高速公路瀝青路面裂縫成因及防治技術(shù)研究

賈　巍

(山西交通控股集團(tuán)有限公司太舊高速公路分公司,山西 陽泉　045000)

1　高速公路路面裂縫的主要原因

1.1　路面基層反射裂縫

我國(guó)高速公路路面基層通常采用半剛性基層，而縮裂一直是半剛性基層無法根治的問題。半剛性基層材料在溫度和濕度變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形開裂。當(dāng)溫度降低、水分散失會(huì)使其產(chǎn)生一定的體積收縮，收縮應(yīng)力超過基層結(jié)構(gòu)極限抗拉強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)縮裂。

水是導(dǎo)致路面基層開裂的主要因素。隨著水分的蒸發(fā)，半剛性基層材料體積收縮，產(chǎn)生收縮應(yīng)力。隨著水分不斷蒸發(fā)，收縮應(yīng)力不斷增大，吸附水膜不斷變薄，最后導(dǎo)致基層產(chǎn)生收縮開裂。

另外，施工中如果壓實(shí)度達(dá)不到要求，土質(zhì)不均勻，水泥水化作用和水分蒸發(fā)都會(huì)使含水率不斷減少，基層體積收縮，形成收縮裂縫。如果基層和面層之間沒有設(shè)置聯(lián)結(jié)層，裂縫會(huì)向面層擴(kuò)展，形成反射裂縫。

1.2　外界環(huán)境條件

在晝夜溫差較大或一年溫度變化較大時(shí)，高速公路溫度裂縫較多，一般主要表現(xiàn)為間距分布均勻的橫向裂縫。隨著溫度的下降，低溫持續(xù)時(shí)間的增加，溫度裂縫的數(shù)量也不斷增加，且溫度越低，開裂的寬度越大。

瀝青面層的溫度裂縫一般可分為低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。低溫收縮裂縫是由于溫度驟然下降時(shí)面層材料收縮，溫度應(yīng)力超過了瀝青混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的。溫度疲勞裂縫是在長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)作用下，是在溫度應(yīng)力小于極限抗拉強(qiáng)度的情況下產(chǎn)生的疲勞開裂。

另外，瀝青路面開裂往往是由多種因素綜合作用形成的，是在不同條件下多種因素交叉組合作用的結(jié)果。調(diào)查表明，如果瀝青路面排水能力不足，在雨季容易對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成水破壞，導(dǎo)致產(chǎn)生路面裂縫。路面開裂后，如沒有進(jìn)行及時(shí)處理，雨水通過裂縫的縫隙流入路面結(jié)構(gòu)，浸濕各結(jié)構(gòu)層材料甚至路基土，使各結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度降低，使用壽命縮短。裂縫內(nèi)的水分，在行車荷載的作用下，會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖刷作用，進(jìn)一步造成瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝落、松散等病害，加劇破壞整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的使用性能。

1.3　路基的影響

瀝青路面的施工質(zhì)量直接受路基的穩(wěn)定性影響，當(dāng)路基的穩(wěn)定性不足，出現(xiàn)不均勻沉降等破壞時(shí)，會(huì)造成基層開裂。如果基層與面層之間沒有設(shè)置應(yīng)力吸收層，基層的裂縫會(huì)很快反射到瀝青面層。因此，路基的穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)公路的穩(wěn)定性，路基的施工質(zhì)量問題會(huì)直接導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的破壞。

1.4　施工工藝

瀝青路面的施工過程中，由于沒有制定有效的質(zhì)量控制方案，導(dǎo)致施工中的質(zhì)量問題，也是導(dǎo)致瀝青面層開裂的主要原因之一。油石比選擇不當(dāng)、配合比不合格、拌和時(shí)間不夠、瀝青熱老化嚴(yán)重、攤鋪、壓實(shí)溫度控制不當(dāng)、接縫處治不當(dāng)?shù)榷紩?huì)造成瀝青面層出現(xiàn)不同程度的開裂。

2　高速公路瀝青路面裂縫的養(yǎng)護(hù)技術(shù)

2.1　瀝青路面裂縫養(yǎng)護(hù)的必要性

瀝青路面出現(xiàn)裂縫后，如果不進(jìn)行及時(shí)處理，雨水會(huì)沿縫隙滲入到路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)大面積的塊裂、龜裂、松散、剝落等病害。這些病害的產(chǎn)生會(huì)進(jìn)一步降低瀝青路面的使用性能，也會(huì)對(duì)承載力造成一定程度的影響，降低瀝青路面的使用壽命。同時(shí)，還會(huì)增加高速公路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。因此，瀝青路面裂縫應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，防止其發(fā)展擴(kuò)大。

2.2　瀝青路面裂縫質(zhì)量養(yǎng)護(hù)技術(shù)

