半剛性瀝青路面裂縫的成因及解決對(duì)策

文/山東高速股份有限公司青島養(yǎng)護(hù)分中心 楊杰

瀝青路面根據(jù)其結(jié)構(gòu)受力特性可以分為剛性、柔性和半剛性路面，其中半剛性瀝青路面具有良好的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)具有很好的抗壓和抗剪性能，通過(guò)在下層設(shè)置剛性的混凝土基層并在上層設(shè)置瀝青消耗層，因此具有很好的路用特性，在我國(guó)設(shè)計(jì)實(shí)踐中采用最多。

公路在運(yùn)營(yíng)中不僅因?yàn)檐囕v荷載的反復(fù)碾壓作用，環(huán)境的溫度及侵蝕等效應(yīng)也持續(xù)不斷地施加，這使得道路在運(yùn)營(yíng)使用中很容易出現(xiàn)病害問(wèn)題，例如開(kāi)裂、唧漿、破損、沉陷等，其中開(kāi)裂問(wèn)題最為嚴(yán)重及普遍。因此，對(duì)裂縫的處置是道路養(yǎng)護(hù)的重要工作內(nèi)容，本文首先分析半剛性瀝青路面的裂縫形成原因，并指出路面開(kāi)裂問(wèn)題的解決對(duì)策和方法，結(jié)合G20青銀高速共計(jì)90.653km路段的養(yǎng)護(hù)管理工作為項(xiàng)目背景，分析半剛性瀝青路面裂縫的處理方法和管理養(yǎng)護(hù)策略。

裂縫成因分析

根據(jù)半剛性瀝青路面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其裂縫的分布特點(diǎn)，并明確各類裂縫產(chǎn)生的原因，從力學(xué)機(jī)理上掌握裂縫的發(fā)生和發(fā)展特性。

裂縫特點(diǎn)

半剛性瀝青路面的基層是剛性結(jié)構(gòu)如水泥混凝土或者砂石混凝土等，上部為瀝青層，因此存在上下層的剛度差異，在荷載或者結(jié)構(gòu)收縮作用下導(dǎo)致上部變形大而下部變形小，使得上部的變形受到下部基層約束，產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。因此，相對(duì)于其他瀝青路面其開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)也更大。

半剛性瀝青路面存在的裂縫類型有橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫，這些裂縫的產(chǎn)生機(jī)理有所不同，例如縱向裂縫主要是車輪作用下路面疲勞以及橫向不均勻沉降所致，橫向裂縫主要是路面的縱向不均勻變形所致，網(wǎng)狀裂縫則是溫縮以及瀝青混合料性能差所致。

裂縫成因分析

根據(jù)形成原因，裂縫的類型主要包括結(jié)構(gòu)性裂縫、疲勞裂縫、收縮裂縫、反射裂縫和復(fù)發(fā)型裂縫。

結(jié)構(gòu)性裂縫。因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)本身原因所產(chǎn)生的開(kāi)裂，例如路基沒(méi)有壓實(shí)導(dǎo)致的路基層不均勻沉降問(wèn)題，或者因?yàn)槁访鏀備伈黄秸⒛雺翰幻軐?shí)所引起的問(wèn)題，因?yàn)榭v向連接縫處理不當(dāng)所引起的開(kāi)裂問(wèn)題，因?yàn)椴牧吓浜媳燃霸O(shè)計(jì)控制不當(dāng)所引起的問(wèn)題等，這些都會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的強(qiáng)度和抗剪性能不足以滿足其正常使用。

疲勞裂縫。疲勞裂縫的形成就是荷載的反復(fù)作用，包括車輛荷載和溫度荷載，車輛荷載是車輪在反復(fù)碾壓作用下路面層產(chǎn)生持續(xù)的拉壓應(yīng)力，經(jīng)過(guò)交替循環(huán)使得瀝青面層底部開(kāi)始出現(xiàn)微裂縫，而后隨著持續(xù)的反復(fù)作用使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和擴(kuò)大，最后延伸到路面表層最終造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，出現(xiàn)疲勞斷裂和破壞。溫度荷載，則是在季節(jié)升降溫作用下使得初始開(kāi)裂不斷放大，晝夜交替以及季節(jié)交替作用使得瀝青面層受熱膨脹而受冷收縮，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)產(chǎn)生疲勞問(wèn)題。

