預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法在瀝青路面裂縫防治中的應(yīng)用分析

李星

摘要 為了更好地預(yù)防瀝青混凝土路面裂縫對公路的影響，文章對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)方法對瀝青路面裂縫檢出率差，養(yǎng)護(hù)時需封閉交通，嚴(yán)重影響道路的正常使用。預(yù)防性瀝青道路養(yǎng)護(hù)方法是在瀝青裂縫發(fā)展前期，利用滲透性材料及時修復(fù)瀝青路面裂縫，利用修復(fù)材料凝固后形成的T字形結(jié)構(gòu)提高裂縫處瀝青路面的整體性，避免裂縫的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，極大地提高了瀝青路面的耐久性和安全性。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；裂縫；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

中圖分類號 TU997文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0090-03

0 引言

瀝青混凝土是一種復(fù)雜的高分子材料，與水泥混凝土相比，在外部荷載下，瀝青混凝土能產(chǎn)生較大的彈性和塑性變形，而不產(chǎn)生不可逆的裂縫或斷裂，一定程度上緩沖了行車的沖擊荷載，具有一定的減震性能，確保行車的舒適性；與水泥混凝土相比，瀝青混凝土路面對超載車輛的適應(yīng)性強(qiáng)，能在相對較大的應(yīng)力下保持材料性能的穩(wěn)定。瀝青路面與汽車輪胎之間的摩擦力遠(yuǎn)大于汽車輪胎與水泥路面的摩擦力，使車輛能更好地附著在道路表面不打滑，行車安全性高，在我國的現(xiàn)代化道路建設(shè)中應(yīng)用廣泛。近年來，城市次干道和支路中瀝青混凝土面層普及率也逐漸提高[1]。瀝青混凝土因其優(yōu)良的材料性能，逐漸取代水泥混凝土在國家道路建設(shè)中廣泛應(yīng)用，但瀝青路面的養(yǎng)護(hù)問題也逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的坑槽冷補(bǔ)、裂縫修補(bǔ)的養(yǎng)護(hù)方法歸根結(jié)底是一種事后修補(bǔ)方法。傳統(tǒng)的道路養(yǎng)護(hù)方法利用作業(yè)人員目測和簡單的測量工具檢測瀝青路面裂縫，受作業(yè)人員作業(yè)能力影響，瀝青路面裂縫檢出率和正確率低；在瀝青路面產(chǎn)生裂縫等破壞后，對破壞點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)，養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)對檢測技術(shù)和維修人員素質(zhì)的要求高。隨著我國瀝青路面里程數(shù)的增加，瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修的費(fèi)用逐漸增高、工作量逐漸增大，難以滿足瀝青道路養(yǎng)護(hù)的需求[2]。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法是在瀝青路面產(chǎn)生裂縫的前期階段及時檢出裂縫，使用滲透性的修補(bǔ)材料對裂縫點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，防止裂縫發(fā)展擴(kuò)大，對道路基層裂縫也具有一定的修補(bǔ)作用，對因溫度變化導(dǎo)致的溫度裂縫和基層開裂導(dǎo)致的反射裂縫具有很強(qiáng)的針對性。實(shí)踐表明，預(yù)防性措施對瀝青路面前期裂縫修補(bǔ)作業(yè)具有一定的使用價值[3]。

1 瀝青混凝土面層特性

瀝青混凝土是一種復(fù)雜高分子材料，與水泥混凝土相比，具有行車舒適、抗壓能力好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但是瀝青混凝土路面也具有對溫度的敏感性高、水穩(wěn)性差的缺點(diǎn)。從瀝青材料性能角度考慮，瀝青路面優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示：

