也是至關(guān)重要的。相關(guān)研究表明，一般將瀝青面層的設(shè)計(jì)厚度確定在120～190 mm，能極大地避免瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫。只有不斷地修正和改進(jìn)瀝青路面的設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，才能為保證施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

3.2 施工階段

常見(jiàn)的路面裂縫大多是因?yàn)槭┕み^(guò)程中缺乏對(duì)施工質(zhì)量及材料質(zhì)量的監(jiān)督及檢查造成的。一般在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守以下6 點(diǎn)：（1）在施工階段應(yīng)盡可能采取連續(xù)施工的作業(yè)方式，其不僅可以保證路面結(jié)構(gòu)各面層間的聯(lián)系性，還有效降低了路面層間污染，保證了路面結(jié)構(gòu)的完整性。（2）路面的養(yǎng)生工作必須嚴(yán)格落實(shí)到位。例如，半剛性基層在養(yǎng)生階段其內(nèi)部結(jié)構(gòu)將逐漸密實(shí)，且強(qiáng)度逐漸增大；（3）鋪設(shè)防裂層。通過(guò)在面層和基層間鋪設(shè)防裂層布，可有效削減基層間產(chǎn)生的荷載或溫差應(yīng)力，從而有效預(yù)防因反射裂縫產(chǎn)生的路面破壞。（4）嚴(yán)格把控材料質(zhì)量及施工質(zhì)量。施工材料必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審核，確保材料滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及施工要求。（5）做好路面壓實(shí)作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓過(guò)程中應(yīng)確保壓路機(jī)的合理配置，并且確保碾壓作業(yè)緊隨攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，進(jìn)而保障路面的壓實(shí)效果。（6）施工人員應(yīng)在施工前對(duì)施工中需要用到的專(zhuān)業(yè)技術(shù)有明確的認(rèn)識(shí)，且要進(jìn)行針對(duì)性的培訓(xùn)，從而保證員工在施工過(guò)程中能夠熟練地完成相關(guān)作業(yè)。

3.3 材料選取

為保證瀝青面層的抗裂性能，施工過(guò)程中一般可采用橡膠瀝青作為表層瀝青材料；其次，可在路面結(jié)構(gòu)碾壓施工結(jié)束后布設(shè)橫向通縫，從而避免溫度裂縫的產(chǎn)生；此外，在瀝青拌和過(guò)程中摻入纖維材料，可以在一定程度上防止瀝青產(chǎn)生低溫收縮，這也是有效避免溫度裂縫的途徑之一。

4 瀝青路面裂縫處治措施

瀝青路面一旦產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，必須及時(shí)開(kāi)展相應(yīng)的修復(fù)工作。目前，我國(guó)常用的裂縫處治技術(shù)主要有壓漿法、稀漿封層法、灌縫法、薄層罩面法以及路面再生法5 種。以下對(duì)此類(lèi)處治措施的特點(diǎn)及其適用條件開(kāi)展深入探討。表1 列出了常見(jiàn)的路面裂縫處治技術(shù)的特點(diǎn)以及適用范圍。

表1 常見(jiàn)瀝青路面裂縫處治措施的特點(diǎn)以及適用范圍

壓漿法是瀝青路面常用的修復(fù)方法。在明確瀝青路面實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，科學(xué)篩選水泥材料，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水灰配比的控制，保證水泥砂漿制備的質(zhì)量。同時(shí)，作業(yè)人員必須嚴(yán)格按照壓漿法施工的相關(guān)規(guī)范開(kāi)展作業(yè)，避免返工。在修復(fù)過(guò)程中，一般將注漿壓力控制在約1.5 MPa。壓漿法在修復(fù)瀝青路面裂縫方面具有效果好、成本低以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且其不僅適用于路面裂縫治理，在路基病害處理中也同樣適用。

稀漿封層可用于路面開(kāi)裂初期，以有效阻止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。其采用的材料一般為乳化瀝青，操作簡(jiǎn)單，所需設(shè)備普遍，主要應(yīng)用于高等級(jí)公路的路面處治。通過(guò)稀漿封層措施處治過(guò)后，不僅可修復(fù)路面裂縫，還能有效提升路面的耐磨性。然而，該方法一般需要較長(zhǎng)的施工穩(wěn)定期。

灌縫法通過(guò)采用開(kāi)槽機(jī)對(duì)瀝青路面裂縫進(jìn)行開(kāi)槽擴(kuò)縫后，采用灌縫機(jī)將專(zhuān)用灌封膠注入縫隙內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)路面裂縫的修復(fù)。該方法是目前瀝青路面處治措施中最常用的。該方法操作簡(jiǎn)單、施工快捷，能夠廣泛適用于縱向、橫向等較為規(guī)律的初期線(xiàn)性裂縫處治，且符合環(huán)保要求。該方法的施工流程一般為交通導(dǎo)流、準(zhǔn)備工作、找縫、開(kāi)槽、清槽、灌縫和養(yǎng)護(hù)等。需要注意的是，該方法適用于處治寬度≤15 mm 的裂縫。

罩面處治是通過(guò)在原瀝青路面上鋪設(shè)新的瀝青面層從而達(dá)到預(yù)防路面裂縫的一種預(yù)防性養(yǎng)生措施。其不僅可以對(duì)原有破壞的瀝青路面進(jìn)行修復(fù)，還延長(zhǎng)了道路的使用壽命。根據(jù)其施工工藝的不同，又可細(xì)分為冷薄層、熱薄層及溫薄層罩面3 種。以溫薄層罩面為例，其不僅具有冷薄層罩面污染小、能耗低的特點(diǎn)，還具有熱薄層罩面技術(shù)成熟、性能好等優(yōu)點(diǎn)，是將熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料拌和而成的一種新型混合料。罩面施工工藝前的準(zhǔn)備工作包括原路面調(diào)研、罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配合比設(shè)計(jì)以及原路面的處治工；隨后開(kāi)展瀝青混合料的拌和與運(yùn)輸、攤鋪以及壓實(shí)作業(yè)。由于瀝青罩面厚度薄，施工過(guò)程中必須嚴(yán)格把控各環(huán)節(jié)的溫度。

路面再生技術(shù)是通過(guò)把需要翻修的瀝青路面經(jīng)回收、破碎、篩分以及與新材料進(jìn)一步拌和，并重新鋪設(shè)路面的一種技術(shù)。該技術(shù)不僅節(jié)約了施工成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的循環(huán)使用。瀝青路面再生根據(jù)再生料的拌和及施工溫度一般可細(xì)分為冷再生和熱再生，適用于面層未完全老化及下層結(jié)構(gòu)完好的路面。

5 結(jié)語(yǔ)

公路瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因具有多樣性，其不僅受設(shè)計(jì)階段和施工階段的影響，同時(shí)路面材料也在其中起著關(guān)鍵性的作用。因此，在施工過(guò)程中必須特別重視瀝青路面裂縫的預(yù)防和處治工作。當(dāng)裂縫產(chǎn)生時(shí)應(yīng)及時(shí)分析裂縫產(chǎn)生的原因，從而科學(xué)地選擇處治措施，預(yù)防裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，最終為行車(chē)安全提供有力的保障。