收縮裂縫。收縮裂縫的產(chǎn)生原因是溫度內(nèi)外差所致，在驟然降溫及大幅度降溫作用下，路面溫度較低而內(nèi)部溫度較高，在溫差作用下使得表面瀝青層收縮受阻，產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力如果不能得到有效控制，則會(huì)引起路面層開(kāi)裂且形成貫穿性裂縫，裂縫深度和寬度持續(xù)增加使得開(kāi)裂問(wèn)題越來(lái)越發(fā)散。

反射裂縫。在半剛性瀝青路面中，底板是承載的主要結(jié)構(gòu)體，在受荷作用下底板會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力很大且大于底板基層本身的抗拉強(qiáng)度，則會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

復(fù)發(fā)型裂縫。復(fù)發(fā)型裂縫是指在裂縫出現(xiàn)后由于不正確的養(yǎng)護(hù)處置方法，使得裂縫出現(xiàn)復(fù)發(fā)，不僅原來(lái)的裂縫沒(méi)有得到解決，還會(huì)產(chǎn)生新的裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性病害。

路面裂縫的解決對(duì)策

半剛性瀝青路面開(kāi)裂可以從設(shè)計(jì)和施工角度進(jìn)行考慮，例如設(shè)計(jì)合理的瀝青面層厚度，加強(qiáng)瀝青混合料的品質(zhì)控制，改善瀝青混合料的配合比，增加基層黏性等手段，最為重要的是在瀝青面層開(kāi)裂后進(jìn)行修復(fù)，即裂縫的修復(fù)和修補(bǔ)技術(shù)。

傳統(tǒng)瀝青路面的灌縫修復(fù)

目前，通用的瀝青面層加固方法是進(jìn)行切割灌縫，采用純?yōu)r青灌入方式。然而，由于純?yōu)r青灌入既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境，操作工藝復(fù)雜，加之純?yōu)r青自身的收縮率比較低，在溫度作用下發(fā)生熱脹冷縮并使得裂縫反復(fù)出現(xiàn)，最終很難達(dá)到修復(fù)的效果，而且在修補(bǔ)過(guò)程中需要大量設(shè)備、人工，耗時(shí)長(zhǎng)，阻礙交通。

首先，灌縫一般需要開(kāi)槽，開(kāi)槽的過(guò)程需要借助機(jī)械設(shè)備，這往往和路面實(shí)際的裂縫走向不一致，直接導(dǎo)致灌縫的位置發(fā)生錯(cuò)位，因此存在顯著的缺陷。如果灌注的是較直的裂縫，開(kāi)槽就可以控制裂縫的位置，然而對(duì)于曲線分布或者彎曲很大的裂縫，開(kāi)槽機(jī)在使用過(guò)程中會(huì)有很大困難，使開(kāi)槽的一部分并不在裂縫的實(shí)際位置，而是在裂縫的邊緣。從表面上看是把縫灌注填實(shí)了，然而實(shí)際上灌漿材料并沒(méi)有進(jìn)入裂縫里面。由于本身開(kāi)槽位置與裂縫存在一定偏移，這使得開(kāi)槽和開(kāi)裂中間區(qū)域內(nèi)的混凝土很容易受壓破碎，造成裂縫周圍出現(xiàn)大面積的坑槽。

其次，開(kāi)槽修復(fù)裂縫增加了維修的相關(guān)費(fèi)用。采用開(kāi)槽手段，需要借助機(jī)械人工操作，不僅增加了人工成本和機(jī)械設(shè)備費(fèi)用，還因?yàn)殚_(kāi)槽本身增加了裂縫寬度，使得灌縫膠的用量大大增加，整體材料費(fèi)用增加且造成維修費(fèi)用的增高。

再次，通過(guò)開(kāi)槽方法使得表面產(chǎn)生了很大的裂縫帶，這極大地影響了路面本身的美觀性能，通過(guò)切割灌縫處理后，裂縫表面的顏色往往與道路原有的顏色存在很大的差別，且裂縫更加明顯，影響美觀和后期使用。

