高速公路沥青路面裂缝检测方法以及处治措施研究

1 引言

高速公路沥青路面具有良好的行车缓冲性、舒适性，作为典型的柔性路面体系，沥青路面施工效率高，且后续维修养护较为方便，沥青路面被广泛应用于不同等级公路路面建设中。沥青路面在行车荷载及复杂外界环境影响下，容易出现车辙、裂缝、坑槽等病害。 裂缝病害如果在前期不加以及时处治，则会在温度变化、雨水冲蚀下扩大其病害范围，最终导致病害区域的行车安全性丧失，影响使用寿命降低。 开展沥青路面裂缝病害处治具备重要的社会经济效益。

2 工程概述

山东菏泽市某高速公路是该区域公路路网规划中的重要组成部分，双向4 车道，设计速度120 km/h，路面结构为沥青混凝土。 该项目于正式运营后， 随着车辆运行数量的不断增多，同时受外界复杂环境的影响，沥青路面出现了不同程度破坏的裂缝，局部超车道存在严重的车辙及沉陷病害。 现场项目组在2021 年2 月—2021 年6 月对该高速公路车流量密集段进行了交通量的调查，其中，车辆类型主要分为中小客车、大客车、集装箱车，日平均交通量43 369 辆，中小客车占据比例达到了75%，大客车比例15%，集装箱车比例10%。

3 路面裂缝检测

经现场数据统计调查表明，该高速公路K30+000~K96+500段局部行车道经过1 年的运行， 靠近标线处存在较为轻微的纵向裂缝，宽度3~5 mm，路面变形程度较浅；该裂缝经过半年的发展，成为行车道中间宽度1 cm 左右的支缝，且在车辆的长周期运行下，该支缝沿着轮迹形成了较多的纵缝，纵缝之间由横斜缝构成，形成网裂、沉陷病害。 项目组裂缝检测工作的开展主要包括对公路路面设计资料进行收集、 路面养护维修情况调查、路面破损及强度的检测，本文采取钻孔取芯、挖验方式进行路面病害情况的深度检测。

3.1 钻孔取芯

路面钻孔取芯主要在路面结构良好处、纵向裂缝处、沉陷处开展。 其中，行车道沉陷病害处中下面层、底基层取芯样较为松散；路面沉陷处局部取芯样较为完整，但是部分位置贯通裂缝存在于基层，病害下面层松散，上面层存在杂质泥团；路表无病害处的芯样完整性较高，且芯样外壁较为光滑，少数存在表面松散及细微贯通裂缝，如图1 所示。

图1 芯样病害检测

3.2 挖验

路面探坑挖验则主要是对裂缝在路面结构内部的发展进行检查。 项目组在现场进行两个探坑挖验：1 号探坑位于行车道沉陷较为严重处，其中裂缝宽度达到了2 cm，深6 cm，现场探坑发现：裂缝普遍存在于各个不同路面结构层，且各结构层的裂缝宽度变化幅度较小， 裂缝骨料松散较为明显。裂缝几乎不出现在路基填土顶面，基层之间充填丰富的泥质物。 2 号探坑则处在没有沉陷的位置，挖验结果表明，路面底基层至面层具有裂缝，底基层处的裂缝处骨料松散，能够较为容易地去除，碎石层位置处，裂缝呈往周围扩展的趋势，且与上部裂缝具有10 cm 的错开。 灰土层位置处，裂缝具备较大的分散和偏移，路基边坡不鼓出、滑移倾向，路面结构层裂缝上下贯通[1]。

4 路面裂缝原因分析

该高速公路路面裂缝种类较多，依据现场资料分析表明，裂缝病害和路面行车流量、环境温度、沥青混合料性能密切相关，裂缝主要是沥青混合料性能不佳所造成的。

4.1 横向裂缝

横向裂缝则主要表现为温度收缩裂缝。 温度变化极容易造成沥青混合料性能产生变化， 沥青作为温度敏感性黏弹性材料，随着温度的下降，沥青混合料硬度提升，收缩变形增大，当沥青混合料的收缩变形应力大于自身具备的抗拉强度时，则会造成沥青路面的开裂，上部裂缝不断往周围、下部扩展，则会形成上宽下窄的横向裂缝带。 伴随着车辆不断冲击，既有裂缝则会变得越来越宽。

