沥青路面裂缝成因及防治措施分析

2022-09-06孟岩

工程建设与设计 2022年16期

孟岩

（新疆生产建设兵团公路基本建设工程质量安全监督站，乌鲁木齐 830002）

1 引言

目前，沥青材料以其良好的美观性、优良的降噪效果以及舒适性已成为我国公路工程路面材料的首选。然而受荷载及温度影响，沥青路面常常会产生明显的裂缝，且随着时间的推移，裂缝将逐渐发展直至诱发更为严重的深层裂缝。这些裂缝的形成不仅会导致路面结构破坏，降低行车舒适性，而且地表水及降雨等可通过裂缝浸入路基结构，从而诱发路基不可逆的破坏。与此同时，裂缝的存在破坏了原有路面的完整性，导致其承受荷载的能力显著降低，并最终造成路面结构的完全破坏。基于此，本文从沥青路面裂缝的分类入手，深入探讨裂缝的成因机理，提出与之对应的沥青路面裂缝的防治方法，为裂缝防治工作提供技术支撑。

2 沥青路面裂缝分类及成因分析

2.1 常见的沥青路面裂缝

沥青路面裂缝大致包含以下几种类型：横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝、荷载裂缝、温度裂缝以及反射裂缝[1]。其中，横向、纵向以及网状裂缝均反映了裂缝的形态[2，3]，如图1 所示，具体可通过对比公路路面上的裂缝形态进行区分；荷载、温度以及反射裂缝均反映了裂缝的形成原因。由于沥青路面裂缝的成因各异，因此，对裂缝进行处治之前必须明确其成因，以便于采取针对性的防治措施来处治沥青路面的裂缝问题。

图1 常见的沥青路面裂缝类型

2.2 裂缝成因分析

沥青路面裂缝的分类方法和类型较多，但均是由荷载、温度以及裂缝反射等原因造成的[4，5]。以下将从荷载、温度、裂缝反射以及设计施工4 个方面对裂缝成因进行探究。

1）车辆运行过程中一方面会对路面产生竖向作用力，并且在制动或启动时也会产生横向作用力，同时伴随着一定的振动荷载。在车辆长期循环荷载作用下，路面将产生疲劳损伤，随着时间的推移，疲劳损伤逐渐累积直至超过了路面的承载能力，路面将逐渐破坏乃至出现裂缝。此类裂缝一般位于基层和面层，在长期作用下，裂缝将逐渐贯穿整个路面结构造成严重的不可逆破坏，这便是荷载裂缝的形成机理。

2）温度型裂缝是由于公路各结构层的温度差造成的。沥青路面常采用分层处理工艺，由于各层施工材料的性质及导热性能的差异，各结构层之间将由于温差而产生温度应力，并最终诱发层间的温度裂缝。常见的温度裂缝可分为低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝两种类型。沥青在高温时一般可视为典型的黏弹性材料，在高温状态下并不会产生明显的温度应力，在低温状态下沥青会发生硬化并收缩，在不同层间由于沥青的低温收缩特性将产生显著的温度应力并最终超过路面结构层能够承受的极限，从而造成沥青路面的层间裂缝。一旦路面结构中的底层和面层未完全黏结，面层产生收缩应力后将无法得到有效限制，从而进一步加速沥青路面产生低温开裂。

温度疲劳裂缝一般多发生在温差较大且温度变化频繁的地区，并且温度的迅速波动会导致路面疲劳损伤，此时，即使沥青低温收缩产生的温度应力未达到路面允许值，但由于路面产生的疲劳损伤降低了沥青的弹性模量，因此，在长期荷载和温度变化的双重作用下沥青路面老化的进程将会显著加快，导致沥青材料被破坏，并最终对路面结构产生不利影响。

3）反射裂缝指在原有开裂的沥青路面上铺设新路面，在荷载作用下再次出现裂缝并最终导致表层开裂。反射裂缝一般亦可分为温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝。温度型反射裂缝由于温差在沥青面层产生温度应力，特别是在基层开裂位置处易产生应力集中，在长期温差的影响下，产生反射裂缝并最终扩展至路面表层。荷载型反射裂缝与温度型反射裂缝类似，常会产生强烈的应力集中区，在长期循环荷载的作用下，沥青面层内部损伤将进一步加剧，当损伤累积到沥青路面的极限抗拉强度时，将在下面层产生裂缝并逐渐上延至路面表层。

4）设计施工条件也是诱发沥青路面开裂的一大主要原因。在设计过程中沥青层厚度过小或沥青材料不合理均会导致路面裂缝。在施工过程中，沥青层厚度过小碾压不实；沥青配合比不合理，混合料碾压不密实；路面压实不达标，路基、面层和基层均存在微裂缝等，均会导致路面裂缝。因此，在设计和施工阶段必须严格把控沥青路面结构的质量指标。

