半刚性基层沥青路面裂缝形成机理及处治措施

张彩敏

摘  要：在行车荷载和自然因素的长期作用下，沥青路面会呈现出不同程度的病害问题，其中裂缝最为常见，且危害最大，如果不及时处治，将严重影响路面平整性，甚至会引发交通安全事故。该文结合具体工程案例，在阐述了裂缝形成机理的前提下，为有效解决基层反射裂缝的问题提出了一种裂缝全深度处治方案，经过试验检测可得该处治方法裂缝修补效果良好，满足施工要求。

关键词：半刚性基层;沥青路面;裂缝形成机理;处治措施

中图分类号：TU74     文献标志码：A

1 工程概况

某公路工程全长34.5 km，为双向六车道，地处温带季风气候，年均气温在14.2 ℃，年极端最高气温、最低气温在42.2 ℃、-19.2 ℃，年平均降水量超过500 mm。该工程建成通车多年，随着沿线经济水平的不断提升，交通量越来越大，通行压力日益加大。据现场调查发现，路面已出现大量病害问题，如纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝、坑槽、松散、车辙等，其中裂缝最为严重，为此决定进行路面维修养护施工。

2 裂缝形成机理

2.1 水泥稳定碎石基层开裂机理

无机结合料、骨料、细集料和水均匀混合后，经碾压形成的板体结构被称为半刚性基层。因混合料自身材料问题，内部材料极易不均匀分布，在外界荷载和温度变化等条件影响下，很容易出现受力不均现象，甚至出现疲劳应力，微裂缝最早产生于应力集中位置，在行车荷载和自然因素作用下，路面混合料内部将会不断出现新裂纹，随着裂缝的持续发展，裂缝将贯穿整个基层厚度，最终形成基层裂缝。

2.2 反射裂缝的产生机理

在对水泥稳定碎石基层施工完毕后，在行车荷载和自然因素等条件的影响下，水泥稳定碎石基层受力不均，从而形成裂缝。一般来讲，半刚性基层内部裂缝主要包括2种类型的裂缝，一种为宏观裂缝，一种为微观裂缝。在铺筑沥青面层前期，宏观裂缝已大量存在于半刚性基层，在行车荷载长期作用下，基层裂缝顶端和沥青面层底部相连接处将会出现应力集中或应力消除现象，从而产生疲劳应力，在应力作用下，沥青面层内部微裂缝不断发展，最终将整个沥青面层贯穿，形成反射裂缝。

3 半刚性基层沥青路面裂缝处治措施

为了达到良好的修补裂缝效果，不仅要合理选择修补材料，还要规范施工工艺，保证施工工艺能够满足施工要求。针对半刚性基层沥青路面的反射裂缝情况，如果仅采用常规工艺，很难直接灌到裂缝底部，为解决此难题，该文提出了一种裂缝全深度处治方案，具体处治措施如下。

3.1 路面清扫和裂缝清理

结合工程实际情况，该文决定采用高压路面裂缝全深度处治机进行反射裂缝全深度处治，该设备输出压力为7 MPa，4 km/min为全深度处治料输出量。施工前，要清理干净路面，针对路面隐性裂缝存在的浮尘，可采用高压气枪吹干净，同时将反射裂缝内的杂物清除。

3.2 打全深度处治料输送孔

布设全深度处治料输送孔。按照雷达检测报告，在路面上合理布设全深度处治输送孔，沿路面反射裂缝延伸方向布设即可，1.2 m～1.5 m为孔间距范围。确定全深度处治料输送孔直径和深度。采用2 cm全深度处治料输送孔直径，钻孔深度要达到裂缝底部[1]。根据钻孔深度设计要求，在裂缝虚拟线上通过冲击钻进行全深度处治料输送孔的确定，并按照设计深度打孔。

3.3 下全深度处治输送管

按照既定长度，通过切割工具按要求进行PVC全深度处治料输送管切割，并向全深度处治料输送孔内下放输送管，直至设计深度。

3.4 安装注射帽

采用专用工具清理干净全深度处治料输送注射帽凹型边缘，通过铁锤向输送管内敲入已清理干净的注射帽。确保注浆帽紧密结合输送管，避免松动，一旦出现松动情况，则需更换输送管，保证施工质量，图1为注射帽安装图。

