瀝青路面半剛性基層裂縫處治技術(shù)研究

馮好娟

摘要 半剛性基層是我國高速公路最常用的基層，具有強度穩(wěn)定、行車舒適性高及造價經(jīng)濟的優(yōu)點。但是半剛性基層由于材料特性隨著外部環(huán)境的變化及其混合料內(nèi)部應(yīng)力、體積的變化，易產(chǎn)生裂縫并反射到路面面層。文章以烏魯木齊某高速公路為例，通過對該公路進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，分析瀝青路面半剛性基層裂縫產(chǎn)生機理。根據(jù)裂縫產(chǎn)生機理，提出三種裂縫處治方法對該公路裂縫進(jìn)行處治，處治完成后對半剛性基層無側(cè)限抗壓強度進(jìn)行檢測。

關(guān)鍵詞 瀝青路面;半剛性基層;反射裂縫;處治技術(shù)

中圖分類號 U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0125-03

0 引言

半剛性基層在我國高速公路中被廣泛應(yīng)用，其具有強度高、穩(wěn)定性好、造價低以及對建筑材料要求低等優(yōu)點。并且半剛性基層能夠有效減小瀝青面層厚度，節(jié)省瀝青及礦料[1]。半剛性基層由無機結(jié)合料、粗集料、細(xì)集料和水拌合形成混合料，其混合料經(jīng)過碾壓后形成具有一定強度的板體結(jié)構(gòu)[2]。在板體成型過程中，由于材料本身缺陷，半剛性基層漲縮系數(shù)大，體積安定性差，易產(chǎn)生收縮裂縫，在車輛荷載的作用下將基層裂縫反射至瀝青面層，造成瀝青路面開裂[3]。水沿著裂縫進(jìn)入基層，由于基層不易排水造成路基路面出現(xiàn)病害，半剛性基層強度下降，且力學(xué)強度下降后必須進(jìn)行開挖換填。對于重載交通嚴(yán)重的路段，半剛性基層強度下降更快，裂縫問題是半剛性基層瀝青路面最常見的問題也是亟須解決的重點問題，其他病害大部分是由裂縫病害演變而來[4]。因此半剛性基層瀝青路面裂縫的處治是當(dāng)前實際工程中需要解決的問題。該文以烏魯木齊某高速公路為例，通過對該公路進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，分析半剛性基層瀝青路面裂縫產(chǎn)生機理，根據(jù)裂縫產(chǎn)生機理分析裂縫處治方法的可行性，確定最佳處治方法。通過對該公路段進(jìn)行瀝青路面裂縫處治施工，施工完成后對裂縫處治處進(jìn)行檢測，得出檢測結(jié)果。

1 裂縫產(chǎn)生機理分析

裂縫產(chǎn)生的機理不同采用裂縫處治的方法也不同，為了能夠掌握半剛性基層瀝青路面裂縫產(chǎn)生機理，科學(xué)地選用裂縫處治方法。以烏魯木齊某半剛性基層高速公路為調(diào)查對象，對其進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析裂縫產(chǎn)生機理。

1.1 半剛性基層瀝青路面裂縫病害調(diào)查

1.1.1 工程概況

烏魯木齊某高速公路段全長27.6 km，設(shè)計速度120 km/h，雙向六車道。公路路面基層選用無機結(jié)合料穩(wěn)定材料，面層材料選用瀝青瑪蹄脂碎石。烏魯木齊屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫11 ℃，年極端低溫?16 ℃，年極端高溫26 ℃，年平均降雨量249 mm，降雨集中于春季。該高速公路段通車6年以來，在環(huán)境因素和行車荷載共同作用下，瀝青路面結(jié)構(gòu)整體性良好，但出現(xiàn)較多表面病害，其中裂縫病害最為嚴(yán)重，需要對該公路路面進(jìn)行病害處治及預(yù)防養(yǎng)護(hù)。

1.1.2 調(diào)查結(jié)果

通過對烏魯木齊某高速公路段裂縫病害調(diào)查，得到該公路段存在裂縫病害類型結(jié)果如表1所示。

由表1裂縫病害調(diào)查表可得，該高速公路段裂縫病害類型較多，包括橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、龜裂以及裂縫修補病害。在該高速公路段運營6年期間，橫向裂縫與裂縫修補量較大，占裂縫病害總量的83.1%。且該段上行路面橫向裂縫要多于下行路面，出現(xiàn)了大量塊狀裂縫，龜裂病害較少，基本無龜裂病害。由此可以得出橫向裂縫是該高速公路段最主要的裂縫病害，并且裂縫面積較大。

1.2 裂縫產(chǎn)生機理

1.2.1 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料基層裂縫

該公路段路面基層采用水泥穩(wěn)定碎石材料做基層，是典型的半剛性基層。水穩(wěn)碎石基層由水泥作為無機結(jié)合料，包含粗集料、細(xì)集料以及水，將材料拌合形成混合料，混合料經(jīng)過碾壓形成具有一定強度結(jié)構(gòu)的板狀結(jié)構(gòu)。由于混合料中材料分布不均勻，在行車荷載的長期重復(fù)作用下，基層出現(xiàn)疲勞應(yīng)力，當(dāng)疲勞應(yīng)力大于水泥穩(wěn)定碎石的極限抗拉強度時，則會在基層產(chǎn)生疲勞開裂，造成半剛性基層強度下降。在路面使用過程中，環(huán)境因素的影響下造成基層疲勞裂縫持續(xù)開裂，直到裂縫深度貫穿基層厚度。

