高速公路路面裂缝成因及日常养护关键技术分析

2021-06-22柴军

运输经理世界 2021年26期

柴军

（甘肃省酒泉公路事业发展中心，甘肃酒泉 735000）

0 引言

高速公路施工过程复杂，施工周期长，施工完成后容易出现裂缝，影响公共基础设施的稳定性。不同类型裂缝的成因也各不相同。首先，由于路面结构材料不同，在温度变化时会发生一定程度的变化，从而产生横向裂缝；其次，受路基等不均匀沉降、地表水下渗等因素的影响，从而产生纵向裂缝，经过时间推移，逐渐反射到路面上，出现长短不一的纵向裂缝；最后，由于高速公路具有路线长、涉及面广、投资大等的特点，造成日常养护工作滞后，没有按照规范要求定期养护高速公路路面，路面的隐患越来越多，最终形成龟裂和网裂。

1 高速公路路面裂缝的类型

高速公路路面裂缝按形成原因可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝，按形状可分为横向裂缝、纵向裂缝、块裂及龟裂等。

1.1 荷载型裂缝

高速公路主体结构为沥青混凝土结构，在实际应用中由于连续荷载突然增加而使路面抗拉强度增加，但其承载能力有限，极限取决于设计强度和实际承载能力。沥青混凝土结构在荷载作用下的受力超过极限，导致沥青混凝土结构与钢筋结构内部受力失衡，最终发生应力失控。在施工过程中，路基压实度不均匀，在使用过程中，引起路面产生不均匀沉降。目前在路面施工过程中，多采用多幅摊铺。在摊铺过程中，接茬未处理好，在行车荷载作用下最终导致荷载型裂缝。纵向裂缝是荷载裂缝的主要表现形式[1]。

1.2 非荷载型裂缝

高速公路非荷载型裂缝产生的原因很多，主要是路面积水不能及时排出，在车轮的作用下使受压水迅速传递至路面，路面强度发生变化而形成小裂缝。雨雪从小裂缝渗入，引起基层软化，基层沉降不均匀致使裂缝进一步恶化扩大，从而影响整个高速公路的承载能力。同时，外界持续的外力作用而产生裂缝，如沉降裂缝，主要是外界持续的外力作用，导致整体抗压强度下降。

2 高速公路路面裂缝的成因

2.1 材料因素

材料是造成高速公路裂缝的重要原因。在工程设计中，除主要的材料外，还涉及路基的加固材料。通过对高速公路沥青路面裂缝的成因分析，得出路面裂缝的主要原因是材料。路面材料自身的稳定性、材料强度、材料的密度等因素的改变，都可能导致路面裂缝。水泥、骨料、砂石、添加剂等是混凝土配合比的主要原材料。在浇筑时，由于施工技术和外部环境等的影响，很容易产生裂缝。同时由于材料的机械性能差异，也将导致混凝土在浇筑的过程中产生裂缝。同时，钢筋与混凝土之间也会产生一定的作用，造成变形。如果拉应力太大，则会产生裂缝。混凝土的强度和塑性是影响质量的关键因素，当施工材料之间的配比不达标时，混凝土将会出现反砂现象，同时在干燥的情况下也将导致结构裂缝。

2.2 行车荷载因素

行车荷载也是引起高速公路裂缝的主要原因。目前在高速公路养护管理中，由于行车荷载难以进行有效的控制，致使高速公路整体养护中发生裂缝的可能性大大提高。在高速公路长时间运营后，随着车辆逐步增加，车辆的重量不断增加，因此，高速公路的运营负荷也会随之增加。在长期的超载工况下，路面的老化问题会加剧，从而产生裂缝。此外，在超重工况下，若不及时进行路面养护，将会增加裂缝出现的概率，严重地妨碍行车的正常行驶。

2.3 地质条件因素

高速公路的地质条件也是造成路面裂缝的主要原因。在复杂和严酷的地质环境下，不仅增加高速公路建设的难度，还会给高速公路的养护工作带来一定的困难。通过对地质环境、土壤环境、气候等方面对高速公路的影响进行研究，发现这些因素的变化会使高速公路的地质状况发生变化，从而增加工程建设的难度，也为高速公路工程施工带来困难。当遇到含水量较大的地质条件时，会增加高速公路工程的裂缝发生概率，为高速公路建设带来较大困难。