3.5 表面封堵

在高压作用下，为了避免裂缝处治料冒出裂缝表面，可采用专门设计加工的封堵板将路面表面裂缝口封闭，确保在高压作用下裂缝处治料不会出现上冒等情况。

3.6 全深度处治

根据设计要求和现场确定的输送量情况，合理确定全深度处治料注射量。施工中，注射枪采用夹具和注射帽之间固定，根据配合比设计向注射枪口输送注射料，在注射枪口处材料混合，并通过输送管向裂缝位置输送，通过一系列物理化学反应，混合料体积迅速膨胀固化，将裂缝空隙填满，以此有效解决裂缝局部松散问题，填充裂缝局部基层脱空处，达到快速治理路面裂縫病害的效果。待输送完处治料之后，需要及时将注射枪保险关闭，待15 s后，便可将注射枪和注射帽分离，图2为全深度处治料输送图。

3.7 补焊

完成上述施工作业后，需将封堵板拆除。该阶段若遇到裂缝处治表面处治料填充量不足现象，需进行补焊，采用手持喷枪与路面裂缝紧贴，将处治料向裂缝内均匀压入，此时要控制好处治速度，不宜过快，一般为0.8 m/min[2]。

3.8 裂缝表面修整

表面修补部位需进行简单整平，保证表面平整、美观，裂缝处没有明显凹凸不平的现象。

3.9 封孔

施工结束后，为了避免输送孔内进入雨水或油渍等杂物，可及时通过密封胶封闭。使用密封胶时可先进行加热，一般温度不得超过210 ℃。此外，密封胶应等同于路面高度，或略低于路面高度。为保证路面干净，施工后还需要清理干净路面施工存留的杂物，避免污染路面。

4 半刚性基层沥青路面裂缝施工检测效果

4.1 施工过程质量控制

4.1.1 原材料检测

根据设计要求和产品标准，检测裂缝全深度处治材料的质量，保证其各项技术指标均能达到要求，若材料不合格，则不得用于施工。

4.1.2 全深度处治料输送孔检测

根据设计要求，合理控制全深度处治料输送孔间距、钻孔深度和孔径，保证钻孔垂直，孔位误差小于0.05 m。相比设计深度，钻孔深度应满足其规定要求，不得过低。

4.1.3 全深度处治料输送压力控制。

按照设计要求，结合工程实际情况，应在5 MPa～7 MPa控制全深度处治料输送压力。

4.2 处治效果现场检测

为了验证裂缝修补效果，该文采用了钻芯取样法，图3为裂缝全深度处治料修补后芯样。由此可见，试样上存在一条较为明显的裂缝，从横断面也能清晰看到。目前，裂缝间隙已被修补材料填满，并向微裂隙渗入。表明修补材料和沥青混合料结合面粘结效果不错，未见脱落等情况，此修补材料具有极强渗透性，修补效果满足设计要求。

为了进一步检验修补成效，决定通过试验检测芯样强度、稳定度、流值指标。试验中均选择了6个试样，结果见表1。

由此可见，待裂缝处治后，基层和面层各项检测指标均可满足规范要求，说明该修补方案取得了良好的处治效果，具有可行性。

5 结语

综上所述，随着我国交通运输事业的迅速发展，沥青路面因其优越的性能在高等级公路施工中得到了广泛应用与推广。然而，随着路面使用年限的不断增长，在汽车轴载持续加大和渠化交通等因素的影响下，路面往往会出现不同程度的病害问题，如车辙、裂缝、坑槽等，尤其是基层裂缝问题最为严重。为了有效治理半刚性基层裂缝，必须了解裂缝形成机理，根据不同的裂缝类型，采取合理、科学的处治方案，从而全面提升工程质量，为推进我国公路事业持续、健康发展提供坚实的支撑。

参考文献

[1]邹静蓉，张治强，李涛.普通干线公路半刚性基层沥青路面破坏机理及控制措施[J].公路交通科技，2018（5）：5-11.

[2]艾长发，徐铖，任东亚，等.移动荷载下含纵横向双裂纹沥青路面复合断裂特性[J].西南交通大学学报，2018，53（1）：128-135.