高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害原因與養(yǎng)護(hù)對(duì)策研究

李鑫

（江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司，南京210000）

1 項(xiàng)目概況

滬渝高速公路太平立交至長(zhǎng)壽段全長(zhǎng)51.43 km，設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，設(shè)計(jì)路基寬度為24.5 m。該路段自建成通車以來(lái)，車流量增長(zhǎng)較快，受車輛荷載、路面結(jié)構(gòu)老化以及養(yǎng)護(hù)工作不到位等因素的影響，路面出現(xiàn)了不同程度的裂縫病害，嚴(yán)重影響了行車安全，同時(shí)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展也產(chǎn)生了一定影響。為改善該路段的行車條件，提高行車安全性以及舒適性，決定對(duì)該路段進(jìn)行修補(bǔ)以及針對(duì)性養(yǎng)護(hù)，以改善路面整體性能。本項(xiàng)目的難點(diǎn)在于該路段裂縫病害種類較多，基本包含了所有裂縫病害類型，其中部分路段縱向裂縫和橫向裂縫甚至橫跨兩個(gè)車道，處理難度較大。

2 高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害類型

高等級(jí)公路本身具有一定復(fù)雜性，同時(shí)導(dǎo)致瀝青路面病害的因素具有多變性以及不確定性，因此，會(huì)出現(xiàn)多種類型的裂縫病害，主要包括橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂以及塊狀裂縫[1]。

2.1 橫向裂縫

本項(xiàng)目中，公路全線普遍存在不同程度的橫向裂縫，部分路段裂縫嚴(yán)重，甚至貫穿多個(gè)車道，并且裂縫寬度較大；部分之前經(jīng)過(guò)灌縫處理的細(xì)小裂縫出現(xiàn)二次開(kāi)裂的情況，并且有進(jìn)一步加劇的趨勢(shì)；少部分路段裂縫嚴(yán)重，開(kāi)始出現(xiàn)支縫。通過(guò)對(duì)存在橫向裂縫的路段進(jìn)行取芯分析，判斷路面橫向裂縫的主要類型是溫縮裂縫與反射裂縫。

2.2 縱向裂縫

本項(xiàng)目中，縱向裂縫也是比較典型的裂縫病害之一。相較于橫向裂縫，縱向裂縫的數(shù)量略少，且出現(xiàn)位置比較集中，多見(jiàn)于行車道輪跡帶區(qū)域，裂縫基本都處于面層。通過(guò)對(duì)存在縱向裂縫的路段進(jìn)行取芯分析，初步判斷縱向裂縫的主要類型是面層疲勞裂縫，僅有少部分縱向裂縫是路基不均勻沉降造成的，具體表現(xiàn)為基層與面層均出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，并且裂縫是由下向上發(fā)展。

2.3 龜裂

龜裂也被稱之為皸裂或者網(wǎng)裂，具體表現(xiàn)為裂縫和裂縫相連接，構(gòu)成龜甲狀的、不規(guī)則的裂縫網(wǎng)[2]。公路全線普遍存在不同程度的龜裂，龜裂范圍與裂縫寬度大小不一。通過(guò)對(duì)存在龜裂病害的路段進(jìn)行抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)龜裂病害主要集中在面層，未發(fā)現(xiàn)基層開(kāi)裂的情況，處理難度相對(duì)較小。

2.4 塊狀裂縫

塊狀裂縫是瀝青老化喪失彈性后出現(xiàn)的一種裂縫病害，這是建成時(shí)間較早的高速公路普遍存在的裂縫病害[3]。該路段建成通車時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，瀝青路面面層開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的老化，基本喪失彈性，同時(shí)受不斷增長(zhǎng)的交通荷載以及溫差因素的影響，部分路段出現(xiàn)相互交錯(cuò)且無(wú)規(guī)則的裂縫。

3 高等公路瀝青路面裂縫病害原因分析

裂縫病害是瀝青路面最為普遍的病害形式之一，路面出現(xiàn)裂縫初期對(duì)于行車安全性與舒適性并不會(huì)產(chǎn)生較為明顯的影響，但是若不及時(shí)處理，則裂縫會(huì)不斷發(fā)展，逐漸擴(kuò)大、加深，從而對(duì)行車安全性、舒適性以及路面的美觀性均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至?xí)劤山煌ㄊ鹿?，造成人員傷亡。瀝青路面出現(xiàn)裂縫病害的主要原因是面層承載能力過(guò)低。尤其是部分建成時(shí)間較長(zhǎng)的瀝青公路，由于早期建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，且隨著交通運(yùn)輸量以及道路使用年限增加，路面面層在壓力作用下出現(xiàn)承載能力不足的情況，從而出現(xiàn)不同形式、不同程度的裂縫病害。瀝青路面裂縫病害在形成初期一般主要集中在面層，基層通常不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，但是若處理不及時(shí)，則裂縫處受雨水浸泡以及交通荷載壓力的影響，就會(huì)導(dǎo)致基層受到影響，強(qiáng)度與穩(wěn)定性降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害[4]。