2.4 施工因素

高速公路路面裂缝的内部原因是材料，施工则是外部原因。目前，我国的高速公路的建设技术已取得较大进展，但在实际建设中还存在不少问题，存在施工组织设计滞后、技术水平低下等问题。在高速公路建设中，由于缺乏对相关技术和材料的管理，导致高速公路的施工裂缝问题的出现，影响高速公路的正常使用和运行。

3 高速公路路面裂缝的日常养护关键技术

3.1 压浆技术

针对高速公路路面裂缝问题，应采取科学的维修技术加以解决。通过采用适当的技术措施，可以有效地减少高速公路裂缝的发生，延长高速公路的使用寿命。在高速公路养护技术中，压浆技术（注浆法）是一种较为简便的施工方法，被广泛地用于高速公路的后期养护。具体做法为：在高速公路路基或路面发生裂缝时，进行插管灌浆，并在裂缝部位设灌浆喷嘴；注浆时，选用专门的工程材料，一般为环氧树脂；在灌注过程中，将压浆挤出，直至浆液从其他喷口流出。将环氧树脂填充至裂缝中，形成一层保护膜，能够有效减少雨雪渗入对基层的破坏。

3.2 开槽灌缝技术

开槽灌缝技术相对于压浆技术对工艺技术等方面都具有较高的要求。在高速公路存在横向裂缝的情况下，采用开槽灌缝技术能够防止裂缝的进一步扩大。目前高速公路养护技术普遍采用这种方法，可以对高速公路的裂缝进行及时修补，从而延长高速公路的使用寿命。开槽灌缝技术对施工的要求很高，在施工过程中，要确保路面交通处于封闭状态，以达到安全施工的目的。在施工之前，要准备好施工所需的设备。开槽灌缝技术施工的规模比较大，会采用开槽机和灌胶设备。在所有的准备工作完成后，就可以开始施工。首先，开槽灌缝时应沿裂缝开槽，开槽深度和宽度应适应或满足设计的要求[2]。开槽之后，将槽中的灰尘、杂物清除掉，保证裂缝及周边干燥、清洁，避免黏结失效，同时也能保证灌缝机枪头平滑的运行。在灌缝机内加入灌缝胶，当温度达到一定程度时，再进行灌缝。施工结束等灌封胶冷却后，即可开放交通。缝槽灌缝应充分饱满、黏结紧密，密封胶边缘齐顺、表面平整，无颗粒状胶粒。

3.3 贴缝技术

在高速公路纵向裂缝修补中，采用大量的贴缝技术。贴缝技术的应用领域类似于开槽灌缝，对小裂缝的修复也具有很好的效果。贴缝宜采用热黏式贴缝胶，可使用自黏式贴缝胶。在进行贴缝施工时，所需的工艺较开槽灌缝相对简单。首先，在施工过程中要保证路面交通处于封闭状态，施工时，裂缝中及裂缝两侧的灰尘及杂物要清除干净，保证裂缝作业面平整。其次，采用热黏式贴缝胶时，贴缝前应对裂缝及其周边路面进行加热，贴缝时应在对路面和贴缝胶交界部位加热的同时，将贴缝胶沿着裂缝粘贴到路面上并按压紧密；采用自黏式贴缝胶时，贴缝前可只做路面干燥，并将贴缝胶沿裂缝贴到路面上，挤压紧密即可;贴缝技术应达到贴缝胶边缘整齐、表面平整。

3.4 表面封层类预防性养护技术

表面封层类预防性养护技术可处理非失稳车辙，恢复路面功能，根据施工工艺可分为封层型和表面喷施两类。表面喷施是一种根据路面特性使用不同养护剂的涂布或喷淋法，形成具有抗老化、防水等功能的养护层。同时根据不同材料的用途，可将其分为还原剂封层和雾封层两类，其中剂封层、雾封层已广泛应用于高速公路。目前高速公路主要使用微表处施工。微表处采用阳离子型改性乳化沥青、不同规格的粗细集料、矿粉掺配而成，及时有效地防治路面出现的小病害。

3.5 裂缝检测技术

高速公路裂缝探测技术是高速公路养护工作的重要内容。在高速公路裂缝检测中，应根据实际情况选用相应的检测技术。通过对试验数据的分析，维护人员可以制定出一套行之有效的维修计划，从而保证高速公路的总体质量和运行。非破坏性裂缝探测技术是指在地质雷达工作时，利用主控制，周期性地发出微秒级信号，并通过发射天线将其与地表进行耦合，实现对地表的信号的采集，得到路面裂缝的基本信息。这种方法不会损坏道路，故称之为非破坏性测试。此外，通过强度测试、钻孔测试等方法，可以实现对高速公路裂缝的分析与处理。

