高速公路沥青路面的病害及处治方法研究

2022-07-14宋培振

交通世界 2022年18期

关键词：车辙面层摊铺

宋培振

（山东省交通工程监理咨询有限公司，山东济南 250000）

1 高速公路沥青路面常见病害类型及影响因素

1.1 沥青路面裂缝

（1）横向裂缝

沥青路面横向裂缝垂直于行车方向分布，根据严重程度可分为轻、重两个等级，前者缝壁无散落或散落程度较轻，支缝少，缝宽小于5mm；后者缝壁散落严重，支缝多，缝宽大于5mm。横向裂缝出现主要是受到地基变形、温度变化、基层材料等因素的影响：①填土路堤或地基纵向不均匀沉降，反射到路面结构层形成横向裂缝；②沥青路面在摊铺期间，横向接缝数量过多或未按照规范要求正确处治横向接缝，产生错台；③在温度变化过大区域，沥青路面表面易开裂，并向下扩展和形成上宽下窄的温度裂缝[1]。

（2）纵向裂缝

沥青路面纵向裂缝沿行车方向分布，裂缝长度较长，同时可根据裂缝严重程度可划分成轻、重两个等级，其缝宽、缝壁特点与横向裂缝基本保持一致。纵向裂缝出现的原因为：①路基填筑使用了不合格材料，路基吸水膨胀引起路面开裂；②纵向加宽没有按照标准要求进行施工，或者碾压没有达到要求，从而造成加宽部位不均匀沉降，产生纵向裂缝；③沥青面层前后摊铺搭接处的冷接缝没有按照标准要求进行处理，因结合不密实而相互脱离，产生纵向裂缝。

（3）龟裂

高速公路沥青路面龟裂主要是因为沥青混合料路面柔性较差，在车辆荷载作用下产生过大挠度和变形，属于疲劳裂缝。沥青路面龟裂多发生在行车道范围内，呈网格状、形似乌龟背壳花纹。根据严重程度可将龟裂划分为轻、中、重三个等级，其中轻微龟裂的裂缝较细、无散落，无变形，块度介于20～50cm 之间，对沥青路面服务水平影响不大；中等龟裂的块裂较明显，有轻度变形，块度小于20cm；严重龟裂的裂块破碎，缝隙较宽，变形大，路表水容易渗入，破坏面层和基层的强度。

1.2 沥青路面坑槽

（1）坑槽分类

坑槽是高速公路沥青路面局部破损的主要形式，容易引起行车颠簸、振动，产生较大的冲击荷载，存在较大的安全隐患。如果不及时修补坑槽，可能造成路面大面积损坏。根据坑深和坑槽面积大小，可将沥青路面坑槽划分为轻微破损、中等破损、较严重破损、严重破损等，具体标准见表1[3]：

表1 沥青路面坑槽破损分类

（2）坑槽产生原因

①表面层产生坑槽：沥青混合料路面表面层空隙率偏大，路表水容易渗入滞留，使得混合料中受到车辆荷载产生动水压力，石料表面剥落，路面自上而下逐渐形成坑槽。这类坑槽深度约2.5～4cm，数量最多，常出现在（改性）沥青稳定碎石等半开级配沥青面层中。

②表面层和中面层产生坑槽：沥青路面的表面层和中面层为半开级配沥青混合料时，路表水会渗进表面层与中面层滞留，积水时间长，使得沥青混合料丧失黏结强度而出现粒料分离或崩解现象，从而形成坑槽。这类坑槽深度约9～10cm，数量较少。

③整个路面结构层产生坑槽：路表水滞留在基层与底面层之间，在基层和底面层之间产生吸排水作用，反复冲刷裂缝，形成以裂缝为中心的局部下陷或网裂，最终引起坑槽。这类坑槽深度＞10cm，容易发生在重载货车多的高速公路上。

1.3 沥青路面车辙

高速公路沥青路面变形类病害包括失稳型车辙、压密型车辙、结构型车辙、磨损型车辙等。车辙出现的原因有内因和外因两个方面[4]。前者主要是指沥青混合料参数问题，比如针入度较大、黏度低、沥青含量高或选择不合理、矿料级配不良等；后者主要是指温度和交通量，温度越高，交通量越大（尤其是重载车辆），沥青的抗变形能力越差，越容易产生车辙。

1.4 沥青路面沉陷

路面沉陷主要是因为路基路面产生较大的竖向变形而引起的，包括均匀沉陷、不均匀沉陷和局部较大面积沉陷三类：①均匀沉陷是路基路面在车辆荷载作用下进一步密实稳定的表现，通常不会导致路面破损，属于正常现象，但是均匀沉陷值也不宜过大；②不均匀沉陷是因为基层局部压实度不足引起的；③局部大面积沉陷主要发生在容易沉降的软土地基和高填方路段。