高等級(jí)公路瀝青路面一般裂縫對(duì)于行車安全不會(huì)產(chǎn)生較大影響，但是隨著裂縫病害發(fā)展會(huì)逐漸衍生出其他病害，包括坑槽、翻漿、基層受損以及沉陷等，這些病害多是裂縫病害未得到及時(shí)妥善的處理所致。瀝青路面出現(xiàn)裂縫病害的原因見(jiàn)表1。

表1 高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害常見(jiàn)成因

該路段主要存在的裂縫病害包括縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫以及龜裂，產(chǎn)生裂縫的主要原因一方面是該路段重型貨車較多，對(duì)路面的壓力太大，超出了路面的承受極限；另一方面的原因就是在施工過(guò)程中材料配合比不當(dāng)，瀝青與粒料之間的黏結(jié)力沒(méi)有達(dá)到最大，在荷載的反復(fù)作用下路面就出現(xiàn)了各種裂縫。當(dāng)裂縫出現(xiàn)之后沒(méi)有及時(shí)合理地維護(hù)，導(dǎo)致雨水進(jìn)入路面基層，基層與面層之間逐漸出現(xiàn)空隙，最后形成龜裂或者網(wǎng)狀裂縫。此外，瀝青的老化和重載交通的增多也是路面裂縫的主要原因。

橫向裂縫的主要有反射裂縫與溫縮裂縫兩種，二者產(chǎn)生的原因不同，其中溫縮裂縫主要是基層材料失水收縮所致的橫向裂縫，還有部分因氣溫驟然降低所致的收縮裂縫。兩種裂縫均會(huì)導(dǎo)致路面承受較大拉力，當(dāng)拉力超出面層抗拉強(qiáng)度后就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，最終在車輛荷載與雨水浸泡作用下就會(huì)形成橫向裂縫。

縱向裂縫主要表現(xiàn)為疲勞裂縫。該路段的車流量較大且重載卡車較多，在車輛荷載作用下路面抗剪強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)車輛荷載超出路面抗剪強(qiáng)度上限時(shí)就會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。此外，還有一種是路基施工階段縱向溝槽的回填土壓實(shí)度不足或者強(qiáng)度不足，導(dǎo)致路基承載性能降低，出現(xiàn)不均勻沉降而導(dǎo)致路面縱向開(kāi)裂。

根據(jù)裂縫病害路段的取芯結(jié)構(gòu)顯示，該路段面層材料已經(jīng)出現(xiàn)了一定破壞，出現(xiàn)了由面層向下發(fā)展的縱向、橫向裂縫以及龜裂病害。目前，裂縫病害主要集中在面層，部分路段發(fā)展至中面層，基層基本完好，尚未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害。

4 高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害養(yǎng)護(hù)對(duì)策研究

瀝青路面裂縫病害若不及時(shí)、妥善進(jìn)行處置會(huì)造成嚴(yán)重后果，采用科學(xué)的修補(bǔ)、養(yǎng)護(hù)措施可以有效避免裂縫擴(kuò)大，同時(shí)能對(duì)基層起到保護(hù)作用，從而避免道路出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損壞。目前，處理瀝青路面裂縫病害的主要方法有灌縫、貼縫以及滋縫等，要求所采用的材料必須具備良好的黏結(jié)性、穩(wěn)定性、耐老化性以及高韌性，以保證封堵效果。

4.1 灌縫處理

灌縫處理指的是在瀝青路面裂縫病害區(qū)域沿著裂縫走向開(kāi)一條溝槽，一般情況下，溝槽寬度為1～1.5 cm，深度為1.5～2.0 cm，然后采用灌縫機(jī)將密封膠灌注到溝槽當(dāng)中，從而使瀝青路面恢復(fù)平整。灌縫處理整體造價(jià)相對(duì)較高，但是其處理裂縫病害的效果良好，可以有效延長(zhǎng)道路使用壽命。灌縫處理的施工流程如下：

1）開(kāi)槽。根據(jù)裂縫的寬度，采用開(kāi)槽機(jī)在裂縫病害處沿裂縫方向開(kāi)一條溝槽，要求溝槽要覆蓋裂縫。

2）清理溝槽。利用壓縮空氣泵對(duì)溝槽內(nèi)的灰塵、殘?jiān)约皽喜蹆蓚?cè)20 cm范圍內(nèi)的雜物、灰塵清理干凈，必要時(shí)可利用鐵刷進(jìn)行清理。

