半剛性瀝青路面裂縫的成因及解決對策

文/山東高速股份有限公司青島養護分中心 楊杰

瀝青路面根據其結構受力特性可以分為剛性、柔性和半剛性路面，其中半剛性瀝青路面具有良好的強度、剛度和穩定性，同時具有很好的抗壓和抗剪性能，通過在下層設置剛性的混凝土基層并在上層設置瀝青消耗層，因此具有很好的路用特性，在我國設計實踐中采用最多。

公路在運營中不僅因為車輛荷載的反復碾壓作用，環境的溫度及侵蝕等效應也持續不斷地施加，這使得道路在運營使用中很容易出現病害問題，例如開裂、唧漿、破損、沉陷等，其中開裂問題最為嚴重及普遍。因此，對裂縫的處置是道路養護的重要工作內容，本文首先分析半剛性瀝青路面的裂縫形成原因，并指出路面開裂問題的解決對策和方法，結合G20青銀高速共計90.653km路段的養護管理工作為項目背景，分析半剛性瀝青路面裂縫的處理方法和管理養護策略。

裂縫成因分析

根據半剛性瀝青路面的結構特點，分析其裂縫的分布特點，并明確各類裂縫產生的原因，從力學機理上掌握裂縫的發生和發展特性。

裂縫特點

半剛性瀝青路面的基層是剛性結構如水泥混凝土或者砂石混凝土等，上部為瀝青層，因此存在上下層的剛度差異，在荷載或者結構收縮作用下導致上部變形大而下部變形小，使得上部的變形受到下部基層約束，產生一定的拉應力。因此，相對于其他瀝青路面其開裂的風險也更大。

半剛性瀝青路面存在的裂縫類型有橫向裂縫、縱向裂縫和網狀裂縫，這些裂縫的產生機理有所不同，例如縱向裂縫主要是車輪作用下路面疲勞以及橫向不均勻沉降所致，橫向裂縫主要是路面的縱向不均勻變形所致，網狀裂縫則是溫縮以及瀝青混合料性能差所致。

裂縫成因分析

根據形成原因，裂縫的類型主要包括結構性裂縫、疲勞裂縫、收縮裂縫、反射裂縫和復發型裂縫。

結構性裂縫。因為路面結構本身原因所產生的開裂，例如路基沒有壓實導致的路基層不均勻沉降問題，或者因為路面攤鋪不平整、碾壓不密實所引起的問題，因為縱向連接縫處理不當所引起的開裂問題，因為材料配合比及設計控制不當所引起的問題等，這些都會導致瀝青路面的強度和抗剪性能不足以滿足其正常使用。

疲勞裂縫。疲勞裂縫的形成就是荷載的反復作用，包括車輛荷載和溫度荷載，車輛荷載是車輪在反復碾壓作用下路面層產生持續的拉壓應力，經過交替循環使得瀝青面層底部開始出現微裂縫，而后隨著持續的反復作用使得裂縫進一步擴展和擴大，最后延伸到路面表層最終造成結構強度降低，出現疲勞斷裂和破壞。溫度荷載，則是在季節升降溫作用下使得初始開裂不斷放大，晝夜交替以及季節交替作用使得瀝青面層受熱膨脹而受冷收縮，經過長時間的溫度循環產生疲勞問題。

收縮裂縫。收縮裂縫的產生原因是溫度內外差所致，在驟然降溫及大幅度降溫作用下，路面溫度較低而內部溫度較高，在溫差作用下使得表面瀝青層收縮受阻，產生拉應力，這種拉應力如果不能得到有效控制，則會引起路面層開裂且形成貫穿性裂縫，裂縫深度和寬度持續增加使得開裂問題越來越發散。

反射裂縫。在半剛性瀝青路面中，底板是承載的主要結構體，在受荷作用下底板會產生拉應力，如果拉應力很大且大于底板基層本身的抗拉強度，則會發生開裂現象。

復發型裂縫。復發型裂縫是指在裂縫出現后由于不正確的養護處置方法，使得裂縫出現復發，不僅原來的裂縫沒有得到解決，還會產生新的裂縫，導致結構性病害。

路面裂縫的解決對策

半剛性瀝青路面開裂可以從設計和施工角度進行考慮，例如設計合理的瀝青面層厚度，加強瀝青混合料的品質控制，改善瀝青混合料的配合比，增加基層黏性等手段，最為重要的是在瀝青面層開裂后進行修復，即裂縫的修復和修補技術。

