高速公路沥青路面养护中裂缝病害的评价

周伟红

关键词： 沥青路面裂缝 成因分析 防治方案 养护

中图分类号： U418 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）15-0117-05

近年来，随着国内外高速公路建设规模的扩大、信息技术的进步和经济水平的提高，公路养护技术也在逐步提升，病害防治措施也有了新的突破。根据路面损坏类型，沥青路面病害类型有龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、沉陷、车辙、波浪拥抱、坑槽、松散、泛油、修补这11 种[1]。随着交通量的增加，高速公路的负荷日益繁重，高速公路实际养护过程中，沥青路面的裂缝问题尤为突出，随着裂缝的形成与发展，也诱发了其他路面病害。多种病害的共存大幅降低了高速公路结构的承载能力、耐久性和设计使用年限，同时增加了车辆在行驶中的风险和安全隐患。在开展沥青路面裂缝病害的调查分析中，智能化系统检测技术变得越来越重要，王敬飞[2]提出基于算法的三维检测方法、章天杰[3]提出基于残差神经网络的沥青路面裂缝识别算法、魏海斌[4]提出基于图像处理的沥青路面裂缝识别算法、潘旺[5]提出基于灰色理论的沥青路面裂缝预测模型等相关理论的不断完善，都使沥青路面裂缝病害的调查结果更全面、更准确。针对不同裂缝类型，分析其特征和影响因素，伴随着新材料、新技术、新工艺、新设备的研究和应用[6-9]，制订合理的防治方案，有效预防和应对沥青路面裂缝对公路养护产生的不利影响，消除公路路面安全隐患，延长公路使用寿命。因此，高速公路沥青路面养护中裂缝病害的评价，为高速公路预防性养护、修复性养护的科学养护决策提供参考依据，对准确把握公路路面运营技术状况具有重要指导意义。

1 路面裂缝调查与分类

1.1 裂缝调查方法

现状调查是裂缝病害评价的基础。通过查阅资料、现场人工检测和智能化系统检测识别，都可以获得裂缝大量基本信息，常见方法有如下两种。

1.1.1 人工检测记录方法

借助测量工具进行现场人工实地调查，记录病害位置、特征等信息，该方法直观、简单，但检测效率低、工作强度大、耗时耗人工、影响车辆正常通行、作业环境不安全、主观操作性强。

1.1.2 智能化系统检测方法

利用智能化检测系统可以连续扫描采集裂缝图像，然后基于图像技术建立相关模型进行分析[10]，采用不同算法、不同网络识别技术等数据处理方法对路面裂缝进行统计和处理，可以提高裂缝检测速度和精度，不影响车辆正常通行。专业化检测技术要求高，前期投入成本高。

1.2 裂缝类型及特征

高速公路沥青路面裂缝宽窄不一、深浅有差异、变化不规则，识别内容主要包括位置、尺寸、内外走向等。

（1）按照所在位置，分为表面裂缝和内部裂缝。表面裂缝深度比较浅，一般分布于沥青路面上面层。内部裂缝深度较深，可能延伸至下面层、路面基层，甚至存在于路基主体中。

（2）按照外观形状，分为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝、块状裂缝。横向裂缝缝宽不一，走向与路中心线基本垂直，缝长贯穿部分路幅或整个路幅，裂缝一般比较规则，沿路面大致呈均匀分布，裂缝成一定间距出现。纵向裂缝走向基本与行车方向平行，长度、宽度、深度大小不一。網状裂缝是形成一系列多边形小块组成的纵横交错的开裂裂缝，一般形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝，而后在纵缝间出现斜向或横向支缝，形成缝网。块状裂缝是大规模网状裂缝上形成大小形状不规则的呈松散脱落状态的沥青块状。

（3）按照形成机理，分为温度裂缝、反射裂缝、荷载裂缝、疲劳裂缝。温度裂缝是在温度变化的作用下，不同的材料导热性能差异性较大，在温度作用下，各个结构层产生的内力大小、方向不一致，会产生收缩及膨胀变形导致沥青路面发生的裂缝。反射裂缝是路基或者路面基层中产生的，在路面结构自重和路面行车荷载的长期作用下反射至沥青路面上面层的裂缝。荷载裂缝是沥青路面结构在车辆行驶作用下，在轮迹带附近因结构受力不均匀产生的纵向裂缝。疲劳裂缝是路面结构在长期反复承受车辆动荷载和摩擦力作用下，沥青路面面层材料变形、沥青老化变质、集料表面粘附性下降，面层结构强度降低出现的不规则裂缝。

