公路工程裂缝形成机理及修补技术研究

杜景山

摘 要：改革开放以后，国民经济得到了迅速发展。作为交通运输行业的主要构成成分，公路事业发挥的作用也越来越大。但因技术、自然等诸多因素的影响，我国公路路面早期病害现象较为严重，裂缝是路面早期病害最常见的类型之一，裂缝产生将对行车安全造成严重影响，进而阻碍交通运输业的发展。为此，本文主要对公路工程裂缝形成机理及修补技术进行了分析与探究，以此带动公路行业的持续发展。

关键词：公路工程；裂缝形成机理；修补技术

中图分类号：U415.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0117-01

1 路面病害调查及分析

我县管辖的311国道鹿邑境内某公路工程总长度为64.284km，为双向四车道。据统计，目前纵、横缝总量为7万m以上，其中4万m需选取开槽灌缝处理。通过实地详细调查得出，路面病害中路面裂缝所占比重较大，是路面病害的主要形式，局部位置还有坑槽、沉陷及龟裂等问题。路面全线排查统计情况如下：84173m为裂缝总量，其中60608.6m为没有处理的裂缝，9877.1m为还需处理的横缝，13265.5m为所需处理的纵缝，422m为需处理的不规则裂缝，3500m为全线平交道需处理的裂缝。产生此类裂缝的主要原因为严重的超载现象、剧烈的温度变化、不完善的排水设施、路面厚度不足或材料质量不佳、配合比不合理等。

2 公路路面裂缝形成机理

修补裂缝前，必须先充分考虑裂缝类型及其形成机理，按照裂缝的具体类型、成因选取科学有效的修补方式，才能达到路面性能及强度有效提升的目的。

（1）龟裂形成机理。车辆载荷作用下，沥青路面不同位置点所受应力不同，并产生交变应力，出现疲劳断裂问题，产生裂缝，随着荷载的反复作业，裂纹逐步向表面扩展、延伸，形成大裂缝，此类裂缝以网状呈现，错综复杂，即为龟裂。龟裂直接影响路面使用性能，必须早期预防，及时治理。

（2）块裂形成机理。沥青针入度降低、温缩及沥青老化都会导致沥青混合料变硬、变脆，进而产生块裂。为防止此类问题出现，必须在沥青混合料配置时，选择良好抗老化性能的材料。并减小沥青混合料温缩效应，完善排水设施。

（3）横向裂缝形成机理。温缩裂缝作为横向裂缝的主要类型之一，其产生原因为温度应力变化。除此之外，横向接缝施工不到位、接缝位置空隙大等也会有细微横向裂纹出现，长期车辆载荷影响下，将会产生横向裂缝。

（4）纵向裂缝形成机理。作为路面病害的主要类型，纵向裂缝一般沿行车方向分布。路基压实度不够、荷载作用力大于路面承载力都是产生纵向裂缝的主要原因。同时，因排水设施不到位，将导致路基内有大量地表水渗入，利用边坡，路肩向路堤侵入，导致水长期浸泡路基，进而降低路基承载力。在车辆载荷交替作用下，也会加快路基沉陷速度，导致纵向裂缝出现于路基承载力不均匀位置。

（5）反射裂缝形成机理。因裂缝产生于下层材料，随着时间的延长，将向上面层逐步延伸、扩张，此类裂缝被称为反射裂缝。通常情况下，反射裂缝都会产生于旧路面加铺新层位置。因旧路面存有裂缝问题，逐步向上扩张，导致新裂缝产生于上面层。此外，温缩裂缝也会伴随基层温度变化产生，即便在新建路面同样会向上逐步延伸，进而出现反射裂缝。路面结构各层间都存有沥青混合料，相互胶结。因此，如小变形或裂缝存于下铺层及基层位置，也会导致面层底部沥青材料产生较大应变现象，如图1所示。但具体应用中，沥青路面材料基本不能承受该应变，极易出现断裂问题。