1.2.2 反射裂縫

反射裂縫是半剛性基層不可避免的裂縫，半剛性基層采用無機結(jié)合料穩(wěn)定材料，無機結(jié)合料遇水放出大量的熱。在半剛性基層施工完成后，由于自身材料特性，混合料的體積穩(wěn)定性差、溫縮系數(shù)大，在基層養(yǎng)生過程中，外界環(huán)境因素以及行車荷載的循環(huán)作用下，半剛性基層表面和內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)微的溫縮裂縫。在瀝青面層攤鋪時，由于攤鋪溫度較高，面層攤鋪完成后，仍然會使半剛性基層產(chǎn)生一部分溫縮裂縫。公路通車后，在車輛荷載重復(fù)作用下，溫縮裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，隨著荷載的持續(xù)作用，造成半剛性基層開裂。瀝青面層在基層裂縫處形成薄弱面，在車輪壓力作用下，面層底部拉應(yīng)力急劇增加，造成瀝青路面自下而上開裂，將半剛性基層的裂縫反射至瀝青面層，降低了路面整體結(jié)構(gòu)強度。

2 半剛性基層裂縫處治方法

瀝青路面裂縫的修補處治能夠延緩裂縫發(fā)展速率，增加路面的使用壽命。瀝青路面裂縫處治施工應(yīng)在春、秋晝夜溫度變化小，干燥溫和的季節(jié)，既能夠使瀝青路面裂縫充分開裂，在進(jìn)行灌漿處理時，有利于將灌封料填滿整個開裂孔隙，達(dá)到裂縫的有效閉合，又容易將縫隙內(nèi)吹干，縫內(nèi)干燥的環(huán)境有利于灌縫材料與既有路面的粘合。在進(jìn)行裂縫處治時，要避免雨季，防止裂縫中進(jìn)入水滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成次生病害。目前常用的半剛性基層瀝青路面裂縫處治方法包括：開槽灌漿、傳統(tǒng)灌漿以及壓力灌漿修補。

2.1 開槽灌漿

開槽灌漿法是瀝青路面裂縫處治最常用的方法之一，技術(shù)人員使用專用機械設(shè)備對裂縫處進(jìn)行開槽處理。首先對裂縫進(jìn)行處理，采用吹風(fēng)設(shè)備將裂縫內(nèi)部孔隙進(jìn)行清掃，保證裂縫內(nèi)部無灰塵無雜物。然后將配置完成的灌漿料進(jìn)行灌漿，在灌漿過程中要保證灌漿料盡可能填滿整個裂縫孔隙，通常采用分層灌漿，灌漿越密實裂縫的閉合效果越好。最后灌漿完成后，對開槽口進(jìn)行封閉和整平，路面清掃完成后，可適時開放交通，注意在施工過程中要避免水的浸入。開槽灌漿法適用于裂縫寬度較小且裂縫發(fā)展形狀不規(guī)則的裂縫病害，開槽可以增大灌漿料灌入深度，方便灌漿施工。一般槽口寬度在10～20 mm，開槽深度在25 mm左右。

2.2 傳統(tǒng)灌漿

傳統(tǒng)灌漿法與開槽灌漿的區(qū)別在于傳統(tǒng)灌漿不對裂縫進(jìn)行處理，直接把灌漿料沿著裂縫灌入，灌漿料可以分為冷補料與熱補料。冷補料采用乳化瀝青，具體施工工藝為：首先對裂縫進(jìn)行清掃，保證裂縫內(nèi)無雜物。然后將冷補料乳化瀝青沿著裂縫填入，填入后將冷補料進(jìn)行填平處理。最后，等冷補料填入完成，對灌漿處進(jìn)行清掃可以立即開放交通，冷補料的滲透性強，能夠滲透至裂縫孔隙內(nèi)部，但是乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性較差。熱補料采用的是熱瀝青，其灌漿施工工藝與冷補料相同，在使用熱瀝青作為灌漿料時，要注意溫度的變化，如果路面溫度過高會產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。

2.3 壓力注漿

壓力注漿修補是針對半剛性基層反射裂縫處治的一種方法。適用于裂縫面積大的瀝青路面，使用壓力注漿的方法，能夠有效將灌漿料注入半剛性基層裂縫中，實現(xiàn)半剛性基層反射裂縫的處治。通過內(nèi)外壓力差，將灌漿料沿裂縫孔隙注入道路基層，實現(xiàn)基層內(nèi)部密實灌漿。壓力注漿修補方法技術(shù)難度大，對注漿材料的要求高，但是該方法能夠?qū)Π雱傂曰鶎臃瓷淞芽p起到有效處治。

