半剛性基層瀝青路面裂縫處治措施研究

楊 洋

（四川通惠公路勘測設(shè)計咨詢有限公司，四川 巴中 636000）

0 引言

近年來，我國交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善，公路工程的建設(shè)規(guī)模也日益擴大。經(jīng)調(diào)查可知，國內(nèi)道路的路面結(jié)構(gòu)層大概80%以上均為瀝青混合料路面，而瀝青路面大部分是采用半剛性基層。半剛性材料屬于脆性材料，溫縮變形大、容易開裂，隨著交通量和運營時間的不斷增長容易出現(xiàn)各種形式裂縫，進而誘發(fā)路面病害，降低路面適用性能，影響行車安全性和舒適度[1]。很多工程技術(shù)人員在開展瀝青路面裂縫病害處置時，主要采用工程類比法或當(dāng)?shù)靥幹谓?jīng)驗，使得處治方案偏于保守、費用過高。因此，研究半剛性基層瀝青路面裂縫處治措施是十分必要的。

1 半剛性基層瀝青路面裂縫類型及產(chǎn)生機理

1.1 路面裂縫類型

公路在運營期間，由于溫濕度變化、降雨、車輛等外部荷載原因，可能導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)一定程度的損傷。根據(jù)損傷原因不同，瀝青混合料路面可能出現(xiàn)各種類型的病害形式，其中，裂縫是半剛性基層瀝青路面最常見病害[2]。

根據(jù)裂縫的特征，可將其劃分成橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、網(wǎng)狀向裂（龜裂），其中橫向裂縫一般是垂直于車輛行駛方向，按照裂縫寬可分成輕度和重度，前者較細（小于3mm），裂縫沒有剝落現(xiàn)象或輕微剝落，后者裂縫較寬（大于3mm），裂縫剝落明顯；縱向裂縫是平行于車輛行駛方向，按照裂縫寬同樣分成輕度與重度，前者裂縫散落程度低，支縫數(shù)量少，后者支縫數(shù)量多；網(wǎng)狀裂縫通常是由多條的橫向裂縫與縱向裂縫相互交錯而成。

1.2 路面裂縫產(chǎn)生機理

半剛性基層瀝青路面的裂縫根據(jù)發(fā)生機理能分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類[3]。

低溫收縮裂縫出現(xiàn)機理是瀝青受溫度影響大，在冬季氣溫較低，導(dǎo)致瀝青應(yīng)力松弛無法抵消溫度應(yīng)力地持續(xù)增長，當(dāng)溫度應(yīng)力大于瀝青混合料抗拉強度，路面則可能出現(xiàn)橫向裂縫。反射裂縫主要是因為瀝青混合料路面所處的外界環(huán)境溫度驟降后，基層材料（如水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、二灰土等）會大幅度收縮，使得瀝青面層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)或增大原有裂縫。同時，反射裂縫還會受應(yīng)力疊加效應(yīng)的影響，加劇裂縫處應(yīng)變，使裂縫寬度增加；荷載裂縫產(chǎn)生機理是在反復(fù)車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過瀝青混合料容許拉應(yīng)力，從而使面層出現(xiàn)荷載裂縫，荷載裂縫一般為縱向裂縫。荷載裂縫的拉應(yīng)力分布形式如圖1 所示：

圖1：荷載裂縫拉應(yīng)力分布形式

2 半剛性基層瀝青路面裂縫檢測

各種形式的裂縫是引起半剛性基層瀝青路面使用性能衰減的直接原因，同時由于路面裂縫產(chǎn)生機理的復(fù)雜性，也使得路面裂縫的檢測難度加大。常用的路面裂縫檢測方法有自動檢測設(shè)備和人工檢測兩種[4]。

2.1 自動檢測設(shè)備

瀝青路面裂縫的自動檢測設(shè)備包括有超聲波、探地雷達、CCD 攝像機等，其中超聲波法是利用超聲波傳感器來接收路面反射超聲波以判斷路面是否存在裂縫，但其分辨率和動態(tài)響應(yīng)范圍較小，應(yīng)用存在局限性；探地雷達是通過高頻電磁波的發(fā)射與接收來識別路面裂縫，但是難以獲得裂縫的定量參數(shù)；CCD 攝像機是用于瀝青路面裂縫檢測的最廣泛方法之一，該方法是利用圖像采集卡高精度捕捉路面圖像，再對裂縫圖像進行后處理。

2.2 人工檢測

人工檢測方法需先量出路面上縱向、橫向、網(wǎng)狀、塊狀裂縫的尺寸，計算出裂縫面積，則裂縫面積與路面總面積的比值等于路面破損率DR，再根據(jù)DR 就能得到路面狀況指數(shù)PCI 值[5]，計算公式如下：

式中的破損面積可參考《公路工程技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（2018）中的指標(biāo)來確定，如表1 所示：

表1：瀝青路面破損權(quán)重系數(shù)

