高速公路瀝青路面橫向裂縫成因分析及防治對策

■鄭福山

（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路工程試驗檢測中心站，福州 350004）

1 引言

近年來隨著我國高速公路建設高速發展，瀝青路面因其自身優勢，已經成為我國高速公路的主要路面結構形式。隨著高速公路運營年份的增長，諸多瀝青路面病害開始出現，給養護工作帶來嚴峻的挑戰。橫向裂縫作為瀝青路面主要病害之一，如果沒有盡早處理，將會帶來諸多嚴重的并生病害，并影響到其它結構層。本文對某高速公路進行路況調查，針對橫向裂縫的病害產生原因進行分析，提出合理防治對策以改善和恢復路面應有的路用性能，提高瀝青路面使用壽命。

2 路面損壞狀況

2.1 路面損壞狀況調查

通過對某條高速公路破損情況、平整度、車轍、抗滑等指標進行調查和檢測，針對其典型病害進行詳細調查、取芯，獲得統計數據。路面損壞主要病害為橫向裂縫、縱向裂縫、松散、沉陷、坑槽、車轍及修補不良等。從損壞統計數據分析圖1中看到，橫向裂縫病害最多，占路面總破損的35.20%。

圖1 瀝青路面病害統計圖

2.2 橫向裂縫

橫向裂縫是瀝青路面病害最常見的裂縫之一，通常是早期損壞現象之一。橫向裂縫的方向垂直或大角度相交于道路中線，裂縫間隔不等且數量逐年增加。如圖2、圖3所示基本貫穿全幅的橫向裂縫。

圖2 貫穿全幅的橫向裂縫

圖3 橫縫處取芯

半剛性基層橫向開裂，或者是加鋪的瀝青面層由于下臥舊瀝青路面的橫向裂縫、水泥路面的橫向接縫等，會造成瀝青面層的橫向反射裂縫（圖4）。此外，瀝青路面與構造物連接處填土壓實度不足、固結沉陷等，也會形成橫向裂縫。

初期產生的裂縫對瀝青路面的使用性能無明顯影響，但是隨著路表雨水的侵入，并在行車荷載反復作用下產生沖刷和唧漿現象（如圖5所示），使瀝青面層與基層間出現脫空，導致路面很快產生大面積龜裂或者其他形式的結構性破壞。

圖4 水穩基層橫向開裂

圖5 有裂縫滲水產生的路面唧漿

3 橫向裂縫成因分析

該高速公路的橫向裂縫主要是半剛性基層裂縫造成的反射性裂縫和瀝青路面的溫度裂縫。

3.1 路面結構層

2006年12月之前已通車高速公路均采用半剛性基層瀝青混凝土路面結構，某高速公路路面結構層示意圖（如表1所示）。

表1 路面結構示意圖

半剛性基層瀝青路面的橫向裂縫大部分是反射裂縫。半剛性基層與瀝青面層的模量相差較大，結構上不連續，熱容量小，與瀝青層的粘結性能差，在行車荷載及溫度應力的作用下，本身由溫濕度引起的收縮，造成基層的開裂，裂縫尖端的應力、應變高度集中，反射到路表面，造成面層開裂形成反射裂縫。反射裂縫降低路面強度，成為雨水進入路面的通道，造成面層局部破碎、層底脫空、唧漿等病害。

3.2 氣候的影響

溫度裂縫包括溫縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種。

一方面，瀝青混凝土是一種熱脹冷縮的材料（隨瀝青的品種、稠度、老化程度及礦料級配而變化）。氣溫升、降時它會膨脹和收縮。低溫收縮裂縫是在氣溫大幅下降后，瀝青路面的收縮變形受到約束，產生的拉應力或者拉應變超出瀝青層抗拉強度或者極限拉應變而出現的開裂。

另一方面，溫度疲勞裂縫是由于環境溫度變化，瀝青路面在溫度應力的反復作用下產生的疲勞開裂。在南方非冰凍地區，例如福州市，周年無負氣溫，通常冬季最冷一天低溫為4～5℃，而在同一天的溫度高時仍在10℃以上，但夏季時間較長，氣溫高，最高時瀝青面層的表面溫度可達65℃左右。同時夏季陣雨多，大晴天時路表溫度高達65℃時，突然下一陣陣雨，可使路表溫度突降到接近30℃，在短時間內產生路表溫度產生約30℃以上的溫差；有時一天內這種溫度變化多次，每次都會使瀝青面層產生較大溫度應力，溫度應力的反復作用導致面層產生溫度疲勞裂縫。產生溫度裂縫的外因主要是氣溫的驟然變化。如大風降溫天氣，晝夜溫差過大等。產生溫度裂縫的內因包括瀝青材料的質量差、瀝青強度等級相對于氣候條件而言偏低（即瀝青過硬）、瀝青老化等。

3.3 現場施工方面原因

在施工過程中，瀝青混合料礦料級配變化、拌合溫度、拌合時間、攤鋪溫度、碾壓溫度、攤鋪厚度、粗細集料離析和壓實度的變化等方面的原因。瀝青混凝土面層的不均勻性會導致面層產生較多薄弱點，每個薄弱點容易成為低溫收縮與溫度疲勞裂縫的突破口。瀝青混凝土強度大幅度降低時，面層表層產生溫度應力大于表層瀝青混凝土的拉應力時，面層的薄弱點就會開裂。此外，在瀝青混合料攤鋪時，由于橫向施工接縫未處理好，造成接縫處粘結不牢，壓實度不足，空隙率較大，形成弱接縫，也容易引起橫向裂縫。