傳統瀝青路面的灌縫修復

目前，通用的瀝青面層加固方法是進行切割灌縫，采用純瀝青灌入方式。然而，由于純瀝青灌入既浪費資源，又污染環境，操作工藝復雜，加之純瀝青自身的收縮率比較低，在溫度作用下發生熱脹冷縮并使得裂縫反復出現，最終很難達到修復的效果，而且在修補過程中需要大量設備、人工，耗時長，阻礙交通。

首先，灌縫一般需要開槽，開槽的過程需要借助機械設備，這往往和路面實際的裂縫走向不一致，直接導致灌縫的位置發生錯位，因此存在顯著的缺陷。如果灌注的是較直的裂縫，開槽就可以控制裂縫的位置，然而對于曲線分布或者彎曲很大的裂縫，開槽機在使用過程中會有很大困難，使開槽的一部分并不在裂縫的實際位置，而是在裂縫的邊緣。從表面上看是把縫灌注填實了，然而實際上灌漿材料并沒有進入裂縫里面。由于本身開槽位置與裂縫存在一定偏移，這使得開槽和開裂中間區域內的混凝土很容易受壓破碎，造成裂縫周圍出現大面積的坑槽。

其次，開槽修復裂縫增加了維修的相關費用。采用開槽手段，需要借助機械人工操作，不僅增加了人工成本和機械設備費用，還因為開槽本身增加了裂縫寬度，使得灌縫膠的用量大大增加，整體材料費用增加且造成維修費用的增高。

再次，通過開槽方法使得表面產生了很大的裂縫帶，這極大地影響了路面本身的美觀性能，通過切割灌縫處理后，裂縫表面的顏色往往與道路原有的顏色存在很大的差別，且裂縫更加明顯，影響美觀和后期使用。

路面自粘壓縫帶修復

由于傳統瀝青路面裂縫灌縫修復方法具有顯著的技術弊端，因此急需一種簡單實用的裂縫修復方式以解決上述問題，提出一種路面自粘壓縫帶的瀝青路面裂縫修復技術。首先，這種自粘壓縫帶是由瀝青材料、胎基布、炭黑、橡膠、酚醛樹脂等組成制作而成的，本身具有黏結性能。采用壓縫帶可以直接覆蓋較小的裂縫，并使得裂縫區域與壓縫帶之間形成密實的連接，可以有效地防止裂縫區域的擴展和發展，避免裂縫區域形成的坑槽、松散、崩塌等問題。

路面自粘壓縫帶是一種新型的“安全封層”養護技術，無需設備，無損傷，無噪聲，無塵土污染；施工簡單快捷，粘貼完畢，即可通車；隨時隨地，有縫就補。

工程案例分析

工程概況

G20青銀高速K27+060-K117+713共計90.653km，于1993年12月建成通車，設計行車時速120公里，雙向四車道。該高速公路運營使用多年，已經存在很多病害問題，該路段采用半剛性瀝青路面，出現了很多路面開裂問題。根據實際分析，裂縫的發生不僅僅與瀝青混合料施工存在的缺陷有關，也與該路段運輸荷載大、交通量大，以及常年季節溫度作用所致。因此，需要對裂縫進行修復以確保路面的使用壽命。實際上，運營中該高速公路路面先后開展了不同程度的局部裂縫修復工作，其中在2013年實施大修，但修復的手段都是采用傳統的灌縫工藝，隨著路面使用狀況的下降。這種修復技術并未有效地遏制裂縫的發生與發展，而是出現病害增多的趨勢。為此，山東高速股份有限公司青島養護分中心引入新型裂縫修補材料“壓縫帶”，通過大量的路面使用實踐發現，路面自粘壓縫帶不僅能夠實現路面裂縫修補的冷作業，而且施工材料便攜實用，施工工藝簡單有效。

路面裂縫修復效果

養護分中心在主線兩側使用貼縫帶修補裂縫共計2000m，裂縫寬度平均為0.5cm～1cm，裂縫類型多為行車道橫向裂縫。養護中心一年多的實踐經驗，發現該技術的應用推廣范圍大、裂縫區域修補后的強度顯著增加、整個工藝施工簡單方便，減少了路面的污染。而采用傳統工藝修補瀝青路面裂縫消耗時間長，對路面交通的影響也很大。采用現在的新工藝，只需要對裂縫兩邊搭接5mm～10mm的壓縫帶，就可以實現對裂縫的修補。修補完成后，采用人工壓實并揭開隔離紙即可，前后時間僅僅需要5min。

通過該路面裂縫修復技術的實踐應用，表明該修復采用能夠在地面溫度-60℃～-20℃之間保持較好的伸縮性，因此可以在寒冷環境下使用，有效地防止道路的反復開裂，可以在高速公路瀝青路面裂縫修復中廣泛推廣采用。