3 公路工程裂缝修补技术的应用

本工程属于改扩建工程，路面结构为两层18cm厚水泥稳定碎石+7cm沥青混凝土面层，通车1年后，基层水泥稳定碎石裂缝已向上面层反射，2到7mm为裂缝宽度，且路面横、纵缝较多，不仅严重影响外观质量，雨季时还会通过裂缝路面积水下渗基层，进而对路基稳定性造成极大影响，甚至危害行车安全。实地详细调查显示，反射裂缝为本工程路面主要裂缝类型，且呈不规则面层裂缝形状。针对本工程路面病害情况，可选取高渗透液态灌缝技术进行施工。作为一种新型灌缝技术，高渗透液态灌缝技术可利用原材料与催化剂间的化学反应填满裂缝，原材料化学材料产生反应时，可有效膨胀，根据自身膨胀灌满裂缝，进而达到良好灌缝效果，也可按照灌缝施工规定，进行原材料配比的适当调整，以此对灌缝材料硬化时间加以合理控制。

3.1 技术参数

选取灌缝料作为高渗透灌缝技术施工材料，其通过2种高聚物混合形成，在路面养护及维修方面施工效果显著。本文按照一定比例选取黑色液体A与淡黄色液体B两种高聚物成分进行混合。此类材料一般由多元醇组合物与改性异氰酸酯混合形成，且其实测值与施工设计要求相符。通过材料性能分析（表1），如质量比为A料：B料=1：1时，则其具有较大伸长率，及较高弹性恢复率，通过膨胀作用可达到裂缝、空隙填满功效。因此类灌缝材料具有良好抗老化、耐高温及耐腐蚀性，裂缝修补选取此类材料，可避免裂缝再次开裂，能够达到路面性能有效提升的目的。

3.2 配合比

为对两种高聚物成分配合比进行准确确定，结合当地气候情况及行车状况，试验得出，10到25℃范围内，两种体积比为A：B=2：1，外加剂选取两种材料总体积1/9时，混合后产生反应，灌缝料粘度、稳定性及其向裂缝渗入的速度等都满足设计要求，表明其具有良好施工质量。在此情况下，高渗透液态灌缝材料可在2—5sec内快速向裂缝渗入；20—35sec内固化成胶态。

3.3 灌封机工作原理

将一定量的灌缝料加到料斗内，随后利用点火装置进行导热油加热。随后将导热油压电动机开启，保证导热油能够循环流动。加热灌缝料至预定温度后，即可开启引擎，启动搅拌阀，均匀搅拌灌缝料。除此之外，选取预热后的软管连接喷出阀和灌缝喷枪，同时将主阀及喷出阀打开，通过喷枪将灌缝料向裂缝内灌入。灌缝前，可选取压缩空气吹干净软管。因常温下即可使用灌缝料，无需加热材料，只有均匀搅拌一定时间后，即可进行灌缝施工。

3.4 工艺流程

本工法施工简单，无需进行开槽施工，可向缝内直接灌入灌缝料，具体施工步骤如下：

（1）工作面封闭。整齐规范地摆放各类标志，安全区、工作区长度必须满足施工设计规定，并指派专人做好保通工作。（2）清缝。针对裂缝位置，选取钢刷进行2到3遍清理，裂缝内杂物可选取空压机进行清理。（3）涂刷介面剂。彻底清理裂缝后，即可进行介面剂涂刷作业，要求在2cm以下控制宽度，且均匀涂刷。其作用是避免裂缝内水分直接接触灌缝材料产生反应；或增强灌缝料和路面间的粘结力。（4）配制灌缝料。先在A料内根据比例添加外加剂，随后根据配比，利用液压泵将两种材料向灌封机容料斗内注入，常温下高渗透灌缝材料即可使用，因此，可直接开启搅拌装置，均匀拌和两种混合料，时间控制在10s左右，可根据裂缝长度确定成品料配制量。（5）灌缝。完成配置灌缝料后，可选取预热后的软管连接喷出阀和灌缝喷枪，并将主阀与喷出阀打开，进行灌缝施工。按照裂缝宽度实际情况，合理选取各种灌缝设备施工。裂缝在3mm以内时，材料注入工具可选取灌缝喷枪；如裂缝在3—7mm或7mm以上时，材料注入工具可选取注入棒，尽可能向缝内灌入材料，可在5min内完成成品料。

4 结语

综上所述，在公路工程施工中，路面裂缝问题一直备受关注，有很多原因都會导致裂缝的出现，因此施工单位需要根据工程的实际情况对路面裂缝进行控制。在路面病害调查的基础上，应对裂缝形成机理进行研究，选取科学有效的修补技术进行裂缝治理，可进一步提升公路工程技术性能及建设质量。

参考文献

[1]王金山.论公路建设中沥青混凝土路面裂缝的成因及预防[J].中国新技术新产品，2015（05）.