4 橫向裂縫防治對策

4.1 調整路面基層結構設計

福建省從2006年開始逐漸以柔性基層 （倒裝式結構）替代半剛性基層。

倒裝式基層是把半剛性基層所具有的優越性 （承載力大、剛度大、模量高、板體性強、彎沉小），下放至底基層（如表2所示）；把級配碎石基層或過渡層放在底基層（半剛性基層）上面是防止或減少因半剛性基層基層干縮、溫縮開裂導致反射裂縫向瀝青面層發展（自下而上）。采用倒裝式結構特點是材料屬于粘彈性材料，韌性好，有一定自愈能力，其結構材料均為顆粒狀級配成型，路面具有良好的排水。其優點是能防止和減少瀝青面層裂縫，克服了半剛性瀝青路面的大量早期橫向開裂，同時減小半剛性基層自下而上的反射裂縫。

表2 結構層示意圖

采用倒裝式結構具有很好的耐久性和優良的抗疲勞性能，在后期養護期間的費用比半剛性基層材料費更低，使用壽命更長。也可以很好的防止此類病害的產生。

4.2 加強施工控制

加強施工控制措施主要包括：

（1）瀝青結構層施工推行“零污染”施工。對已完成的工作面應盡快進行驗收，驗收合格后盡快施做下道工序，避免長期暴露，引起污染。瀝青路面不得在氣溫低于10℃的情況下施工。

（2）嚴格控制瀝青混合料拌合溫度、出場溫度和碾壓溫度，混合料拌合溫度過高容易造成瀝青老化，瀝青與集料的粘附性會明顯降低，嚴重時會造成面層局部色澤不一致或路面過早老化破壞等現象。據國外有關試驗數據表明，瀝青混合料的溫度低于90℃，實際上已不可能再被進一步壓實，應避免低溫碾壓造成疲勞開裂。可以使用高效配套的碾壓設備、增加碾壓遍數等來提高壓實度。

（3）瀝青路面接縫處，上、下層的橫向縫應錯位1m以上。各層橫向接縫均采用垂直的平接縫。每天攤鋪混合料收工時用3m直尺在碾壓好的端頭處檢查平整度，選擇合格的橫斷面，畫上直線，然后用切割機切出立茬，多余的料棄掉，并清理干凈。切割時留下的泥水必須沖洗干凈，待干燥后涂刷粘層油。（4）基層混合料配合比設計強度過高容易開裂，規范標準規定高速公路基層7d抗拉張度為3～5MPa。在滿足車載要求的前提下，盡量采取中值。一是選擇較小的溫縮系數和干縮系數的基層材料，二是控制施工壓實含水量不超過最佳含水量，三是基層鋪筑完后及時養生，采用透層或下封層施工完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。預防和延緩瀝青面層產生收縮裂縫。

4.3 橫向裂縫治理措施

4.3.1 處治方法

橫向裂縫處治目前主要有以下幾種方法：

（1）灌縫。灌縫是使用灌縫機具，將專用的灌縫膠灌入到裂縫內部，從而起到封閉裂縫的作用。灌縫工藝分為開槽修補法和不開槽修補法兩種形式。

（2）貼縫。貼縫是將貼縫帶粘貼在裂縫表面，從而起到封閉裂縫的作用。

（3）挖補。可以采用挖補方式對寬度或者深度較大的裂縫進行處治。

（4）大面積修補。對大面積橫向裂縫路段進行銑刨重鋪，瀝青層回填材料可選擇AC-16或者AC-20，基層回填材料可選擇冷再生瀝青砼或者ATB-25。

4.3.2 處治方式

（1）縫寬為3～5mm裂縫，應及時使用專用灌縫膠和灌縫設備進行灌縫；也可以使用改性熱瀝青進行灌縫，然后在裂縫1m寬度范圍內鋪設聚酯玻纖布。

（2）縫寬在5mm以上的裂縫，應在清理松動的裂縫邊緣后，使用瀝青砂填充、搗實；也可以沿著裂縫兩邊各50cm開槽，進行挖補處理。

（3）再生技術可采用廠拌熱再生：性能優異，優化原混合料級配和改善瀝青性能，提高舊料回收的利用率，經濟環保，瀝青層回填材料可選擇SMA-13、AC-16C或者AC-20C（如表3所示）。使舊瀝青混凝土面層如同新鋪面層。這種舊面層更新技術能消除舊面層中的部分裂縫，從而減少或延緩反射裂縫發展，處治效果（如圖6所示）。

表3 病害處治方式

圖6 廠拌熱再生路面攤鋪后效果

總之，及早發現裂縫、分析裂縫，并提出有效的養護方法進行處理，可以較好防止裂縫繼續惡化，并保護路面結構層強度不被破壞。

5 小結

橫向裂縫是公路瀝青路面常見主要病害之一，我們應當從設計、施工、養護等方面有針對性地采取一系列預防和改善措施，從而有效地減少病害產生。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防.北京：人民交通出版社，2008.

[2]尹健標，王瑞宜.瀝青路面施工離析與早期損壞關系的研究.中外公路，2010，30（20）：75-79.

[3]殷景山.西線高速公路瀝青路面的早期破壞及防護,中國高速公路管理實踐與思考.福建省地圖出版社,2005：126-128.