2.4 三種半剛性基層裂縫處治方法經(jīng)濟比較

三種半剛性基層裂縫處治方法適用于不同的裂縫情況，開槽灌漿適用于裂縫寬度較小，裂縫面積較小的路面，施工方法簡單對注漿材料要求較低，裂縫處治效果一般，施工造價低。傳統(tǒng)灌漿處理，不需要專用設(shè)備進(jìn)行施工，灌漿材料多為熱瀝青與乳化瀝青，施工造價較低，但是裂縫處治效果較差。壓力注漿針對修復(fù)半剛性基層裂縫，需要在路面進(jìn)行開孔，對灌漿料以及施工設(shè)備要求高，這種方法能夠有效避免半剛性基層裂縫的發(fā)展，裂縫處治效果好，施工造價較高。對比而言，三種方法施工造價順序為壓力注漿>開槽灌漿>傳統(tǒng)灌漿。

3 處治效果現(xiàn)場檢測

根據(jù)對烏魯木齊某高速公路段病害調(diào)查分析，得到該公路段裂縫病害類型主要為大面積的橫向結(jié)構(gòu)裂縫，其主要產(chǎn)生原因是半剛性基層產(chǎn)生的裂縫，反射至瀝青路面面層，出現(xiàn)大量橫向裂縫。該公路反射裂縫具有裂縫發(fā)展面積大、深度深的特點。若想提高反射裂縫的處治質(zhì)量，必須對半剛性基層裂縫進(jìn)行處治。為了減少施工難度，提高施工效率，根據(jù)對半剛性基層裂縫病害處治方法進(jìn)行分析，確定壓力注漿法為該高速公路反射裂縫處治方法。

3.1 裂縫處治步驟

在對該高速公路裂縫病害處治之前，首先使用吹風(fēng)設(shè)備對裂縫孔隙進(jìn)行處理，將縫內(nèi)雜物處理干凈，保證裂縫內(nèi)部無雜物無灰塵。然后使用專用壓漿設(shè)備，將注漿材料裝入壓漿設(shè)備，注意壓力注漿法對注漿材料要求高，必須具有良好的滲透性及流動性。根據(jù)該公路段施工設(shè)計要求，選用瀝青路面抗裂劑+6%水泥作為注漿料，使用專用設(shè)備壓漿過程中，采用分層壓漿的方法，保證注漿材料能夠注入半剛性基層裂縫內(nèi)部，注漿料充分填入裂縫內(nèi)部孔隙后，注漿完成。注漿結(jié)束后，清理注漿孔周圍溢出或灑落的漿液，在裂縫處治處表面使用道路密封膠將鉆孔處進(jìn)行封孔處理，封孔處理時保證密封膠高度低于路面或平于路面。封孔完成，清掃路面，進(jìn)行檢測裂縫處治質(zhì)量檢測。

3.2 處治效果現(xiàn)場檢測

對該高速公路段半剛性基層反射裂縫處治完成后，需要對處治質(zhì)量進(jìn)行檢測。采用鉆芯法對裂縫全深度處治效果進(jìn)行檢測，并對半剛性基層的無側(cè)限抗壓強度、瀝青面層的穩(wěn)定度及流值進(jìn)行檢測，裂縫全深度處治效果應(yīng)滿足表2。

為了檢測壓力注漿法的處治效果，對烏魯木齊某高速公路段半剛性基層瀝青路面裂縫處治處進(jìn)行鉆芯取樣，針對裂縫全深度處治處鉆取6個試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度值檢測，檢測結(jié)果如表3。

由表3可得，該公路段半剛性基層裂縫修補后，無側(cè)限抗壓強度符合技術(shù)要求，表明該高速公路段結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計要求，能夠繼續(xù)進(jìn)行服務(wù)。

4 結(jié)論

綜上所述，以烏魯木齊某高速公路段為調(diào)查對象，調(diào)查該公路段裂縫病害情況，得出該公路段裂縫病害類型較多，且裂縫面積較大，多為結(jié)構(gòu)性裂縫。通過對裂縫產(chǎn)生機理分析，得到該公路段裂縫產(chǎn)生原因為半剛性基層裂縫反射至瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫。通過對3種裂縫處治方法進(jìn)行分析，根據(jù)該高速公路段裂縫病害機理，綜合考慮三種處置方法的施工工藝、處置效果及工程造價，采用壓力注漿法進(jìn)行裂縫處治，并對處治后的基層及面層進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]周懷恩. 半剛性基層瀝青路面裂縫處治技術(shù)研究[J]. 城市道橋與防洪， 2021（8）： 291-295+31-32.

[2]靖紅忠. 半剛性基層瀝青路面反射裂縫處治措施[J]. 黑龍江交通科技， 2021（7）： 265+267.

[3]劉芳. 半剛性基層瀝青路面裂縫處治技術(shù)研究[D]. 石家莊：石家莊鐵道大學(xué)， 2019.

[4]黃允江， 汪婧， 劉平， 等. 半剛性基層瀝青路面反射裂縫處治新方法探討[J]. 公路交通技術(shù)， 2016（4）： 43-48.