調(diào)查表明，水是瀝青路面裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的主要原因，在進(jìn)行裂縫養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，應(yīng)及時(shí)封閉裂縫縫隙，避免水分滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。對(duì)瀝青路面裂縫的養(yǎng)護(hù)維修，可以有效防治滲透，恢復(fù)路面平整度和承載能力。

2.2.1開槽灌縫

使用切縫機(jī)沿路面裂縫切割出一條寬度約為10 mm～15 mm的槽，深度約為15 mm～20 mm，然后使用路面灌縫機(jī)將加熱的密封膠灌注到溝槽中，密封膠冷卻到常溫后，清理路面上的碎屑，方可開放交通。采用開槽灌縫，將路面裂縫有效封閉，有效避免雨水滲入到路面結(jié)構(gòu)中。采用開槽灌縫的使用年限長(zhǎng)，但是養(yǎng)護(hù)成本相對(duì)較高。

2.2.2貼縫—灌縫養(yǎng)護(hù)

瀝青路面貼縫—灌縫養(yǎng)護(hù)施工時(shí)，首先按照瀝青路面裂縫的走向進(jìn)行放樣，并使用石筆沿裂縫進(jìn)行標(biāo)記。放樣后使用變頻螺旋式高壓熱噴機(jī)對(duì)路面裂縫進(jìn)行烘縫。當(dāng)裂縫的縫壁溫度和濕度滿足灌縫要求時(shí)，使用帶有馬蹄靴的灌封機(jī)進(jìn)行充分灌縫，最后貼上耐磨型彈性增強(qiáng)纖維布，并使用橡膠錘進(jìn)行充分錘實(shí)，防止存在氣泡，使纖維布與裂縫周邊充分粘貼，養(yǎng)護(hù)15 min后開放交通。

2.2.3改性瀝青養(yǎng)護(hù)灌縫

對(duì)于寬度小于3 mm的瀝青路面裂縫，可采用改性瀝青灌縫養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)。施工中首先使用鐵鉤將裂縫內(nèi)的雜物清理干凈，再用吹風(fēng)機(jī)將裂縫內(nèi)的泥土雜物吹走，然后采用專用的注射器將改性瀝青灌入裂縫內(nèi)部，并在縫中撒入適量的砂，一般養(yǎng)護(hù)2 h后即可開放交通。

3　高速公路瀝青路面裂縫的防治措施

3.1　優(yōu)化瀝青面層厚度設(shè)計(jì)

瀝青混凝土面層屬于柔性結(jié)構(gòu)，其厚度應(yīng)綜合考慮各方面因素進(jìn)行計(jì)算分析確定。目前，國(guó)際上一致認(rèn)為應(yīng)將瀝青面層的厚度增加至15 cm～25 cm，可有效防止基層反射裂縫。同時(shí)，增加瀝青面層的厚度，可以提高路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，提高路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。面層厚度的增加受到路面標(biāo)高的限制，也會(huì)增加工程造價(jià)。

3.2　優(yōu)化半剛性基層材料組成

對(duì)半剛性基層材料組成進(jìn)行調(diào)整，提高半剛性基層的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少其溫縮和干縮系數(shù)，提高半剛性基層的抗裂性，減少基層反射裂縫。

3.3　加鋪路面防裂層和下封層

在面層與基層之間設(shè)置一層防裂層，可吸收基層應(yīng)力，防止產(chǎn)生反射裂縫?？蛇x用級(jí)配良好的碎石層作為上基層，與下部的半剛性基層形成“組合基層”。級(jí)配碎石防裂縫不僅能防止和減少反射裂縫，還可以提高基層的排水能力。

下封層可以防止雨水下滲破壞基層，并可防止雨水繼續(xù)下滲。當(dāng)采用半剛性基層時(shí)，應(yīng)盡量考慮設(shè)置下封層，一般采用單層式瀝青表面處治、乳化瀝青稀漿封層作為下封層。

3.4　基層預(yù)切縫

在瀝青面層施工前，按一定間距對(duì)半剛性基層進(jìn)行切縫，使水穩(wěn)基層裂縫僅發(fā)生在基層，不產(chǎn)生反射裂縫。

4　結(jié)語

高速公路瀝青路面使用中受到多種因素的復(fù)合作用，普遍存在開裂的情況，但只要對(duì)裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行認(rèn)真分析，及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，可有效恢復(fù)瀝青路面的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。分析瀝青路面裂縫的類型和成因，有針對(duì)性的選擇養(yǎng)護(hù)技術(shù)對(duì)裂縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，有效控制其進(jìn)一步發(fā)展。在瀝青路面設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行裂縫的防治，加強(qiáng)裂縫修補(bǔ)的養(yǎng)護(hù)管理，盡量避免或減少裂縫的產(chǎn)生，提高瀝青路面的穩(wěn)定性和耐久性，減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。