高速公路路面縱向裂縫處治技術(shù)

顏京華

（中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司 山東日照 276800）

1 工程概況

本工程位于濕熱地區(qū)，該高速公路地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)樁號(hào)為K006+950～098+930，全長91.98km。自2019年年初建成使用一段時(shí)間后，在高填方（K275+314～K275+914）段集中出現(xiàn)了不同寬度的縱向裂縫、邊坡開裂等病害。本項(xiàng)目選取高填方路段K275+314～K275+914為試驗(yàn)路段，長度為600m。試驗(yàn)路段基層路面結(jié)構(gòu)為水穩(wěn)砂礫基層，厚度達(dá)40cm，在此基礎(chǔ)上加鋪瀝青混凝土面層，厚度為18cm。在路堤的外側(cè)設(shè)置擋土墻，該位置所在路堤施工時(shí)會(huì)增大壓實(shí)難度系數(shù)。因路面結(jié)構(gòu)的自重、行車的荷載影響，擋土墻側(cè)路堤容易產(chǎn)生固結(jié)變形，出現(xiàn)帶狀不均勻沉降，尤其是在緊急停車帶和超車道中間出現(xiàn)縱向裂縫的概率會(huì)增大。經(jīng)取芯試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)路段出現(xiàn)的是上窄下寬型的縱縫，裂縫深度從路面直達(dá)底基層，底基層縱縫的寬度最大為6.0mm。

2 縱向裂縫的特征及原因

受到地基、填土橫向分布不均勻以及地表水滲入的影響，瀝青路面容易出現(xiàn)縱向裂縫［1］。可根據(jù)不同的類型形態(tài)和方向，將縱向裂縫分為自上而下的表面裂縫和自下而上的疲勞裂縫。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，路基路面縱向裂縫的出現(xiàn)是無法避免的，可能會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)而短的縱向裂縫。

（1）縱向裂縫的特征。由于地基、填土不均勻而產(chǎn)生的縱向裂縫長度較長，整體多與道路中線平行；由施工搭接質(zhì)量而導(dǎo)致的縱向裂縫較為平直，長度也較長；受到結(jié)構(gòu)承載力不足影響而產(chǎn)生的縱向裂縫多出現(xiàn)在路面邊緣位置，并且伴有少量的支撐裂縫。

（2）縱向裂縫病因介紹。產(chǎn)生縱向裂縫的原因較為復(fù)雜，主要原因有以下4個(gè)方面：①在道路改建施工中，新舊路基和路面處理不到位，搭接部位未遵循臺(tái)階式分層壓實(shí)的方式進(jìn)行施工，影響搭接質(zhì)量進(jìn)而產(chǎn)生了縱向裂縫；②在路基填筑過程中，路基處理不當(dāng)，實(shí)際的填筑寬度和深度不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致地基、填土不均勻［2-3］；③未按照施工方案確定的路基邊坡坡度實(shí)施作業(yè)，路基邊坡坡度陡峭，路基壓實(shí)度不夠，容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)問題；④若瀝青路面的攤鋪方式為分幅攤鋪，前后攤鋪工作面相接部位的冷接縫處理不當(dāng)，出現(xiàn)對(duì)接薄弱、碾壓不夠密實(shí)等質(zhì)量問題。

3 常見的高速公路縱向裂縫整治方法

3.1 灌修補(bǔ)法

封縫處理要在發(fā)現(xiàn)縱向裂縫之后立即開展，以免雨水順著縫隙滲入路基之中。灌封前，清理干凈縫隙內(nèi)的灰塵與雜物，可以用高壓氣體將其吹出，同時(shí)，做好原始數(shù)據(jù)記錄工作。裂縫灌縫膠也稱之為橡膠瀝青，因其具有彈性良好、流動(dòng)性強(qiáng)、粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常用于修補(bǔ)封縫超車道、停靠帶的縱向裂縫情況中。當(dāng)裂縫較細(xì)時(shí)，灌封膠要自然灌入到裂縫，然后可用刮刀沿縱裂方向翻出45cm寬的灌縫膠帶。等2h，表面變干后即可開放交通。行車道若使用灌縫膠修補(bǔ)裂縫容易外溢，且易受到自然風(fēng)化影響，短時(shí)間內(nèi)會(huì)自然老化，與瀝青結(jié)合不完美，易剝離脫落。