（4）按照损坏程度，分为轻度、中度、重度[1]。龟裂按面积计算，轻度为主要裂缝块度在0.2～0.5 m 之间，平均裂缝宽度小于或等于2 mm；中度为主要裂缝块度小于0.2 m，平均裂缝宽度在2～5 mm 之间；重度为主要裂缝块度小于0.2 m，平均裂缝宽度大于5 mm。块状裂缝按面积计算，轻度为主要裂缝块度大于1.0 m，平均裂缝宽度在1～2 mm 之间；重度为主要裂缝块度在0.5～1.0 m 之间，平均裂缝宽度大于或等于2 mm。纵向裂缝按长度（m）计算，检测结果用影响宽度（0.2 m）换算成损坏面积，轻度为主要裂缝宽度小于或等于3 mm；重度为主要裂缝宽度大于3 mm。横向裂缝应按长度（m）计算，检测结果应用影响宽度（0.2 m）换算成损坏面积，轻度为主要裂缝宽度小于或等于3 mm；重度为主要裂缝宽度大于3 mm。

2 路面裂缝成因分析

成因分析是裂缝病害评价的核心，是制订裂缝处治方案的依据。裂缝是沥青混凝土路面最常见的病害之一，不同地区气候条件和交通量不同，导致沥青路面裂缝的原因也各不相同，路基结构不稳定、路面基层结构破坏、沥青面层结构破坏、沥青表面层性能衰减、路面整体强度不足、交通荷载的增加，都会导致沥青路面出现各种裂缝。从病害来源分析，主要有外部因素和内部因素。外部因素包括气候、地形地貌、水文地质、交通状况、行车荷载等。内部因素包括路基结构类型、基层厚度强度、面层结构类型、筑路原材料性质、施工工艺等。

2.1 荷载因素

随着高速公路交通荷载的增加，部分汽车超载，车辆轮胎与路面压力、摩擦力增大，在大型车辆的冲击作用下，承重层基层下部受拉，拉应力不足的位置底部先破坏出现裂缝，随着车辆荷载重复性次数增多逐渐反射至路面，形成横向裂缝。随着渠化交通荷载频繁振动，车轮与沥青路面接触边缘易产生较大剪应力，轮迹带位置沥青混合料强度不足易形成纵向裂缝，甚至延伸至基层、路基中，控制好行车荷载，可以减少裂缝的产生。

2.2 设计施工因素

由于地质勘察不详细，资料收集不全，路基处理和路面结构设计方案不合理，导致路基处理不到位，各层结构强度不足，从而引起各种裂缝病害。施工过程是结构层质量控制的核心环节，施工方法、顺序或者工艺技术不成熟、不先进，影响沥青路面结构整体强度的形成。路基施工过程中土质种类多、路基材料松铺厚度过大、压路机械质量偏小、压实遍数不合理等都会造成路基压实不均匀。在软土地基与非软土地基交界处、软土地基处理时未挖台阶，导致路基不均匀沉降，易形成横向裂缝并反射到沥青面层。处于坑槽路段或出现弹簧土情况，施工时处理不到位，在回填土后，由于地基承载能力的差别会出现不均匀沉降，造成路基纵向或横向开裂。基层成型过程中，因未控制好最佳含水率和最大干密度，掺合料剂量或者养护不到位，材料容易失水收缩而形成横向裂缝。沥青面层分层分幅幅摊铺时，分层处或者两幅接缝处未处理好，在车辆荷载及大气因素作用下逐渐出现纵向裂缝。

2.3 温度因素

温度变化引起的裂缝在沥青混凝土路面结构的横向裂缝中比较常见，沥青路面结构层中由于应用材料性能的不同，成形温度较高，在温度应力作用下会使结构层产生差异性变化。另外，不同材料导热性能也不同，材料因温度骤降而发生低温收缩，会使各个结构层之间产生大小、方向均不一致的相互作用力，结构层便会产生局部收缩或膨胀变形，从而影响结构之间的黏合效果出现裂缝。因沥青是一种对温度变化比较敏感的黏弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形，收缩变形使面层底部承受拉力，当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度或结构层间的黏结力时，沥青路面表面就会被拉裂，并随着温湿度的循环变化及行车荷载的反复作用，裂缝逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。常见的温度裂缝分为两种：一种是低温收缩裂缝，在所处环境中，低温持续时间较长的沥青路面会比较容易产生；另一种是温度疲劳裂缝，在温度差异大变化频繁的环境中容易出现，特别是在早晚温差大的地区，出现概率会更高。