3 沥青路面裂缝预防措施

3.1 设计阶段

沥青路面裂缝的首要原因便是路面设计存在不合理之处，缺乏对施工现场的考察或考察过于粗略，造成设计方案与实际施工条件之间存在出入，导致施工质量难以满足实际需求而造成路面裂缝。为了减少路面裂缝，在设计阶段应从以下4 方面入手：首先，应开展广泛的实地调查，必须了解当地的环境、气候、地质条件等，确保路面设计能够满足工程需求；其次，应尽可能选取当地稳定性好、强度高以及不易破坏的材料作为路面基层材料，从而减小路面开裂的概率；再次，沥青材料的选择是关系公路质量及路面开裂与否的关键因素，在设计过程中，应着重考虑其材料的稳定性，从根源上避免路面裂缝；最后，面层厚度的确定也是至关重要的。相关研究表明，一般将沥青面层的设计厚度确定在120～190 mm，能极大地避免沥青路面产生反射裂缝。只有不断地修正和改进沥青路面的设计方案，严格把控设计中的细节问题，才能为保证施工质量奠定基础。

3.2 施工阶段

常见的路面裂缝大多是因为施工过程中缺乏对施工质量及材料质量的监督及检查造成的。一般在施工过程中必须严格遵守以下6 点：（1）在施工阶段应尽可能采取连续施工的作业方式，其不仅可以保证路面结构各面层间的联系性，还有效降低了路面层间污染，保证了路面结构的完整性。（2）路面的养生工作必须严格落实到位。例如，半刚性基层在养生阶段其内部结构将逐渐密实，且强度逐渐增大；（3）铺设防裂层。通过在面层和基层间铺设防裂层布，可有效削减基层间产生的荷载或温差应力，从而有效预防因反射裂缝产生的路面破坏。（4）严格把控材料质量及施工质量。施工材料必须经过严格的审核，确保材料满足设计及施工要求。（5）做好路面压实作业。现场碾压过程中应确保压路机的合理配置，并且确保碾压作业紧随摊铺作业，进而保障路面的压实效果。（6）施工人员应在施工前对施工中需要用到的专业技术有明确的认识，且要进行针对性的培训，从而保证员工在施工过程中能够熟练地完成相关作业。

3.3 材料选取

为保证沥青面层的抗裂性能，施工过程中一般可采用橡胶沥青作为表层沥青材料；其次，可在路面结构碾压施工结束后布设横向通缝，从而避免温度裂缝的产生；此外，在沥青拌和过程中掺入纤维材料，可以在一定程度上防止沥青产生低温收缩，这也是有效避免温度裂缝的途径之一。

4 沥青路面裂缝处治措施

沥青路面一旦产生裂缝问题，必须及时开展相应的修复工作。目前，我国常用的裂缝处治技术主要有压浆法、稀浆封层法、灌缝法、薄层罩面法以及路面再生法5 种。以下对此类处治措施的特点及其适用条件开展深入探讨。表1 列出了常见的路面裂缝处治技术的特点以及适用范围。

表1 常见沥青路面裂缝处治措施的特点以及适用范围

压浆法是沥青路面常用的修复方法。在明确沥青路面实际情况的基础上，科学筛选水泥材料，进一步加强对水灰配比的控制，保证水泥砂浆制备的质量。同时，作业人员必须严格按照压浆法施工的相关规范开展作业，避免返工。在修复过程中，一般将注浆压力控制在约1.5 MPa。压浆法在修复沥青路面裂缝方面具有效果好、成本低以及寿命长等优点，且其不仅适用于路面裂缝治理，在路基病害处理中也同样适用。

稀浆封层可用于路面开裂初期，以有效阻止裂缝的进一步发展。其采用的材料一般为乳化沥青，操作简单，所需设备普遍，主要应用于高等级公路的路面处治。通过稀浆封层措施处治过后，不仅可修复路面裂缝，还能有效提升路面的耐磨性。然而，该方法一般需要较长的施工稳定期。

灌缝法通过采用开槽机对沥青路面裂缝进行开槽扩缝后，采用灌缝机将专用灌封胶注入缝隙内，进而实现路面裂缝的修复。该方法是目前沥青路面处治措施中最常用的。该方法操作简单、施工快捷，能够广泛适用于纵向、横向等较为规律的初期线性裂缝处治，且符合环保要求。该方法的施工流程一般为交通导流、准备工作、找缝、开槽、清槽、灌缝和养护等。需要注意的是，该方法适用于处治宽度≤15 mm 的裂缝。

罩面处治是通过在原沥青路面上铺设新的沥青面层从而达到预防路面裂缝的一种预防性养生措施。其不仅可以对原有破坏的沥青路面进行修复，还延长了道路的使用寿命。根据其施工工艺的不同，又可细分为冷薄层、热薄层及温薄层罩面3 种。以温薄层罩面为例，其不仅具有冷薄层罩面污染小、能耗低的特点，还具有热薄层罩面技术成熟、性能好等优点，是将热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料拌和而成的一种新型混合料。罩面施工工艺前的准备工作包括原路面调研、罩面结构设计和配合比设计以及原路面的处治工；随后开展沥青混合料的拌和与运输、摊铺以及压实作业。由于沥青罩面厚度薄，施工过程中必须严格把控各环节的温度。

路面再生技术是通过把需要翻修的沥青路面经回收、破碎、筛分以及与新材料进一步拌和，并重新铺设路面的一种技术。该技术不仅节约了施工成本，同时实现了材料的循环使用。沥青路面再生根据再生料的拌和及施工温度一般可细分为冷再生和热再生，适用于面层未完全老化及下层结构完好的路面。