3）溝槽預(yù)熱。在環(huán)境溫度低于6℃的情況下，利用加熱烘干裝置對(duì)溝槽開(kāi)始預(yù)熱，要求火焰不能直接接觸路面，以免瀝青路面燃燒產(chǎn)生碳化物，預(yù)熱處理可以有效改善密封膠材料的黏結(jié)性，優(yōu)化修補(bǔ)效果。

4）灌縫。將選用的密封膠材料加入灌縫機(jī)中進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)定溫度后停止加熱并進(jìn)入保溫狀態(tài)；采用灌縫機(jī)將密封膠材料均勻灌注到溝槽內(nèi)，并在溝槽兩側(cè)5 cm范圍內(nèi)形成厚度為0.5 cm的封層，以覆蓋路面細(xì)小裂縫，優(yōu)化密封效果。

5）養(yǎng)護(hù)。灌注完密封膠后，需要等待密封膠完全冷卻，一般需要15 min，然后對(duì)灌注區(qū)域進(jìn)行清理，清掃路面殘?jiān)?，最后根?jù)當(dāng)?shù)貧鉁?，合理選擇開(kāi)放交通的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，清理工作完成后即可開(kāi)放交通，但是由于本項(xiàng)目中該路段車流量大、重載卡車多，因此，要適當(dāng)延遲開(kāi)放交通的時(shí)間。

4.2 貼縫處理

貼縫處理一般采用PCR-WⅢ型修復(fù)劑，這種材料是由進(jìn)口納米級(jí)橡膠材料制成，流動(dòng)性良好、細(xì)度模數(shù)小，可以充分填堵裂縫，封縫效果良好，并且極性高分子聚合物對(duì)于裂縫壁還能起到還原再生的作用，能夠增加修復(fù)材料與裂縫壁的黏附性[5]。貼縫處理的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須在裂縫區(qū)域開(kāi)溝槽，可直接進(jìn)行填縫，但是需要嚴(yán)格控制裂縫壁濕度，若裂縫壁濕度過(guò)大，會(huì)影響封縫效果。貼縫處理工藝流程如下：

1）清除裂縫壁的濕氣。裂縫壁的濕度對(duì)于封縫效果影響較大，因此，處理裂縫前首先需要清除濕氣，確保裂縫壁濕度符合施工要求，本項(xiàng)目中采用的是變頻螺旋式高壓熱氣噴機(jī)，該設(shè)備可以使裂縫壁均勻受熱，能夠起到良好的烘干效果。

2）灌注修復(fù)劑。采用灌縫機(jī)將修復(fù)劑灌注到裂縫當(dāng)中，確認(rèn)裂縫填充完成后，開(kāi)始在路面敷貼耐磨型涂聚脈彈性增強(qiáng)纖維布，并用橡膠錘將纖維布充分錘實(shí)在，確保無(wú)氣泡，與路面緊密貼合，等待15 min左右即可開(kāi)放交通[6]。

4.3 滋縫處理

滋縫處理工藝適用于較小的裂縫，本項(xiàng)目采用該工藝主要處理寬度在0.5 cm以下且深度較淺的龜裂病害，以避免裂縫持續(xù)擴(kuò)大，衍生出其他路面病害。滋縫處理采用的改性瀝青材料適用于滲水率在3%以下的路面，具體處理工藝流程如下：

1）安全措施。根據(jù)要求封閉施工區(qū)域，并在周圍擺放施工警示標(biāo)志。

2）清理裂縫。采用壓縮空氣泵、鐵鉤等工具對(duì)裂縫進(jìn)行清理，確保裂縫內(nèi)無(wú)灰塵、顆粒物，以免影響改性瀝青材料的黏附性。

3）灌注改性瀝青。采用注射器將加熱后的改性瀝青材料灌注到裂縫中，灌注完成后撒適量沙子，等待2 h左右，待改性瀝青材料完全冷卻后即可開(kāi)放交通。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)滬渝高速公路太平立交至長(zhǎng)壽段的裂縫病害進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該路段的裂縫病害成因主要是車輛荷載過(guò)大、瀝青材料老化、氣溫等，同時(shí)裂縫病害主要集中在面層，基層未出現(xiàn)開(kāi)裂情況，因此，采用灌縫、貼縫以及滋縫3種處理工藝，實(shí)際效果良好，有效延長(zhǎng)了道路使用壽命。