受瀝青材料本身性能的影響，瀝青路面具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：瀝青混凝土的力學(xué)強(qiáng)度高，對重交通和較重交通等級的適應(yīng)性強(qiáng)，可以承受較大的交通荷載，不產(chǎn)生變形破壞；瀝青混凝土是一種高分子材料，彈塑性能優(yōu)于水泥混凝土，在外部荷載作用下，能產(chǎn)生較大的彈性和塑性變形而不發(fā)生剪切破壞，抗壓性能好。瀝青混凝土這種在外力作用下產(chǎn)生彈性變形和塑性變形的能力，緩沖了車輛行駛時自身重力對路面的影響。瀝青混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)，表面粗糙，摩擦系數(shù)大，能提供給車輛較大的摩擦力，車輛不易產(chǎn)生滑動，行車安全性高。除此之外，瀝青路面還具有不揚(yáng)塵和可再生利用的優(yōu)點(diǎn)。與水泥混凝土相比，瀝青路面安全性高、行車舒適，但瀝青材料對溫度和水的敏感性大，容易受到高溫、低溫或水的影響降低自身的彈塑性能、強(qiáng)度等物理性能。瀝青面層受基層狀態(tài)影響大，當(dāng)基層出現(xiàn)裂縫或塌陷等病害時，瀝青面層在基層病害產(chǎn)生位置容易出現(xiàn)面層裂縫或局部塌陷等質(zhì)量問題，從而導(dǎo)致裂縫或塌陷處應(yīng)力集中，在外界環(huán)境高低溫或地表水環(huán)境的影響下，病害問題逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重影響瀝青路面的耐久性和安全性。

2 瀝青路面裂縫分類

瀝青路面在溫度、水分或路基不均勻沉降影響下，極易產(chǎn)生橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。傳統(tǒng)的瀝青路面裂縫研究集中在裂縫的成因、檢測和修補(bǔ)領(lǐng)域，對瀝青路面裂縫的發(fā)生發(fā)展過程和瀝青路面裂縫的分級研究較少，對裂縫的發(fā)生發(fā)展過程的闡述不夠具體。瀝青路面使用過程中，路面裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是一個漸變過程，上部行車荷載反復(fù)作用于道路結(jié)構(gòu)上，在溫度、水分或路基不均勻沉降影響等不利因素的影響下，產(chǎn)生的裂縫首先是縱橫向裂縫，縱橫向裂縫進(jìn)一步發(fā)展逐漸擴(kuò)大為網(wǎng)狀裂縫，縱橫向裂縫是瀝青路面裂縫發(fā)展的前期表現(xiàn)，該文將縱橫向裂縫粗略地歸為一級裂縫，把網(wǎng)狀裂縫歸為二級裂縫，對瀝青路面裂縫進(jìn)行分類統(tǒng)計，并根據(jù)裂縫特征采取針對性的修補(bǔ)措施。在裂縫發(fā)生的初級階段，在裂縫發(fā)生點(diǎn)采取微表處措施，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展。在裂縫發(fā)展為網(wǎng)狀裂縫時，對網(wǎng)狀裂縫采取換填措施處理，瀝青路面的裂縫分級及主要成因統(tǒng)計如表2所示：

橫向裂縫和縱向裂縫是一級裂縫，是瀝青路面裂縫發(fā)生的初級階段。網(wǎng)狀裂縫是二級裂縫，是一級裂縫發(fā)展后的表現(xiàn)形式。橫向裂縫的形狀多為垂直于道路軸線，長度變化多樣，可能在橫向上貫穿道路或部分切斷道路。

瀝青路面橫向裂縫的主要成因：

（1）溫度。瀝青混凝土受溫度變化影響明顯，高溫易軟化、低溫易脆裂，在寒冷天氣下，瀝青混凝土在重復(fù)性車輛荷載作用下，容易產(chǎn)生橫向裂縫。

（2）地基不均勻沉降。在路基的填挖交界處容易因?yàn)樘钔诙温坊鶋簩?shí)度或承載能力的不同，在填挖交界處產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致瀝青路面的橫向裂縫。

（3）反射裂縫。路面結(jié)構(gòu)層從上至下為面層、（半剛性）基層，兩者層理明顯、緊密結(jié)合，從宏觀上看兩者都是脆性材料，在超載作用下容易產(chǎn)生裂縫。瀝青道路的半剛性基層是瀝青道路的主要承載層，裂縫多發(fā)。不良的基層狀態(tài)嚴(yán)重影響路面層的使用性能，在基層裂縫發(fā)生處基層的承載能力變?nèi)?，?dǎo)致該點(diǎn)瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫。

縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因：

（1）地基不均勻沉降。與橫向裂縫不同，縱向裂縫產(chǎn)生的原因中地基不均勻沉降近似為圓形，以某點(diǎn)為中心產(chǎn)生地基沉降，導(dǎo)致該沉降范圍內(nèi)地基承載力不足，瀝青路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生縱向裂縫，形狀多為弧形。

（2）過大荷載。當(dāng)瀝青道路的行車荷載超過設(shè)計允許值時，會導(dǎo)致路面縱向裂縫的產(chǎn)生，此時路面裂縫的位置多位于道路中心線或距道路邊緣3～5 m處。

（3）反射裂縫?？v向反射裂縫的成因與橫向反射裂縫相同，都是基層裂縫對路面的不利影響導(dǎo)致路面裂縫的發(fā)生。網(wǎng)狀裂縫是二級裂縫，是單條或多條裂縫在路面荷載作用下逐漸發(fā)展形成裂縫網(wǎng)，導(dǎo)致網(wǎng)狀裂縫的產(chǎn)生。

預(yù)防性瀝青路面修復(fù)方法要求在裂縫發(fā)生發(fā)展的前期，及時、準(zhǔn)確地檢測出路面裂縫，通過在一級裂縫涂敷具有一定流動性的修補(bǔ)材料，對裂縫內(nèi)部進(jìn)行填充，在瀝青路面表面覆蓋裂縫，在修補(bǔ)裂縫的同時防止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大。實(shí)踐表明，這一修復(fù)方法具有一定的使用價值。

3 瀝青路面裂縫受力分析

利用靜力學(xué)理論對瀝青路面受力情況進(jìn)行分析，把瀝青路面簡化為簡支梁，在瀝青路面產(chǎn)生裂縫前后，裂縫產(chǎn)生處受到的剪力如圖1所示：

如1圖所示，把瀝青路面簡化為簡支梁，A點(diǎn)為簡化后簡支梁內(nèi)任一點(diǎn)，在上部行車荷載作用下，A點(diǎn)瀝青路面產(chǎn)生裂縫破壞。M1表示瀝青道路裂縫產(chǎn)生前A點(diǎn)受到的剪力，M2表示瀝青道路裂縫產(chǎn)生后A點(diǎn)受到的剪力。瀝青路面裂縫處受力條件簡化后近似形成簡支梁結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部剪力分布如式（1）：

式中，F(xiàn)剪——梁內(nèi)剪力（kN）；q——簡支梁上部荷載（kN/m）；l——簡直梁內(nèi)點(diǎn)距端頭的距離（m）。

瀝青道路未產(chǎn)生裂縫時，在上部行車荷載作用下，A點(diǎn)受到的剪力為圖x，此時A點(diǎn)位于簡化簡支梁的內(nèi)部，A點(diǎn)距梁端部的距離lx小于梁的長度；瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，在上部行車荷載的作用下，A點(diǎn)受到的剪力為圖y，此時A點(diǎn)位于簡化簡支梁的端部，A點(diǎn)距離簡化簡支梁端部的距離為ly，ly大小等于簡化簡支梁長度l，大于未產(chǎn)生裂縫破壞時A點(diǎn)距端部的距離lx。瀝青道路的上部行車荷載q與上部行車荷載有關(guān)，其數(shù)值不變。由公式（1）可得，瀝青路面在A點(diǎn)產(chǎn)生裂縫破壞后，A點(diǎn)受到的剪力明顯增大，加劇了裂縫的發(fā)展。

4 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)機(jī)理

與傳統(tǒng)的坑槽冷補(bǔ)、裂縫修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)方法不同，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法不用破壞原本的瀝青路面結(jié)構(gòu)，利用滲透性材料在裂縫產(chǎn)生處形成具有一定強(qiáng)度的板式結(jié)構(gòu)，代替瀝青路面承受上方行車荷載。裂縫處瀝青路面修補(bǔ)后的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

