高速公路路面纵向裂缝处治技术

颜京华

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司 山东日照 276800）

1 工程概况

本工程位于湿热地区，该高速公路地质条件复杂，设计桩号为K006+950～098+930，全长91.98km。自2019年年初建成使用一段时间后，在高填方（K275+314～K275+914）段集中出现了不同宽度的纵向裂缝、边坡开裂等病害。本项目选取高填方路段K275+314～K275+914为试验路段，长度为600m。试验路段基层路面结构为水稳砂砾基层，厚度达40cm，在此基础上加铺沥青混凝土面层，厚度为18cm。在路堤的外侧设置挡土墙，该位置所在路堤施工时会增大压实难度系数。因路面结构的自重、行车的荷载影响，挡土墙侧路堤容易产生固结变形，出现带状不均匀沉降，尤其是在紧急停车带和超车道中间出现纵向裂缝的概率会增大。经取芯试验发现，试验路段出现的是上窄下宽型的纵缝，裂缝深度从路面直达底基层，底基层纵缝的宽度最大为6.0mm。

2 纵向裂缝的特征及原因

受到地基、填土横向分布不均匀以及地表水渗入的影响，沥青路面容易出现纵向裂缝［1］。可根据不同的类型形态和方向，将纵向裂缝分为自上而下的表面裂缝和自下而上的疲劳裂缝。同时，随着时间的推移，路基路面纵向裂缝的出现是无法避免的，可能会产生一些细而短的纵向裂缝。

（1）纵向裂缝的特征。由于地基、填土不均匀而产生的纵向裂缝长度较长，整体多与道路中线平行；由施工搭接质量而导致的纵向裂缝较为平直，长度也较长；受到结构承载力不足影响而产生的纵向裂缝多出现在路面边缘位置，并且伴有少量的支撑裂缝。

（2）纵向裂缝病因介绍。产生纵向裂缝的原因较为复杂，主要原因有以下4个方面：①在道路改建施工中，新旧路基和路面处理不到位，搭接部位未遵循台阶式分层压实的方式进行施工，影响搭接质量进而产生了纵向裂缝；②在路基填筑过程中，路基处理不当，实际的填筑宽度和深度不符合设计要求，导致地基、填土不均匀［2-3］；③未按照施工方案确定的路基边坡坡度实施作业，路基边坡坡度陡峭，路基压实度不够，容易出现边坡失稳问题；④若沥青路面的摊铺方式为分幅摊铺，前后摊铺工作面相接部位的冷接缝处理不当，出现对接薄弱、碾压不够密实等质量问题。

3 常见的高速公路纵向裂缝整治方法

3.1 灌修补法

封缝处理要在发现纵向裂缝之后立即开展，以免雨水顺着缝隙渗入路基之中。灌封前，清理干净缝隙内的灰尘与杂物，可以用高压气体将其吹出，同时，做好原始数据记录工作。裂缝灌缝胶也称之为橡胶沥青，因其具有弹性良好、流动性强、粘结力强等优点，经常用于修补封缝超车道、停靠带的纵向裂缝情况中。当裂缝较细时，灌封胶要自然灌入到裂缝，然后可用刮刀沿纵裂方向翻出45cm宽的灌缝胶带。等2h，表面变干后即可开放交通。行车道若使用灌缝胶修补裂缝容易外溢，且易受到自然风化影响，短时间内会自然老化，与沥青结合不完美，易剥离脱落。

鉴于上述原因，工程中使用普通热沥青来处理裂缝。若裂缝宽度≥5mm，修补时要将松动的沥青混凝土剥离干净，并且填充细粒式沥青混凝土。若裂缝宽度较小时，要扩宽缝隙处，再用热沥青灌缝。灌缝后沥青面要比路面低1～2mm，必要时可以铺上一层薄的粗粒砂，以减少沥青粘轮出现的概率。

3.2 切割修补法

切割修补法适用于修补缝宽＞5mm 的纵向裂缝，其周围还有局部塌陷处、错台处等，也适用于铣刨加铺无法在短时间内完成的路面。切割时，要沿纵向裂缝两侧25cm处将沥青上面层凿除，之后，将其杂物、松动的沥青混凝土清理干净，先用细粒式沥青混凝土进行预填，待敲实后灌入热沥青。灌缝时，沥青不能外溢，铺上石屑后回填沥青混凝土，最后碾压成型。但缺点是施工强度与效率低，施工速度慢，容易在纵向裂缝的方向上出现泛油现象。