鑒于上述原因，工程中使用普通熱瀝青來處理裂縫。若裂縫寬度≥5mm，修補(bǔ)時(shí)要將松動(dòng)的瀝青混凝土剝離干凈，并且填充細(xì)粒式瀝青混凝土。若裂縫寬度較小時(shí)，要擴(kuò)寬縫隙處，再用熱瀝青灌縫。灌縫后瀝青面要比路面低1～2mm，必要時(shí)可以鋪上一層薄的粗粒砂，以減少瀝青粘輪出現(xiàn)的概率。

3.2 切割修補(bǔ)法

切割修補(bǔ)法適用于修補(bǔ)縫寬＞5mm 的縱向裂縫，其周圍還有局部塌陷處、錯(cuò)臺(tái)處等，也適用于銑刨加鋪無法在短時(shí)間內(nèi)完成的路面。切割時(shí)，要沿縱向裂縫兩側(cè)25cm處將瀝青上面層鑿除，之后，將其雜物、松動(dòng)的瀝青混凝土清理干凈，先用細(xì)粒式瀝青混凝土進(jìn)行預(yù)填，待敲實(shí)后灌入熱瀝青。灌縫時(shí)，瀝青不能外溢，鋪上石屑后回填瀝青混凝土，最后碾壓成型。但缺點(diǎn)是施工強(qiáng)度與效率低，施工速度慢，容易在縱向裂縫的方向上出現(xiàn)泛油現(xiàn)象。

3.3 熱再生維修法

瀝青路面在加熱5～8min后溫度會(huì)升至150℃，可軟化瀝青。使用熱再生維修法施工時(shí)，要控制好加熱溫度和時(shí)間，時(shí)間過短，溫度會(huì)低于150℃，瀝青面層不能充分軟化，修補(bǔ)效果差；若時(shí)間過長，溫度高于150℃，瀝青會(huì)老化。融化瀝青面層后，需要再次鋪勻面層，將老化的、浮在表層的粗骨料去除掉，再添加AC13I 玄武巖瀝青混土，在施工現(xiàn)場就地拌制瀝青混合料，涂抹后將其整平，用壓路機(jī)壓實(shí)。因?yàn)r青料中輕質(zhì)油部分易產(chǎn)生氧化問題，在施工完成后，可在其表面涂抹一層ERAC型瀝青再生劑，經(jīng)具體實(shí)踐，這種施工方法能將縱向裂縫消除掉，且操作便捷、容易掌握。熱再生施工原理如圖1所示。

圖1 熱再生施工原理

3.4 乳化瀝青稀漿封層法

作為表面保護(hù)層和磨耗層的稀漿封層具有防水防滑、耐磨性能良好、可美化路面的特點(diǎn)。施工前，要修補(bǔ)路面的坑槽處、局部沉陷處、網(wǎng)裂處，若裂縫深度在3～5mm 左右，要按照上述封縫方法進(jìn)行處理。厚50～80mm 的稀漿封層使用的封漿材料是按照一定比例混合集料、乳化瀝青、水、水泥而形成的混合料。乳化瀝青和乳液會(huì)隨著稀漿封層和鋪筑施工逐漸滲入細(xì)小縱向裂縫內(nèi)，破乳后的乳化瀝青會(huì)和水泥一起填補(bǔ)縫隙以達(dá)到修補(bǔ)的效果。

4 縱向深度裂縫處置具體應(yīng)用

4.1 砂漿配合比設(shè)計(jì)

水泥、砂以及拌和用水等材料是拌制水泥砂漿的常用材料，因其工程對(duì)水泥砂漿的強(qiáng)度要求不同，本工程使用PO42.5 水泥。此外，本工程中混合細(xì)砂粒徑≤0.3mm，含沙量≤1%，減水劑用量=水泥用量×1.0%，膨脹劑用量=水泥用量×15.8%。高速公路瀝青路面縱向裂縫深度灌縫施工時(shí)要求砂漿性能較好，既要保證流動(dòng)性，也要注意抗壓強(qiáng)度。若抗壓強(qiáng)度低，灌縫后的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，不符合使用要求；若流動(dòng)性較低，砂漿施工質(zhì)量低；若流動(dòng)性過高，砂漿易發(fā)生離析、泌水等問題。本工程灌縫砂漿7d齡期的抗壓強(qiáng)度≥10MPa，流動(dòng)度20～30s。