4.2 纵向裂缝

纵向裂缝的产生则主要是路面结构施工时， 路基施工质量欠佳，压实度没有达到设计要求，且路面荷载大于路基承载能力，导致路基不均匀沉降，纵向裂缝由此产生；新旧沥青路面衔接施工接缝不合理，则会造成地表径流的下渗，沥青混合料则在水流作用下产生黏聚力衰减、表面脱落，也会形成路表纵向裂缝；项目排水设施施工不合理，会造成路基水毁病害，路面结构层之间的压实度存在较大差异性， 不同位置的接缝存在明显空隙，在外界复杂环境影响下，路面会形成轻微的纵向裂缝，一旦承受循环行车荷载作用，轻微裂缝则会发展为宽度较大的剪切破坏纵向裂缝。

4.3 龟裂

路面龟裂破坏在前期则主要表现为网状交错裂缝， 继而不断发展为多边形大范围裂缝。 龟裂病害产生的原因主要是车辆荷载作用下，路面结构底部出现点范围的疲劳破坏，多类型环境因素侵蚀下，裂缝则会扩展至路面，表现出网状错综复杂的病害。 龟裂多产生于沥青路面结构不完整区域，且在行车情况复杂位置，龟裂病害极其严重[2]。

5 裂缝修补处治分析

针对上述存在的路面裂缝病害， 本文结合项目所处环境及裂缝成因开展灌缝胶沥青路面养护应用分析。

5.1 原材料

灌缝胶原材料采取90 号基质沥青，相对于70 号沥青，90号沥青具备良好的应用性能。 依据公路工程相关规范进行性能测试，90 号沥青各项指标如表1 所示。沥青混合料掺合料选取煤矸石，其表面呈棱角状、光滑，煤矸石需要进行粉状压碎，形成灰黑色固体，细度60 目；水泥则选取冀东32.5 硅酸盐水泥。 煤矸石、 水泥技术指标如表2 所示。 沥青混合料级配为AC-13C，目标配比合成曲线图如图2 所示。

表1 90 号沥青技术指标

表2 煤矸石、水泥技术指标

图2 目标配比合成曲线图

5.2 施工步骤

5.2.1 裂缝开槽

路面裂缝病害开槽处理需要依据裂缝形成方式的不同而采取相适应的开槽方式， 开槽方式决定了路面开槽结构的尺寸、类型。 现场裂缝多为长大裂缝，采取开槽机进行路面裂缝开槽时，则需要对开槽设备进行对准，并且依据实际情况和设计要求进行开槽宽度、深度的控制。

5.2.2 开槽清理

为了有效确保路面裂缝开槽界面和灌缝胶填料之间的接触性及良好的密封效果，现场需要采取空气高压喷枪进行开槽底部清理工作，对开槽中的灰尘、碎石等杂质进行及时清除。 除此之外，为优化开槽界面和修补料之间的黏结性，可以采取钢丝刷进行开槽底部的深度清洁；现场环境温度偏低时，开槽位置处沥青的黏结和融合则可借助于热风机进行预热干燥[3]。

5.2.3 填补料灌缝

路面开槽处理结束后， 技术人员则需要将填补材料进行灌缝处理， 灌缝机需要对准开槽部位， 并且合理调整其出料量，避免出现填料过多或缺失。 技术人员需要控制填筑截面略高于开槽界面，以便后续整平处理。

5.2.4 贴缝整平

当灌缝填补处理一定距离之后， 现场可以开动平地机进行填料压实，平地机速度要保持缓慢匀速，以便达到最优压实效果。 原路面需要和开槽压实表面保持齐平，压实处理后则需要采取铲刀对压出填料进行整平。 贴缝整平完成之后，需要让修补位置温度下降至45 ℃，即可恢复交通。

5.3 处治效果分析

灌缝胶进行沥青路面裂缝处治之后， 原路面和修补料结合区域性能趋于稳定， 现场养护检测技术人员则需要开展该路段的病害检测评估，路段养护修复前后的路面状况指数PCI评价结果如表3 所示。 结果表明，采取上述材料及级配的灌缝胶材料进行病害处治， 路面破损状况评价系数PCI 都达到了优良级别。 路段上车道的路面破损情况较下车道较为严重，养护后的PCI 能够满足路面使用性能， 灌缝胶裂缝处治技术具备高效快速的效果，能够为后续交通运行提供极大便利[4]。

表3 路面修复养护前后PCI 评价

6 结语