3.3 热再生维修法

沥青路面在加热5～8min后温度会升至150℃，可软化沥青。使用热再生维修法施工时，要控制好加热温度和时间，时间过短，温度会低于150℃，沥青面层不能充分软化，修补效果差；若时间过长，温度高于150℃，沥青会老化。融化沥青面层后，需要再次铺匀面层，将老化的、浮在表层的粗骨料去除掉，再添加AC13I 玄武岩沥青混土，在施工现场就地拌制沥青混合料，涂抹后将其整平，用压路机压实。因沥青料中轻质油部分易产生氧化问题，在施工完成后，可在其表面涂抹一层ERAC型沥青再生剂，经具体实践，这种施工方法能将纵向裂缝消除掉，且操作便捷、容易掌握。热再生施工原理如图1所示。

图1 热再生施工原理

3.4 乳化沥青稀浆封层法

作为表面保护层和磨耗层的稀浆封层具有防水防滑、耐磨性能良好、可美化路面的特点。施工前，要修补路面的坑槽处、局部沉陷处、网裂处，若裂缝深度在3～5mm 左右，要按照上述封缝方法进行处理。厚50～80mm 的稀浆封层使用的封浆材料是按照一定比例混合集料、乳化沥青、水、水泥而形成的混合料。乳化沥青和乳液会随着稀浆封层和铺筑施工逐渐渗入细小纵向裂缝内，破乳后的乳化沥青会和水泥一起填补缝隙以达到修补的效果。

4 纵向深度裂缝处置具体应用

4.1 砂浆配合比设计

水泥、砂以及拌和用水等材料是拌制水泥砂浆的常用材料，因其工程对水泥砂浆的强度要求不同，本工程使用PO42.5 水泥。此外，本工程中混合细砂粒径≤0.3mm，含沙量≤1%，减水剂用量=水泥用量×1.0%，膨胀剂用量=水泥用量×15.8%。高速公路沥青路面纵向裂缝深度灌缝施工时要求砂浆性能较好，既要保证流动性，也要注意抗压强度。若抗压强度低，灌缝后的路面结构强度低，不符合使用要求；若流动性较低，砂浆施工质量低；若流动性过高，砂浆易发生离析、泌水等问题。本工程灌缝砂浆7d龄期的抗压强度≥10MPa，流动度20～30s。

4.2 抗压强度试验

参考相似的工程案例，本项目中材料的配合比例如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.35～0.70∶0.39～0.60∶0.16～0.01，水灰比为0.53。综合砂灰比和砂浆的抗压强度关系研究数据发现，当砂灰比为0.49时，砂浆的抗压强度达到最佳水平。实验表明：当砂浆的水灰比达到0.59，砂灰比取值范围在0.47～0.54时，砂浆的流动度与设计标准相符合。当水灰比变大时，砂浆可能出现离析的概率也会增大。鉴于此，本项目水灰比确定为0.59。

当水灰比为0.59 时，调整砂灰比对砂浆材料抗压强度进行试验。实验结果表明：砂灰比为0.47，砂浆抗压强度为16.9MPa；砂灰比为0.51，砂浆抗压强度为19.1MPa；砂灰比为0.54，砂浆抗压强度为18.8MPa；砂灰比为0.57，砂浆抗压强度为18.6MPa。试验可知，砂灰比为0.51时砂浆抗压强度最大，配比如下：水泥∶砂∶拌和用水∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.45∶0.58∶0.16～0.01。因而本工程使用上述配比混合而成的材料。

4.3 纵缝深度灌缝养护施工

4.3.1 施工准备

砂浆灌注的施工质量高低会因纵向裂缝内积水量的多少而受到影响，因而，纵向裂缝深度灌缝需进行养护施工。本项目养护时连续晴天超过5d且无降水，这样可有效提升灌缝加固之后路面的整体强度。水泥砂浆在施工过程中，会随着灌浆压力的增大可能出现溢出路面裂缝的现象。为避免上述现象的出现，一般会对其进行裂缝预处理，将裂缝内杂物、灰尘、积水清理干净后，用密封胶封堵裂缝。处理取芯处裂缝时，考虑到该位置承受的压强较大，为确保密封效果，在涂好密封胶之后，在取芯孔洞裂缝两侧20～30mm 处涂抹环氧树脂。

