山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫成因與防治策略分析

摘要 該文針對山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫問題展開研究。通過分析山區(qū)瀝青路面的技術特點，系統(tǒng)探討了低溫開裂、疲勞開裂和反射開裂三類主要裂縫的形成機理。提出了從材料性能優(yōu)化、結構設計改進和施工工藝控制等方面的綜合防治策略。工程實例表明：采用高韌性改性瀝青、設置應力吸收層、優(yōu)化施工工藝等措施，能有效控制路面裂縫的發(fā)展，提高路面使用壽命，對指導同類工程具有重要參考價值。

關鍵詞 山區(qū)道路；瀝青路面；裂縫成因；防治策略

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0085-03

0 引言

山區(qū)道路工程建設是我國交通基礎設施建設的重要組成部分，在促進區(qū)域經濟發(fā)展、保障人民群眾正常出行方面具有重要意義。隨著《國家公路網規(guī)劃（2013—2030年）》的深入實施，我國山區(qū)道路工程建設進入快速發(fā)展時期。瀝青路面由于具有平整度高、行車舒適等優(yōu)點，在山區(qū)道路工程中得到廣泛應用[1]。但受復雜環(huán)境因素和車輛荷載等影響，瀝青路面極易出現低溫開裂、疲勞開裂、反射開裂等病害，嚴重影響了山區(qū)道路使用性能和安全運營。該文結合工程實際，重點探討山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫的成因及其防治技術，研究成果以期為同類工程提供借鑒。

1 山區(qū)道路瀝青路面的技術特點

山區(qū)道路瀝青路面具有獨特的技術特點。首先，由于山區(qū)縱橫坡較大，為保證行車安全，對路面抗滑性能要求極高，通常采用改性瀝青和粗糙型磨耗層，提高路面與車輪之間的摩擦系數。例如，新藏線林芝至米林段采用SBS改性瀝青，粗集料選用高強度玄武巖，礦料配比嚴格控制，確保路面構造深度滿足0.7～1.1 mm的要求。其次，考慮山區(qū)氣候變化劇烈，晝夜溫差大，瀝青路面必須具備優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。一方面，要選擇高軟化點的基質瀝青和改性劑，提高路面高溫穩(wěn)定性，抵抗高溫引起的路面車轍、擁包等病害；另一方面，需控制瀝青混合料低溫彎曲剛度模量及斷裂韌性，增強路面抗低溫開裂能力，延緩低溫縱向龜裂、橫向裂縫的出現[2]。再次，山區(qū)路基多以土質、中軟巖為主，強度和穩(wěn)定性不足，極易產生沉陷變形。因此對瀝青路面的高模量特性提出更高要求，可在上面層適當摻加纖維，并合理設置封層、黏層，增強路面整體剛度，減小拉應力的影響，有效抑制反射裂縫。最后，山區(qū)施工供水、供電等條件有限，對瀝青混合料的耐儲存、易攤鋪、易碾壓等施工性能也提出更高要求。通過合理選用顏色、級配及添加劑，改善混合料的施工性，可有效解決這一難題。

2 山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫主要成因

山區(qū)道路瀝青路面服役條件惡劣，結構性能受到諸多因素的影響而出現退化，進而產生各類裂縫。通過理論分析和工程調研，可以歸納出低溫熱應力開裂、車輛荷載疲勞開裂和水損壞導致的反射開裂是山區(qū)路面的三類主要病害。在低溫開裂方面，高寒山區(qū)晝夜溫差普遍在20℃以上，局部路段溫差甚至超過30℃。當環(huán)境溫度降至-15℃時，瀝青面層熱收縮應力可達1.5 MPa，而瀝青混合料的抗拉強度通常低于3.0 MPa，在約束力作用下極易誘發(fā)開裂。特別需要關注的是，路面導熱系數越低、比熱容越大，溫度梯度也就越大，熱應力變化速率可達2.5 MPa/h，瞬時熱沖擊效應顯著。在車輛荷載方面，山區(qū)公路縱坡大、彎道多，大噸位貨車爬行頻繁。有限元分析表明[3]：當軸載重復作用1.5×107次時，若瀝青層底拉應變超過210 με，將快速積累疲勞損傷。研究表明：山區(qū)路面彎沉值普遍在500 MPa以上，局部路段可超過1200 MPa，遠高于300 MPa的臨界值，在動載作用下極易產生疲勞開裂。在路基沉降引起的反射開裂方面，山區(qū)填料如風化巖、高液限黏土的固結系數低至0.013 MPa-1，飽水軟化系數高達0.75以上。當不均勻沉降引起的拉應力超過1.2 MPa時，裂縫將沿著路面厚度方向快速擴展。三維動力學分析表明，在溫度與車載應力耦合作用下，瀝青層開裂區(qū)域的拉應力可放大1.6倍以上，極大地加劇了反射開裂的風險[4]。由此可見，山區(qū)道路惡劣的環(huán)境條件和復雜的荷載特性是導致瀝青路面裂縫的內在原因，亟須因地制宜地開展針對性的防治技術研究。