3.6 沥青路面再生技术

沥青路面再生技术在沥青混凝土路面上的应用，既能达到养护的目的，又能节约资源，提高资源的利用效率。根据温度的不同，可分为低温再生和热再生。其中，热再生有两种方式：厂拌和就地再生。厂拌的方式是指回收沥青物料，由加工厂进行处理，然后用于高速公路的养护。沥青路面再生技术是一种成本低廉、质量合格率高、降低污染系数的新工艺。沥青再生类预防性养护技术能够实现对施工资源的再利用，达到降低成本、提高环保效益的目的。通过加入水、再生剂等方法，形成新型的沥青混合料，降低环境污染。为了充分发挥沥青路面的防渗透性，在沥青路面表面安装高性能水玻璃，全面提高沥青路面的防渗性能，同时对废旧沥青混合料进行二次碾压施工，提高整体的密实度。

4 高速公路路面裂缝的预防措施

4.1 加强养护施工原材料控制

施工原材料的质量对于高速公路养护施工具有极其重要的作用。在养护施工过程中，原材料的质量是否合格直接关系到养护施工能否达到预期目标。例如，在养护施工过程中，混凝土原材料的选择对养护的质量具有较大影响。水泥是混凝土的重要组成材料，选择合适的水泥标号和种类能够有效地保证施工的质量，同时满足节约成本的要求。但是水泥的种类多种多样，施工人员在选择的水泥过程中，要严格地按照试验检测机构出具的混凝土配合比的技术要求，对其进行充分的检测，使整个高速公路的质量得到有效保证。此外，应该严格控制混合材料所用的外加剂和水的质量，确认符合混凝土的配制标准。如果是泵送混凝土材料，也需要做好缓凝剂的掺加。为保证混凝土结构高速公路工程施工质量，碎石的粒径应在20mm以下，砂石应采用中粗砂，水泥和催化剂应选用低碱性的。若需要对混凝土初凝时间进行控制，可以适当在拌和阶段加入一定比例的粉煤灰。混凝土的质量与水泥的用量有直接关系，在高速公路工程建设施工时，需要严格把控水泥的用量，降低混凝土的水化热，从而更好地把控混凝土的可泵性。

4.2 建立健全养护管理制度

在制定养护管理制度的过程中，首先，需要保证制度的内容全面、规范、可执行。其中，包括高速公路养护管理的相关部门及相关工作流程，与高速公路养护管理实际情况相结合，并加强建设有关法律法规，同时重视天气情况、公路巡视日志等日常养护记录。其次，需要对管理主体予以明确。建设、施工及管理部门在高速公路缺陷责任期内都需要对其进行管理，一旦发生路面病害，应明确修复责任，准确划分缺陷的病害类型。在高速公路缺陷责任期内，对车辆漏油与质量缺陷造成的路面坑槽以及交通事故造成的结构性损伤，安全设施构件丢失等缺陷病害应进行区分。其中，原施工单位负责对质量缺陷进行治理维修；养护单位负责对非缺陷病害进行养护管理，并对养护管理流程进行科学制定。

4.3 实现对日常养护的规范化管理

为了更好地防止高速公路裂缝问题的出现，需要对管理方式方法进行不断优化和创新。高速公路建成后，原施工单位撤离，由养护单位对质量缺陷进行修复，施工成本与建设期间相比，单价较高，因此需要加强管理力度，及时解决养护中的各种问题。同时还需要打破传统的“一路一公司”日常养护的管理模式，由于采用路段封闭式管理，普遍存在工作效率不高、人员及设备分散、养护投入较少、技术和创新能力不足、人员整体素质较低等情况，对养护管理实现专业化、科学化、规范化、机械化及模式化发展造成制约。因此，为了改进和创新管理模式，可采用多家公司分段养护的方式，提高竞争意识，有效提升养护管理质量和效率，并且更大限度降低养护成本。

4.4 严格控制车辆荷载

路面是直接承受车辆荷载的结构层。荷载在路面设计荷载承受范围内，对路面的影响相对较小，若超出路面的承受范围，会加速路面结构层的老化。同时，会造成路面病害加速形成，严重影响路面行车安全和舒适性。尤其是已经达到或超过设计使用年限的高速公路，问题会更加严重。因此，要求高速公路收费管理部门严格执行超载禁止上路的规定，同时路政、交警等执法部门要严厉查处超载行为，确保避免超载，减轻对路面危害，从而达到延缓路面病害出现的目的。