4.3.2 钻芯布孔

本工程钻孔时有两种钻头直径可供选择。考虑到110mm 钻头施工时路面结构受到的破坏程度较大，取芯难度系数高，封堵时，需要使用较大量的环氧树脂砂浆量，因而本项目使用60mm 钻头直径。孔深是确保灌浆效果的重要因素，孔深又需依靠纵缝的走向和发展情况确定。其确定方法如下：若土基出现的裂缝并没有完全开裂，确定孔深时，要按照上基层所对应的标准进行计算；若土基产生的纵缝处于完全开裂时，确定孔深时，确保芯体可全部顺利取出。

本工程施工时，孔位布置在裂缝中心位置。由于深度灌缝养护施工中孔的间距直接决定砂浆灌注的饱满程度，因而间距不能过小，以免影响施工进度，从而增大施工成本；而间距也不能过大，以免增大灌浆难度，从而降低施工效果。待钻孔后，要及时清理掉孔底部的积水和沉渣［4-5］。考虑到自然风干耗费较长的时间，为缩短工期，本研究在距离路表8～10cm处的砂浆表层采用高压液化气罐加热设备对其进行烘干处理。

4.3.3 封堵管埋置及灌浆

首先，在孔洞内埋置封堵管，盖上封盖。封盖要具有拆卸方便、防砂浆溢出的功能。其次，环氧树脂和聚酰胺树脂要按照1∶1的配比进行混合，在孔壁和封堵管的管壁均匀涂抹搅拌好的混合液。埋设封堵管时表面的混合液要自然风干，埋设时选取的位置比路的表面低5～10cm，其余封堵缝的空隙用上述混合液填补，将封堵管和注浆管按照设计要求进行连接注浆时，注浆机的初始工作压力为0.55MPa。最后，在灌浆的过程中及时关注孔内变化情况，一旦砂浆流出时，使用封盖进行封堵，待砂浆不再溢出后继续灌浆［6］。若上述操作不能及时控制砂浆，应逐渐减小压力，关闭注浆机。

4.3.4 选择试验路段进行试验

为确保灌浆效果，在正式施工前要选取工程中的试验路段进行试验，其试验方案方法如下：方案（1）按照孔距3.0m 布孔，初始注浆压力为0.55MPa；方案（2）按照孔距7.5m 布孔，初始注浆压力为0.55MPa；方案（3）按照孔距14.5m布孔，初始注浆压力为0.55MPa，后持续增压。

方案（1）和（2）注浆试验时，若注浆孔内存在浆液冒出的情况，说明孔距过小。方案（3）开始1～3min之后，注浆机的压力数值维持在稳定范围内，砂浆量没有持续减少，孔内没有出现流浆和溢浆现象时，可加大注浆机的压力指数0.1MPa，重复操作直至1.0MPa。当注浆压力达到1.0MPa 时，砂浆量不断减少，观察孔内是否出现流浆现象，一旦出现，则用封盖对封堵管进行密封后持续增压至1.5MPa，砂浆直接喷出纵缝。停止注浆后，再观察孔（距注浆孔2m）位置处，没有发现砂浆。

从上述实验结果中可以得知：注浆压力在1.0～1.5MPa时，纵向裂缝宽度为6mm，从单侧注浆贯入砂浆的深度为1.5～2.0m。随着纵向裂缝宽度的变化，注浆距离也会随之而变化。因而确定，纵向裂缝注浆距离最大值时，还应遵照上述实验流程对不同的纵向裂缝宽度进行注浆。

4.3.5 养生

完成注浆施工后，要及时取出封堵管，并用砂浆填平孔洞缝隙。若浆液没有达到完全硬化、不符合通车的标准时，车辆不能在施工区域内通行。养护施工达到30d 后，要对其施工区域进行抽样检测。本研究钻取完整芯样检测后发现，注浆的裂缝区域内破碎的基层已被粘结成一个整体，达到了纵向裂缝灌缝养护治理的效果。

5 结语

本研究表明，灌浆规模较大时，宜采用60mm孔径钻孔施工，最佳钻孔深度要达到土基。纵缝宽度为5～10mm 时，孔距为3～8m 为宜；纵缝宽度超过10mm时，孔距为8～15m 为宜，控制注浆压力取值范围为1.0～1.5MPa。2019年8月，本工程开始对高填方病害路段出现纵向裂缝的地方进行深度灌缝养护施工，待养护期结束后运行通车。2020年6月，施工检测人员检测维修养护路段没有发现新产生的纵向裂缝，也没有发现因纵向深度裂缝产生的大面积路面损害，说明纵向裂缝深度灌缝养护施工具有显著的效果，有效提升了公路的使用性能。