如圖2所示，1為瀝青面層，2為半剛性基層，A為瀝青路面裂縫產(chǎn)生點(diǎn)，B為使用滲透性養(yǎng)護(hù)材料后形成的加固體。采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，在瀝青路面產(chǎn)生的前期，使用滲透性材料對瀝青路面進(jìn)行修補(bǔ)，部分修補(bǔ)材料滲入下層半剛性基層，對半剛性基層進(jìn)行一定程度的補(bǔ)強(qiáng)。滲透材料凝固后形成T型加固體，代替瀝青面層，直接與行車直接接觸，在裂縫產(chǎn)生處，連接裂縫兩側(cè)瀝青面層，使瀝青面層在裂縫處形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，避免在裂縫處形成應(yīng)力集中，同時增加了該點(diǎn)瀝青面層的耐磨性和耐久性，一定程度上提高了瀝青面層的使用性能。

5 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)用及展望

預(yù)防性瀝青路面養(yǎng)護(hù)方法是一種過程檢修方法，旨在防止瀝青路面裂縫的進(jìn)一步發(fā)展惡化，其應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)有2方面：一是要求在裂縫出現(xiàn)和發(fā)展的前期階段及時檢測出裂縫產(chǎn)生點(diǎn)。二是滲透性裂縫修補(bǔ)材料的配置。國內(nèi)瀝青道路面層裂縫的檢測理論已極為成熟，目前國內(nèi)瀝青面層裂縫檢測領(lǐng)域使用較多的是JG-1型激光三維智能檢測車，該系統(tǒng)使用連續(xù)非拼接線列激光斷面掃描方法，裂縫檢出率高，準(zhǔn)確性好。在瀝青路面產(chǎn)生前期，裂縫寬度較小，要求修補(bǔ)材料具有較好的流動性和滲透性，目前使用較多的修補(bǔ)材料有熱瀝青或乳化瀝青，從而在瀝青路面裂縫產(chǎn)生的前期，及時檢測發(fā)現(xiàn)裂縫點(diǎn)，并使用滲透性較好的熱瀝青或乳化瀝青及時修補(bǔ)裂縫，避免在裂縫點(diǎn)形成應(yīng)力集中，降低了裂縫處兩側(cè)瀝青面層受到的剪應(yīng)力，防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，對因溫度原因產(chǎn)生的溫度裂縫和基層開裂原因產(chǎn)生的反射裂縫針對性強(qiáng)。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施能及時發(fā)現(xiàn)瀝青面層的前期裂縫，并采取針對性的加固措施，減少了裂縫處應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，同時提高了瀝青面層的耐久性和耐磨性，對因溫差變化、基層裂縫引起的溫度裂縫和反射裂縫具有很強(qiáng)的針對性。但是，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對因路基不均勻沉降導(dǎo)致的瀝青路面裂縫針對性不強(qiáng)。針對這種裂縫，需要采用換填或打孔注漿的方法進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

該文利用靜力學(xué)原理，分析了瀝青路面裂縫產(chǎn)生前后，裂縫處瀝青路面的受力特征。根據(jù)瀝青路面發(fā)展的不同階段，把瀝青面層裂縫分為一級裂縫和二級裂縫，細(xì)化了瀝青路面裂縫的分類，闡述了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的作用機(jī)理，提出了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的可行性方案，對瀝青路面裂縫修補(bǔ)工作具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉子明. 半柔性灌注型抗車轍瀝青路面施工工藝[J]. 交通世界， 2022（Z2）： 189-190+196.

[2]葉爾豐， 許帶軍. 溫度及抗車轍劑摻量對瀝青抗車轍性能的影響[J]. 交通世界， 2021（22）： 128-129.

[3]陳凱， 何霽微. 巖瀝青—丁苯橡膠復(fù)合改性瀝青路用性能研究[J]. 中外公路， 2020（2）： 249-253．