3 山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫防治策略

3.1 提高低溫性能

為有效防治山區(qū)瀝青路面的低溫開裂問題，首要任務是提高瀝青混合料的低溫性能。針對山區(qū)氣溫驟降引起的熱應力開裂，可選用低溫敏感性較小的基質瀝青，如A-70、A-90等高針入度等級的瀝青，改善路面材料的耐寒性和柔性，增強熱脹冷縮時的適應能力。在配合比設計時，宜采用連續(xù)密級配，提高混合料的低溫穩(wěn)定性。尤其是高寒地區(qū)，還可摻加3%～4%的天然瀝青，進一步增強混合料的抗凍融性能。針對降溫速率較快產生的熱應力斷裂，可摻加導熱系數較低的輕質骨料如浮石，降低結構內外的熱傳導率，緩解溫度應力的突變效應。同時采用玄武巖等高比熱容的石料，延緩溫度場的快速變化，減小峰值拉應力。針對瀝青混合料脆化溫度偏高引發(fā)的低溫疲勞開裂，可在面層摻加SBS、橡膠粉等高彈性材料，提高混合料的斷裂延性和應力松弛能力，將脆性溫度由0℃降低至-15℃。微表處摻加納米橡膠改性瀝青，可使拉伸強度在-15℃時提高15%以上，大幅改善材料的抗裂韌性[5]。針對熱脹冷縮應力集中引起的收縮開裂，應合理控制最大攤鋪長度，并設置足夠數量的伸縮縫。冷攤鋪縫寬應≥15 mm，熱攤鋪縫寬應≥20 mm，縫內填充砂瀝青或橡膠瀝青，以緩解溫度變形引起的拉應力。

3.2 增強抗疲勞性能

提高山區(qū)瀝青路面的抗疲勞開裂能力，需從材料、結構、工藝等方面綜合著手。針對山區(qū)普遍存在的高彎沉問題，工程中宜采用模量較高的硬質瀝青，如A-70、SBSAD-I等，提高混合料的動態(tài)穩(wěn)定度和永久變形抵抗能力。配合比設計時，應適當提高瀝青用量，采用礦料破碎值和針片狀顆粒含量較低的優(yōu)質集料，嚴格控制0.075 mm篩孔通過率，優(yōu)選公稱最大粒徑不小于19 mm的連續(xù)式密級配，增強骨料嵌擠效應，提高路面整體剛度。尤其是大應力作用區(qū)，表層宜采用抗剪切能力較強的GMA-I改性瀝青混凝土，基層則選用高模量石灰?guī)r等巖石，以增強結構承載能力。針對山區(qū)瀝青層厚度普遍不足的問題，可酌情增加1～3 cm的層厚，優(yōu)化上下面層厚度比例配置，必要時可在基層頂面鋪筑抗疲勞裂縫布，延緩裂縫向上反射。針對山區(qū)縱坡路段的車轍及疲勞損傷加劇問題，應在先期設計時充分考慮坡度因素，嚴格按照行車道分別設計，必要路段宜適當增加車道寬度，合理放寬縱坡指標[6]。針對山區(qū)施工質量控制的特殊性，應編制完善可行的專項施工方案，嚴把原材料進場關、拌和出料關和攤鋪碾壓關。集料、粉料應分倉堆放并用帆布遮蓋，防止材料污染和雨水沖刷[7]。攤鋪時，應確?；旌狭蠝囟葷M足施工要求，控制好攤鋪速度和碾壓遍數，做到緊跟、慢壓、高頻，盡量在混合料溫度較高時完成終壓，確保成型質量[8]。