2.4 水的因素

高速公路养护过程中，路基地表或者低下排水措施不力，地下水的渗入或者遇到雨季较多时，路表、边坡排水不畅不及时，导致水分渗透进入路面基层或者路基中，造成结构层积水，对结构层强度造成不同程度破坏，局部路基受水浸泡后承载力下降，在动静荷载的作用下，路基路面强度不足，发生沉降或滑动容易产生各种裂缝。沥青混凝土路面路基、基层、路面施工应避开多雨季节，必须施工时应编制专项方案，并经专项论证后实施，可以有效应对沥青路面出现裂缝等病害。

2.5 材料因素

路基填筑过程中使用了液塑性指数特别大、含水率大于最佳含水率、渗水性、水稳性差异大的填料，或填土颗粒粒径过大、颗粒之间空隙过大时，均会造成路基压实度不足，会出现沉降裂缝。基层结合料中集料级配中细集料偏多、粗细集料含泥量较高、压碎值偏高、成型温度较高、拌和不均匀、养护不及时，会导致基层表面出现纵横向裂缝或网状裂缝，所以原材料检验中应控制好结合料、被稳定材料及其他相关材料的试验。沥青混合料材料中沥青的性能对混合料强度影响明显，在车辆荷载作用下沥青面层压密变形，石料磨光，沥青老化后黏附性降低，导致沥青路面结构强度降低，容易形成不同类型裂缝。

3 路面裂缝防治方案

路面裂缝的调查和识别，是裂缝处治的基础，裂缝成因的分析为有效预防和处治裂缝提供依据。认真组织，科学安排，制订合理的裂缝防治方案是裂缝病害评价的重点内容。对新建高速公路，要早期做好预防措施和过程控制；对正在运营的公路，主要从修补材料和工艺技术上对裂缝采取针对性措施进行处治，防止病害的进一步扩展，减少车辆行驶中存在的安全隐患，提高公路技术状况决策水平，进一步延长沥青路面结构的使用年限，降低公路养护成本。

3.1 预防措施

优化路面设计，改进施工方案，优化施工材料，严控施工质量，预处理路基基层裂缝，是沥青路面裂缝的主要预防措施。

（1）路基施工前要认真做好勘察，优化设计方案和施工方案，严格控制好路基压实度和弯沉，满足质量标准要求，防止路基中出现沉降、裂缝等病害。主要预防措施有以下几点：清除碾压层下软弱层，换填良性土质碾压；对产生“弹簧”现象部位，将其过湿土翻晒或挖除换填含水率適宜的良性土重新碾压；对产生“弹簧”现象且急于赶工路段，可掺水泥或生石灰粉翻拌至含水率适宜后碾压；半填半挖路段按规范要求挖台阶分层填筑压实；采用合理填料，渗水性、水稳性差异大的混合料应分层或分段填筑；严格控制路基每一层的最佳含水率、标高、平整度；加强养护，避免表面水分过分损失；路基边坡、高填方路基除了一般路基处治措施外，还要控制好沉降和位移，做好监测工作；施工过程中保证设备匹配合理，施工衔接紧凑。

（2）路面基层主要有粒料类和无机结合料类，对于无机结合料基层，混合料中石灰、水泥、粉煤灰等填料比例控制在一定范围内，集料级配中细集料要合适，碎石中含泥量要减少，混合料要拌和均匀；碾压时集料含水率控制在最佳范围内；成型时温度不能太高，养护要及时，养护时洒水量不宜过大；一般要待路基稳定后进行基层的施工；路面基层施工中出现收缩裂缝时，在裂缝位置可通过灌缝、铺设玻璃纤维格栅、洒铺热改性沥青预处理。

（3）沥青混合料面层是高速公路中最常见的路面类型，主要是要控制好沥青，粗细集料、填料、纤维稳定剂的性能。沥青混合料的拌和、运输、摊铺、碾压各环节的温度要控制在合理范围内；热接缝、冷接缝的处理要满足规范和设计要求，纵向施工缝通常采用半幅推铺的施工技术，横向施工缝通常采用平接缝的施工技术[11]。

3.2 贴缝带处治

经检查和成因分析，如果路面裂缝较浅较窄，小于5 mm 且走向平顺时，可采用贴缝带方式进行处治，对公路沥青路面裂缝有良好的修补作用。沥青路面贴缝带具有高性能、成本低、施工效率高、可以快速恢复交通等特点，能够很大程度地延长高速公路路面的使用寿命。贴缝前裂缝周边须清洁平整，要求无大的凸起、凹陷、松散、碎石、泛油等现象，然后将贴缝带撕开薄膜，粘贴在裂缝上即可。为保证贴缝带取得更好效果，贴缝带贴好后也可用滚筒压实、压平。贴缝带不适用于网状裂缝、坑槽裂缝，处治裂缝效果与贴缝带材料、气候温湿度变化有关。