4.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

參考相似的工程案例，本項(xiàng)目中材料的配合比例如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨脹劑∶減水劑=1∶0.35～0.70∶0.39～0.60∶0.16～0.01，水灰比為0.53。綜合砂灰比和砂漿的抗壓強(qiáng)度關(guān)系研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砂灰比為0.49時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳水平。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)砂漿的水灰比達(dá)到0.59，砂灰比取值范圍在0.47～0.54時(shí)，砂漿的流動(dòng)度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合。當(dāng)水灰比變大時(shí)，砂漿可能出現(xiàn)離析的概率也會(huì)增大。鑒于此，本項(xiàng)目水灰比確定為0.59。

當(dāng)水灰比為0.59 時(shí)，調(diào)整砂灰比對(duì)砂漿材料抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：砂灰比為0.47，砂漿抗壓強(qiáng)度為16.9MPa；砂灰比為0.51，砂漿抗壓強(qiáng)度為19.1MPa；砂灰比為0.54，砂漿抗壓強(qiáng)度為18.8MPa；砂灰比為0.57，砂漿抗壓強(qiáng)度為18.6MPa。試驗(yàn)可知，砂灰比為0.51時(shí)砂漿抗壓強(qiáng)度最大，配比如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨脹劑∶減水劑=1∶0.45∶0.58∶0.16～0.01。因而本工程使用上述配比混合而成的材料。

4.3 縱縫深度灌縫養(yǎng)護(hù)施工

4.3.1 施工準(zhǔn)備

砂漿灌注的施工質(zhì)量高低會(huì)因縱向裂縫內(nèi)積水量的多少而受到影響，因而，縱向裂縫深度灌縫需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工。本項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)時(shí)連續(xù)晴天超過5d且無降水，這樣可有效提升灌縫加固之后路面的整體強(qiáng)度。水泥砂漿在施工過程中，會(huì)隨著灌漿壓力的增大可能出現(xiàn)溢出路面裂縫的現(xiàn)象。為避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般會(huì)對(duì)其進(jìn)行裂縫預(yù)處理，將裂縫內(nèi)雜物、灰塵、積水清理干凈后，用密封膠封堵裂縫。處理取芯處裂縫時(shí)，考慮到該位置承受的壓強(qiáng)較大，為確保密封效果，在涂好密封膠之后，在取芯孔洞裂縫兩側(cè)20～30mm 處涂抹環(huán)氧樹脂。

4.3.2 鉆芯布孔

本工程鉆孔時(shí)有兩種鉆頭直徑可供選擇。考慮到110mm 鉆頭施工時(shí)路面結(jié)構(gòu)受到的破壞程度較大，取芯難度系數(shù)高，封堵時(shí)，需要使用較大量的環(huán)氧樹脂砂漿量，因而本項(xiàng)目使用60mm 鉆頭直徑?？咨钍谴_保灌漿效果的重要因素，孔深又需依靠縱縫的走向和發(fā)展情況確定。其確定方法如下：若土基出現(xiàn)的裂縫并沒有完全開裂，確定孔深時(shí)，要按照上基層所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算；若土基產(chǎn)生的縱縫處于完全開裂時(shí)，確定孔深時(shí)，確保芯體可全部順利取出。

本工程施工時(shí)，孔位布置在裂縫中心位置。由于深度灌縫養(yǎng)護(hù)施工中孔的間距直接決定砂漿灌注的飽滿程度，因而間距不能過小，以免影響施工進(jìn)度，從而增大施工成本；而間距也不能過大，以免增大灌漿難度，從而降低施工效果。待鉆孔后，要及時(shí)清理掉孔底部的積水和沉渣［4-5］?？紤]到自然風(fēng)干耗費(fèi)較長的時(shí)間，為縮短工期，本研究在距離路表8～10cm處的砂漿表層采用高壓液化氣罐加熱設(shè)備對(duì)其進(jìn)行烘干處理。