3.3 抑制反射裂縫

山區(qū)路面反射裂縫的防治需重點關注路基沉陷變形的控制，路基填料應優(yōu)選強度較高、壓縮性較低的碎石土、級配碎石等，嚴格控制石料的軟化系數和堅固性，減少濕陷性巖土的使用。路塹段宜設置深層排水系統(tǒng)，采用滲溝、盲溝等措施有效截獲地下水，必要時可鋪設土工布，避免路基積水軟化引起的差異沉降。路基頂面應做好橫向坡，保證排水速度和效果，同時加強施工質量控制，做好原地面的清理和處理工作，對軟土路基采取換填、強夯等處治措施，確保每層填料的壓實度[9]。針對溫度、車載荷共同作用引起的反射開裂問題，可在基層開裂處預置玻纖土工格柵，增加箱梁的抗彎剛度，在主車道與爬車道分界處設置縱向裂縫誘導縫，將不規(guī)則開裂轉化為規(guī)則縫隙。針對水的不利影響，在新建或大修工程中，可鋪筑防水黏結層，采用SBS改性乳化瀝青封層，提高路表的防水性能。對于運營期的既有路面，可采用就地熱再生技術，利用路面銑刨料摻加新的瀝青混合料，補充新骨料的同時填充蜂窩麻面，增大整體厚度，提高上面層的整體性，阻斷裂縫擴展。對嚴重開裂路段，還可采用罩面法，即對路表進行坑槽修補后，整體罩面一層高彈性的砂石封層，削弱車輛荷載的動態(tài)沖擊，延緩裂縫反射[10，11]。

4 工程案例剖析

4.1 工程概況及存在問題

某山區(qū)二級公路北京周邊路段全長46.5 km，設計時速40 km/h，2011年建成通車，該路段位于北京西部山區(qū)，海拔在500～1 000 m，屬典型的溫帶季風氣候區(qū)，最高氣溫32℃，最低氣溫-18℃。全線采用瀝青混凝土路面結構，其中面層為4 cm厚SUP-20改性瀝青混凝土，中面層為6 cm厚SUP-25改性瀝青混凝土，基層為36 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石。路基主要由花崗巖風化料填筑，壓實度控制在96%以上。通車8年來，該路段先后出現大量裂縫病害，經調查路面裂縫主要包括低溫縱向裂縫、疲勞橫向裂縫和反射裂縫三類。低溫裂縫多發(fā)生于冬季，縫寬在2～5 mm，裂縫間距1～3 m；疲勞橫向裂縫發(fā)生在爬坡及急彎路段，縫長一般大于2 m，間距5～10 m；反射裂縫多呈網狀分布，主要發(fā)生在近橋涵及急彎陡坡路段，占路面總面積的5%以上。各類裂縫的發(fā)生嚴重影響了路面的使用性能，亟須采取有針對性的防治策略，經分析該路段裂縫發(fā)生的主要原因包括：（1）受海拔及大風影響，晝夜溫差可達25℃以上，熱脹冷縮應力顯著，誘發(fā)低溫裂縫；（2）重型貨車爬坡較多，大應力作用引起瀝青層疲勞開裂；（3）路基回填土含泥量偏高，壓實度不足引發(fā)不均勻沉降，導致反射裂縫。

4.2 技術策略實施方案

針對該山區(qū)公路瀝青路面裂縫問題，經反復論證，提出了一套綜合性防治技術方案。首先，對于低溫縱向裂縫，采用高韌性改性瀝青提高混合料的抗低溫開裂性能。通過在SUP-20中摻加3.5%的SBS和0.3%的硫磺，將混合料斷裂韌性由8.2 mJ/mm2提高至13.5 mJ/mm2，小梁試驗臨界溫度由-18℃降至-28℃。同時將瀝青層厚度由4 cm增加至5 cm，并控制最大推鋪長度不超過