3 半剛性基層瀝青路面裂縫處治

3.1 工程概況

為了提高半剛性基層瀝青路面運營壽命，技術(shù)人員應(yīng)在理解裂縫病害機理的前提下分析了其處治時機和處置措施。文章以某公路項目為研究對象來分析路面裂縫的處治，該公路全長12.8 公里，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道一級公路，路面類型為瀝青混合料路面，結(jié)構(gòu)層總厚度為74cm：上面層5cm（AC-13C）+7cm 下面層（AC-20C）+SBS 改性瀝青封層+20cm 基層（5%水泥穩(wěn)定級配碎石）+20cm 底基層（4%水泥穩(wěn)定級配碎石）+20cm 級配碎石功能層。經(jīng)調(diào)查，該路段在運營期間出現(xiàn)了大量單一的縱橫向裂縫，單一縱橫向裂縫主要因基層疲勞開裂和低溫收縮開裂反射至面層所致，隨著病害進一步發(fā)展，縱橫向裂縫變密集，逐漸出現(xiàn)分支裂縫，導(dǎo)致成片的的裂縫交叉連接便形成塊狀裂縫，病害繼續(xù)發(fā)展，裂縫進一步密集，使得基層破碎、松散，路面結(jié)構(gòu)強度喪失，最后便發(fā)展成嚴(yán)重的龜裂。

3.2 路面裂縫處治時機確定

選擇合理的處治時機，是半剛性基層瀝青路面處治的關(guān)鍵問題之一。裂縫處治時機過早，容易造成資源浪費；裂縫處治時間過晚，路面使用性能難以恢復(fù)。目前，瀝青路面裂縫處治時機的確定方法主要是采用“路況評級法”[6]。

路況評級法指的是利用PCI 來表示原瀝青路面結(jié)構(gòu)特性和行車安全性、舒適度等，并構(gòu)建出路況等級、PCI 值和處治決策之間的關(guān)系。隨著公路運營時間的增加，瀝青路面使用性能會出現(xiàn)一定程度的劣化，其PCI 值也不斷減小。當(dāng)瀝青路面質(zhì)量下降40%，路面壽命達到設(shè)計值的75%時，為臨界狀態(tài)。公路運營超過臨界狀態(tài)之后，其使用性能會迅速下降、路面裂縫數(shù)量迅速增加，故可知臨界點之前對路面裂縫進行處治。

3.3 路面裂縫具體處治措施

半剛性基層瀝青路面的裂縫處治方案在確定時應(yīng)考慮以下幾方面的因素：第一，路面承載力。路面承載力直接決定了舊路面裂縫是否應(yīng)該處治；第二，經(jīng)濟性。舊瀝青路面裂縫處治方案應(yīng)當(dāng)進行技術(shù)性和經(jīng)濟性的雙重比選，以控制裂縫處治造價；第三，技術(shù)先進行。如果條件允許，瀝青路面處治應(yīng)盡量借鑒國內(nèi)外先進技術(shù)，選擇新材料、新工藝等。

根據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計資料可知，半剛性基層瀝青路面的填縫材料主要有基質(zhì)瀝青、乳化瀝青、橡膠瀝青、樹脂類材料等，各填料材料占比大致如圖2所示：

3.3.1 槽灌縫

開槽灌縫就是先采用開槽設(shè)備沿著瀝青路面的裂縫走向挖一道寬度為1～2cm，深度為2～3cm 的溝槽，再通過灌縫機和料泵馬達把加熱后的密封膠灌入切割好裂縫，以保持路面表層的完整。

3.3.2 填縫

填縫是一種傳統(tǒng)的瀝青路面裂縫處治方法，該方法不需要沿著路面裂縫來挖槽，只需要將填縫材料直接塞入縫隙即可，施工方法簡單，施工速度快，工程造價低，適用于不宜開槽路段。但是無法確保路面裂縫被完全填充，處治效果一般。

3.3.3 貼縫

貼縫技術(shù)是一種較新的裂縫處治措施，它是在裂縫表面清掃完成之后，直接將滲透性好、粘附性強的材料貼在裂縫表面，處治效果好，但造價較高。

3.3.4 龜裂處治

如果瀝青路面龜裂程度嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積松散脫落，但基層變化不大，重新恢復(fù)油面層即可，否則應(yīng)對基層挖補處治后再重鋪油面層。如果瀝青路面的龜裂未出現(xiàn)松散脫落，可灑油法或刷油法封住裂縫，以防止表面水滲入基層。其中灑油法適用于大面積龜裂，刷油法適用于小面積龜裂。

3.3.5 半剛性基層防裂

半剛性基層開裂一方面要嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，如集料粒徑、礦物級配、水泥劑量等，另一方面應(yīng)當(dāng)選擇合適的施工工藝，加強基層養(yǎng)護，避免干縮現(xiàn)象。同時，半剛性基層碾壓之前應(yīng)動態(tài)控制其最佳含水率，以保證其壓實度，降低基層開裂的可能性。

4 結(jié)語

在分析半剛性基層瀝青路面類型和養(yǎng)護機理的基礎(chǔ)上，探討了裂縫的檢測方法、處治時機、處治措施等，主要得到以下幾個方面的結(jié)論：

⑴半剛性基層瀝青路面裂縫可分為橫向裂縫、縱向裂縫、不規(guī)則裂縫、龜裂等。

⑵瀝青路面裂縫檢測方法有自動檢測設(shè)備和人工檢測兩種，常用自動檢測設(shè)備包括超聲波、探地雷達、CCD 攝像機等。

⑶半剛性基層瀝青路面裂縫處治方法有開槽灌縫、填縫、貼縫、灑油法或刷油法、基層防裂等。