2 高速公路沥青路面病害影响因素

2.1 沥青路面裂缝影响因素

（1）材料性能

沥青混合料性能是影响高速公路沥青路面裂缝的关键因素，主要体现在以下几个方面：①沥青劲度。一般情况下，沥青劲度越大，应力越容易松弛，裂缝产生时间也越早；②沥青温度敏感性。沥青含蜡量高、感温性强的路面容易出现开裂；③沥青路面结构组合。对于半刚性基层（水稳碎石基层、二灰基层等）的沥青路面，由于基层和面层模量相差较大，结构不连续，基层自身产生的收缩裂缝容易反射到沥青面层，导致沥青路面开裂。

（2）气候条件

高速公路沥青路面在运营期间会出现紫外线老化和热氧老化，沥青混合料的组分和性能发生改变。沥青混合料的孔隙率直接决定了其老化程度，即孔隙率越大，沥青混合料与空气接触面积也越大，老化速度也更快。长期老化的沥青路面在车辆荷载作用下，沥青层承受拉应力就会超过材料容许拉应力，从而产生路面开裂。

（3）施工方案

良好的施工设备和施工工艺是确保高速公路沥青路面施工质量，避免裂缝出现的前提条件之一。比如在路面施工期间混合料拌和时间过长、拌和温度过高等，容易导致沥青氧化变硬，在车辆荷载作用下对拉应变更加敏感，出现裂缝的可能性更大；再比如桥头路基填土压实度不满足规范要求，在路桥过渡段会产生不均匀沉降，从而引起横向裂缝。

2.2 沥青路面车辙影响因素

（1）原材料选择

为减少高速公路沥青路面车辙，要合理选择沥青、细集料等的类型及用量。

高速公路沥青路面应选择黏度高、稠度大的沥青或改性沥青；

细集料在选择时应控制好砂的含量不宜过高，否则会降低沥青混合料的稳定度，同时在超载严重的路段不宜使用天然砂；

混合料的配合比设计应按照马歇尔法，级配选择“S形”并采用较低的油石比。

（2）摊铺顺序

高速公路沥青路面在施工过程中应严格控制摊铺顺序，以确保各面层之间连续性和黏结力。同时，为提高各面层之间的黏结力强度，黏层油可优先选择橡胶改性乳化沥青。

3 高速公路沥青路面病害处治方法

3.1 沥青路面裂缝处治

沥青路面裂缝处治的目标是改善路面行车舒适性和平顺性，恢复其承载能力和强度，并避免裂缝扩展。路面裂缝在处治时应根据裂缝深度、宽度、面积等选择合理的修补措施，目前高速公路沥青路面裂缝修补主要有灌缝和微表封层两种方法。

（1）灌缝法

沥青路面灌缝处治法施工简单、效率高、对交通影响程度小。灌缝法就是先将裂缝开槽吹净，再将密封胶直接灌入封闭裂缝，其具体工作流程如图1所示：

图1 灌缝法主要操作流程

沥青路面灌缝处治质量及使用寿命不仅取决于灌缝材料性能和灌缝设备，还与开槽填封贴缝工艺密切相关。因此，在对路面裂缝开槽贴封处理时，首先要凿出小的接触面，再清除裂缝边缘老化的沥青混合料，从而提高灌缝材料和接触面之间的黏结性和密封性。

（2）微表封层法

微表封层法利用改性乳化沥青作为胶结料来修复路面裂缝，具有效果好、施工速度快、施工工期短、成形快、节能环保等优点。微表封层法用于路面裂缝处治时要求路面较完整，面层不得出现严重网裂、龟裂，否则必须对路面破损严重的部位进行挖补找平后才能使用微表封层法。

3.2 沥青路面坑槽处治

坑槽处治应根据坑槽病害类型、严重程度及原因，采取合理措施及时进行修补。坑槽修补材料应具有足够的强度以及良好的高低温性能、抗水损坏和老化性能。

（1）挖补处治法

按照“圆洞方补，斜洞正补”的原则，标划出修补范围，通过人工或机械将坑槽切成方形，清理坑槽露出平整坚实的底层，要保证挖出的坑槽四壁完整和具有足够的强度，对因铣刨或人工凿挖作业造成的松散粒料要认真进行清除；然后在槽底及槽壁均匀洒布黏结沥青（相应位置路面层喷洒透层或封层），再将图纸要求的沥青混合料铺平。混合料应首先摊入槽壁四周，然后由边向中摊铺，避免混合料离析。存在碾压困难的边角部位可采用小型压实机械碾压处理，摊铺面应采用振动压路机进行碾压，确保压实效果。挖补后的路面应平整密实，与周边路面连接紧密，不得有渗水现象。

（2）原地热再生法

该方法首先要选择适当的工具将坑槽处路面凿除，随后在槽壁处喷洒黏结沥青油（稀释沥青、煤沥青、乳化沥青等），最后在开槽位置摊铺、压实热拌沥青混合料。在条件允许时，可在坑槽与原有路面间铺一层抗裂贴，从而显著提高路面抗变形能力[5]。