路面自粘壓縫帶修復(fù)

由于傳統(tǒng)瀝青路面裂縫灌縫修復(fù)方法具有顯著的技術(shù)弊端，因此急需一種簡(jiǎn)單實(shí)用的裂縫修復(fù)方式以解決上述問(wèn)題，提出一種路面自粘壓縫帶的瀝青路面裂縫修復(fù)技術(shù)。首先，這種自粘壓縫帶是由瀝青材料、胎基布、炭黑、橡膠、酚醛樹(shù)脂等組成制作而成的，本身具有黏結(jié)性能。采用壓縫帶可以直接覆蓋較小的裂縫，并使得裂縫區(qū)域與壓縫帶之間形成密實(shí)的連接，可以有效地防止裂縫區(qū)域的擴(kuò)展和發(fā)展，避免裂縫區(qū)域形成的坑槽、松散、崩塌等問(wèn)題。

路面自粘壓縫帶是一種新型的“安全封層”養(yǎng)護(hù)技術(shù)，無(wú)需設(shè)備，無(wú)損傷，無(wú)噪聲，無(wú)塵土污染；施工簡(jiǎn)單快捷，粘貼完畢，即可通車；隨時(shí)隨地，有縫就補(bǔ)。

工程案例分析

工程概況

G20青銀高速K27+060-K117+713共計(jì)90.653km，于1993年12月建成通車，設(shè)計(jì)行車時(shí)速120公里，雙向四車道。該高速公路運(yùn)營(yíng)使用多年，已經(jīng)存在很多病害問(wèn)題，該路段采用半剛性瀝青路面，出現(xiàn)了很多路面開(kāi)裂問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際分析，裂縫的發(fā)生不僅僅與瀝青混合料施工存在的缺陷有關(guān)，也與該路段運(yùn)輸荷載大、交通量大，以及常年季節(jié)溫度作用所致。因此，需要對(duì)裂縫進(jìn)行修復(fù)以確保路面的使用壽命。實(shí)際上，運(yùn)營(yíng)中該高速公路路面先后開(kāi)展了不同程度的局部裂縫修復(fù)工作，其中在2013年實(shí)施大修，但修復(fù)的手段都是采用傳統(tǒng)的灌縫工藝，隨著路面使用狀況的下降。這種修復(fù)技術(shù)并未有效地遏制裂縫的發(fā)生與發(fā)展，而是出現(xiàn)病害增多的趨勢(shì)。為此，山東高速股份有限公司青島養(yǎng)護(hù)分中心引入新型裂縫修補(bǔ)材料“壓縫帶”，通過(guò)大量的路面使用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，路面自粘壓縫帶不僅能夠?qū)崿F(xiàn)路面裂縫修補(bǔ)的冷作業(yè)，而且施工材料便攜實(shí)用，施工工藝簡(jiǎn)單有效。

路面裂縫修復(fù)效果

養(yǎng)護(hù)分中心在主線兩側(cè)使用貼縫帶修補(bǔ)裂縫共計(jì)2000m，裂縫寬度平均為0.5cm～1cm，裂縫類型多為行車道橫向裂縫。養(yǎng)護(hù)中心一年多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用推廣范圍大、裂縫區(qū)域修補(bǔ)后的強(qiáng)度顯著增加、整個(gè)工藝施工簡(jiǎn)單方便，減少了路面的污染。而采用傳統(tǒng)工藝修補(bǔ)瀝青路面裂縫消耗時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)路面交通的影響也很大。采用現(xiàn)在的新工藝，只需要對(duì)裂縫兩邊搭接5mm～10mm的壓縫帶，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的修補(bǔ)。修補(bǔ)完成后，采用人工壓實(shí)并揭開(kāi)隔離紙即可，前后時(shí)間僅僅需要5min。

通過(guò)該路面裂縫修復(fù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，表明該修復(fù)采用能夠在地面溫度-60℃～-20℃之間保持較好的伸縮性，因此可以在寒冷環(huán)境下使用，有效地防止道路的反復(fù)開(kāi)裂，可以在高速公路瀝青路面裂縫修復(fù)中廣泛推廣采用。