3 km。在瀝青層內預置寬10 mm、深25 mm的伸縮縫，縫距30 m，縫內填充D80橡膠瀝青，以吸收溫度變形。其次，對于疲勞橫向裂縫，通過提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗永久變形能力來延緩開裂進程。將SUP-25改性瀝青混凝土的動穩(wěn)值由1 800毫米/次提高至4 000毫米/次，車轍動態(tài)穩(wěn)定性DS由15 00毫米/次增至5 000毫米/次。配合比設計采用空隙率3.5%的EME超薄磨耗層，粗集料和細集料的針片狀顆粒含量控制在5%以內，基層頂面鋪筑玻纖土工格柵作為應力吸收層，提高箱梁整體剛度。對于已產生的疲勞裂縫采用同步封縫法處治，即人工開槽、噴涂改性乳化瀝青封層、撒布0.3～0.6 mm級配砂、二次噴涂改性瀝青，裂縫密封后再進行表面霧封。最后，針對反射裂縫問題，采用路面就地熱再生技術，混合深度達15 cm，摻加3%水泥和1.5%廢舊橡膠粉，提高再生料的高溫穩(wěn)定性和抗裂性能，下承層局部開挖并回填5%水泥穩(wěn)定碎石，對軟基路段進行換填和加固處理。在主車道和爬車道設置寬2 cm的縱向裂縫誘導縫，引導裂縫沿縫隙擴展，同時在基層頂面鋪筑兩層抗裂貼縫帶，控制開裂間距不大于10 m。路表罩面SMA-13磨耗層，摻加抗剪切纖維，提高高溫下的變形抵抗能力。實施效果統(tǒng)計如表1所示?？梢钥闯觯ㄟ^采取上述綜合防治措施，各類裂縫得到有效控制，總體開裂率降低了85%以上，運營狀態(tài)明顯改善，大大延長了路面使用壽命。

5 結語

該文通過理論分析和工程實踐，闡明了山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫的成因及其演變規(guī)律，提出了以提高低溫性能、增強抗疲勞性能和抑制反射裂縫為核心的系統(tǒng)防治方案。工程應用表明：該方案能顯著降低路面開裂率，延長使用壽命。后續(xù)研究應加強路面裂縫發(fā)展預測模型的建立，開發(fā)智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現路面裂縫的精準防控，同時應進一步探索新型防治材料和工藝，提升防治效果。

參考文獻

[1]王偉年.半剛性基層瀝青路面反射裂縫的處治施工技術研究[J].城市建設理論研究（電子版）， 2024（31）：99-101.

[2]柴艷春.動載—溫度耦合作用下的瀝青路面Top-Down裂縫擴展影響因素分析[J].西部交通科技， 2024（11）：71-75.

[3]李思宏，姬書得，任趙旭.改進DETR的無人機航拍圖像瀝青路面破損檢測算法[J].鄭州航空工業(yè)管理學院學報， 2024（5）：50-57.

[4]李文學.基于廠拌熱再生技術的公路瀝青路面養(yǎng)護方法[J].中國科技信息， 2024（19）：103-105.

[5]曲繼元.甘肅省公路瀝青路面裂縫處治工法及成效總結[J].運輸經理世界， 2024（27）：118-120.

[6]羅禮明.CAP再生抗滑封層技術在瀝青路面養(yǎng)護中的應用研究[J].工程技術研究， 2024（5）：50-52.

[7]郭晨，楊玉龍，左琛，等.基于Swin Transformer的瀝青路面病害分類檢測研究[J].計算機測量與控制， 2024（2）：114-121.

[8]張凡.市政施工中路面裂縫的控制措施[J].上海建材， 2024（1）：44-46.

[9]李超.瀝青路面縱橫向裂縫病害的成因及養(yǎng)護灌縫施工工藝研究[J].建設監(jiān)理， 2024（2）：92-94.

[10]趙金成，任俊達.遼寧省高速公路瀝青路面橫向裂縫調查與分析[J].北方交通， 2024（2）：45-47.

[11]剡海瑞.瀝青混合料老化的檢測評價對公路維修性能的影響[J].建材發(fā)展導向， 2024（4）：20-22.