4.3.3 封堵管埋置及灌漿

首先，在孔洞內(nèi)埋置封堵管，蓋上封蓋。封蓋要具有拆卸方便、防砂漿溢出的功能。其次，環(huán)氧樹脂和聚酰胺樹脂要按照1∶1的配比進(jìn)行混合，在孔壁和封堵管的管壁均勻涂抹攪拌好的混合液。埋設(shè)封堵管時(shí)表面的混合液要自然風(fēng)干，埋設(shè)時(shí)選取的位置比路的表面低5～10cm，其余封堵縫的空隙用上述混合液填補(bǔ)，將封堵管和注漿管按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連接注漿時(shí)，注漿機(jī)的初始工作壓力為0.55MPa。最后，在灌漿的過程中及時(shí)關(guān)注孔內(nèi)變化情況，一旦砂漿流出時(shí)，使用封蓋進(jìn)行封堵，待砂漿不再溢出后繼續(xù)灌漿［6］。若上述操作不能及時(shí)控制砂漿，應(yīng)逐漸減小壓力，關(guān)閉注漿機(jī)。

4.3.4 選擇試驗(yàn)路段進(jìn)行試驗(yàn)

為確保灌漿效果，在正式施工前要選取工程中的試驗(yàn)路段進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)方案方法如下：方案（1）按照孔距3.0m 布孔，初始注漿壓力為0.55MPa；方案（2）按照孔距7.5m 布孔，初始注漿壓力為0.55MPa；方案（3）按照孔距14.5m布孔，初始注漿壓力為0.55MPa，后持續(xù)增壓。

方案（1）和（2）注漿試驗(yàn)時(shí)，若注漿孔內(nèi)存在漿液冒出的情況，說明孔距過小。方案（3）開始1～3min之后，注漿機(jī)的壓力數(shù)值維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，砂漿量沒有持續(xù)減少，孔內(nèi)沒有出現(xiàn)流漿和溢漿現(xiàn)象時(shí)，可加大注漿機(jī)的壓力指數(shù)0.1MPa，重復(fù)操作直至1.0MPa。當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.0MPa 時(shí)，砂漿量不斷減少，觀察孔內(nèi)是否出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)，則用封蓋對(duì)封堵管進(jìn)行密封后持續(xù)增壓至1.5MPa，砂漿直接噴出縱縫。停止注漿后，再觀察孔（距注漿孔2m）位置處，沒有發(fā)現(xiàn)砂漿。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以得知：注漿壓力在1.0～1.5MPa時(shí)，縱向裂縫寬度為6mm，從單側(cè)注漿貫入砂漿的深度為1.5～2.0m。隨著縱向裂縫寬度的變化，注漿距離也會(huì)隨之而變化。因而確定，縱向裂縫注漿距離最大值時(shí)，還應(yīng)遵照上述實(shí)驗(yàn)流程對(duì)不同的縱向裂縫寬度進(jìn)行注漿。

4.3.5 養(yǎng)生

完成注漿施工后，要及時(shí)取出封堵管，并用砂漿填平孔洞縫隙。若漿液沒有達(dá)到完全硬化、不符合通車的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，車輛不能在施工區(qū)域內(nèi)通行。養(yǎng)護(hù)施工達(dá)到30d 后，要對(duì)其施工區(qū)域進(jìn)行抽樣檢測。本研究鉆取完整芯樣檢測后發(fā)現(xiàn)，注漿的裂縫區(qū)域內(nèi)破碎的基層已被粘結(jié)成一個(gè)整體，達(dá)到了縱向裂縫灌縫養(yǎng)護(hù)治理的效果。

5 結(jié)語

本研究表明，灌漿規(guī)模較大時(shí)，宜采用60mm孔徑鉆孔施工，最佳鉆孔深度要達(dá)到土基?？v縫寬度為5～10mm 時(shí)，孔距為3～8m 為宜；縱縫寬度超過10mm時(shí)，孔距為8～15m 為宜，控制注漿壓力取值范圍為1.0～1.5MPa。2019年8月，本工程開始對(duì)高填方病害路段出現(xiàn)縱向裂縫的地方進(jìn)行深度灌縫養(yǎng)護(hù)施工，待養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后運(yùn)行通車。2020年6月，施工檢測人員檢測維修養(yǎng)護(hù)路段沒有發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)生的縱向裂縫，也沒有發(fā)現(xiàn)因縱向深度裂縫產(chǎn)生的大面積路面損害，說明縱向裂縫深度灌縫養(yǎng)護(hù)施工具有顯著的效果，有效提升了公路的使用性能。