3.3 灌封处治

灌缝是高速公路裂缝处治的重要方法之一。经检查和成因分析，如果裂缝较深较宽，即大于5 mm 时，一般可通过灌缝的方式进行处理，常用的灌缝材料有普通沥青、改性沥青、橡胶沥青等胶体材料，一般都有防潮、防尘、防腐蚀的作用，在低温环境下进行灌缝，可以提高路面整体的强度。根据施工工艺，灌缝有开槽和不开槽两种方式灌缝[12]，当裂缝深度小于3 mm、宽度小于10 mm 时，可以不开槽灌缝，但要对缝隙内及周边进行彻底清理，注胶饱满才可以保证灌缝的质量；当裂缝深度大于3 mm、宽度大于10 mm 时，应采用开槽或者钻孔灌缝。另外，施工时还要注意开槽或钻孔、清缝、注入、养护等环节；要控制好灌缝材料的温度，灌缝时材料应略高于原路面，然后进行压平密封，从而提升灌缝效果；灌缝处治后的路面，要能有效阻止路面雨水和杂物进入路面结构。

3.4 其他方法

在裂缝处治过程中还应进行方案比选，选择经济性好、技术性强的方式，以达到公路工程养护的效果。除了以上常用方法，还有压浆法、摊铺法、挖浆法、沥青再生技术、封层、功能性罩面等养护技术。压浆法是利用高压设备将浆液填充裂缝位置的缝隙，在局部裂缝处理上效果良好[13]。攤铺法是采取铣刨方式清理掉面层裂缝部位杂物后填充覆盖一层强度高的材料进行封闭压实处理，对于网状或块状裂缝应用效果良好。挖浆法是挖除对路面出现沉降的裂缝范围，一般挖至路基顶面，在规定位置铺设土工织物再注浆修复表面的一种方法。沥青路面再生利用技术是指对旧沥青路面进行翻修或废弃，经过路面再生专用设备的翻挖、回收、加热、破碎、筛分后，将再生剂、新沥青、新集料等按一定比例加入重新拌和成混合料，满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一种工艺方法[14]。沥青路面在长期使用过程中，在车辆荷载和气候因素的作用下，其构成材料的性能发生了变化与衰减，主要表现为矿料级配的退化和沥青的老化，关键在于沥青材料的再生。再生方式包括现场冷再生、现场热再生、厂拌热再生，现场热再生又分为整形再生法、重铺再生法、复拌再生法，可以有效改善沥青混合料路面的性能和处治路面裂缝。封层适用于有轻微病害、存在病害隐患或尚未出现病害，路面技术状况优良以上且结构强度满足要求的沥青路面，可作为预防养护措施。封层包括纱雾封层、稀浆封层、微表处、砂石封层、纤维封层、复合封层等措施，高速公路推荐使用含砂雾封层、微表处、复合封层[15]。功能性罩面适用于各等级公路预防或修复养护、需要改善抗滑等使用性能且结构强度满足使用要求的沥青路面，铺筑厚度小于40 mm 的功能性罩面可作为预防养护措施。功能性罩面包括铺筑厚度小于25 mm 的超薄罩面、不小于25 mm 且小于40 mm 的薄层罩面和不小于40 mm 且小于60 mm 的罩面类型。功能性罩面沥青胶结料可采用热沥青、温拌或冷拌改性沥青，应根据路面损坏状况、改善使用功能、施工条件、工程经验等因素进行选用[15]。

4 结论

高速公路沥青路面养护中裂缝病害的评价主要包括裂缝的调查与分类、不同类型裂缝的成因分析、裂缝的防治方案3 个方面，本文主要得到以下几个结论。

（1）沥青路面裂缝可以采用人工和智能检测的调查方法，可以根据调查结果，从4种角度对裂缝进行分类。

（2）造成沥青路面产生裂缝的原因较多，主要影响因素有行车荷载、温度变化、设计施工方案、水、材料等。

（3）沥青路面裂缝预防措施主要在路基、基层、路面3 个过程中进行控制。

（4）沥青路面裂缝出现裂缝后处治措施主要有贴缝带和灌缝两种方法，还有压浆法、摊铺法、挖浆法、非开挖注浆、沥青再生技术、封层、功能性罩面等养护技术，实际工作中可以根据不同情况采用多种方式相结合的方法进行处治。