沙漠戈壁公路瀝青路面裂縫成因分析及處治措施

趙磊

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢430060）

1 概述

G215國道柳（園）-敦（煌）公路為二級公路，起點位于柳園鎮，終點位于敦煌市，路線穿越沙漠戈壁。為滿足敦煌大力發展旅游的需要，同時推進甘肅省“一帶一路”國家戰略部署，將柳敦公路升級改造成高速公路。原有二級公路作為高速公路半幅，與新建半幅共同組成G215線柳敦高速公路，將柳園高鐵站、G30連霍高速與敦煌市直接連接起來。柳敦公路地處河西走廊內陸，氣候干燥，降雨量小，蒸發量大，多風沙，氣溫日差較大，是典型的中溫帶大陸性荒漠氣候。由于地下水位高，地表蒸發強烈，鹽漬土在公路沿線分布較廣。

柳敦公路設計速度80km/h，路基寬度12.0m，路面全鋪，路面結構為：4cmAC-13細粒式瀝青混凝土+5cmAM-16中粒式瀝青碎石+36cm水泥穩定碎石基層+20cm全深式冷再生底基層。2017年經過一次維修改造，部分段落在路基頂面以下換填30cm天然砂礫+30cm碎石隔斷層的方式，進行了鹽漬土處理。在區域氣候及日益增長的交通量等多種因素影響下，在通車后一、二年內就出現路面裂縫，而目前原有柳敦公路升級為高速公路半幅，需處治路面病害后加鋪面層才能滿足高速公路使用要求。現通過剖析路面裂縫的形成，提出具體的處治措施，為類似工程提供參考。

2 瀝青路面裂縫類型

通過對G215國道柳敦公路全線實地考察，路段內存在的路面典型病害類型有：裂縫、坑槽、車轍，上、下行線均有分布。其中：車轍、擁包、坑槽、松散等病害較少，裂縫類病害為主。橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂，以及不規則裂縫各種類型的裂縫在路段內均有出現。其中，又以縱向裂縫最為嚴重。

2.1 橫向裂縫

橫向裂縫發育長度一般為3～6m，少數已貫穿全幅（12m）；間距一般10～30m一道，部分橫向裂縫分布較為規律；縫寬且較順直，縫壁無沉陷或松散現象，支縫極少。

絕大部分橫向裂縫已在過往養護中進行過灌縫處理，采用騎縫灌縫方式，灌縫材料采用熱瀝青。而養護后一段時間內，部分裂縫又重新開裂，且有繼續發育跡象（見圖1）。

圖1 瀝青路面橫向裂縫之實景

2.2 縱向裂縫

縱向裂縫是G215國道柳敦公路上最為嚴重的路面病害。調查路段內的縱向裂縫基本分布于行車道中線及行車道邊線處。

調查路段內的縱向裂縫較順直，支縫較少，沿著路線方向發育距離較長，一般長20～100m，部分裂縫甚至達1.5km長。裂縫縫寬一般為0.5～2cm，較為嚴重裂縫能達到3～4cm寬。根據調查路段內的縱向裂縫有以下特點：縱向裂縫長度越長，縫寬越寬，沉陷或松散現象越嚴重。

絕大部分縱向裂縫已在過往養護中進行過灌縫處理。采用騎縫灌縫方式，灌縫材料采用熱瀝青。而養護后一段時間內，部分裂縫又重新開裂，且會繼續產生凹陷，沉陷或松散現象愈發嚴重（見圖2）。

圖2 瀝青路面縱向裂縫之實景

3 路面裂縫成因分析

3.1 氣溫導致的開裂

G215國道柳敦公路地處沙漠戈壁區，自然環境惡劣，氣溫日差較大，項目區最高氣溫35～37℃，最低氣溫-10.4～-28℃（見表1）。

瀝青混凝土可依據材料的高溫穩定性和低溫抗裂性來抵抗氣溫對路面的影響，但水穩基層作為半剛性材料，在溫度變化較大的情況下，較易出現裂縫。面層層底拉應力過大時，就會反射至瀝青面層形成反射裂縫。而且，沙漠戈壁區冬天溫度很低，瀝青面層溫度應力來不及通過應力松弛抵消，逐漸積累，使瀝青面層產生溫縮裂縫[1]。橫向裂縫大部分屬于基層開裂反射裂縫或瀝青層低溫收縮產生的裂縫。因此，氣溫也是裂縫經過灌縫處治后仍會發育開裂的原因之一。

3.2 路面材料選擇不當

柳敦公路線路較長，且初期投資較少，路面材料選擇了工藝較為成熟的AC-13密級配混合料和AM-16瀝青碎石。雖說AC類混合料有多個優點，但施工中大多按照規范要求采用中值級配。工程應用表明，取規范中值級配的混合料離析現象比較突出、壓實困難、容易產生水損害。同時，靠近規范中值的AC混合料為懸浮密實結構，粗集料在混合料中呈懸浮狀態。因此，該結構高溫穩定性欠佳，在高溫、重載交通的作用下，路面出現裂縫的幾率很大。

3.3 鹽漬土對路基、路面的影響

公路沿線范圍內鹽漬土分布廣泛，屬于河西走廊-阿拉善漠境堿化、戈壁氯鹽-硫酸鹽鹽漬土片區邊緣地帶，土層大多可劃分為弱-中氯鹽漬土，局

表1 敦煌氣象站多年平均氣象資料一覽表 單位：℃部為硫酸-亞硫酸鹽漬土。

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鹽漬土鹽脹松脹作用對路基影響極大，氣溫日差大時，鹽漬土地基反復凍融，導致路基變形，最終導致路面產生裂縫。鹽漬土對路面材料的影響也較大，鹽分隨毛細水上升至路面后，使材料本身有較大的結晶壓力[2]，致使路面開裂；鹽分對瀝青也有一定的腐蝕作用，能降低瀝青的抗剪性能[3]，降低瀝青與集料的粘附性，加速了瀝青路面裂縫的發育。

在柳敦公路升級改造開挖涵洞基坑處觀察裂縫情況，發現裂縫貫通至碎石墊層處，而碎石墊層以下無裂縫發育。取路面結構層以下裂縫兩側填土檢測含鹽量，檢測結果如表2所列。圖3為瀝青路面裂縫豎向剖面之實景。

表2 探坑內土樣檢測結果一覽表

圖3 瀝青路面裂縫豎向剖面之實景

由檢測結果可知，路床填土含鹽量較少，路堤填土含鹽量較高，說明裂縫形成的原因是由路基鹽脹松脹，以及鹽分隨裂縫上升至路面，侵蝕路面材料兩方面原因導致的。

3.4 過往施工質量問題

柳敦公路歷史上經歷過數次維修改造，路基由最初的9m擴寬至現在的12m，施工質量直接影響公路質量。路基拼寬施工質量不好導致路基不均勻沉降。不均勻沉降過大時，路面層底拉應力過大，導致路面形成長大縱向裂縫；路基隔斷層施工質量不好導致鹽分隨毛細水上升至路基，鹽漬土的鹽脹松脹導致路面網裂；路基兩側邊坡無防護，直接受到生態漫灌水沖刷，影響路基穩定，導致路基滑移，最終影響路面結構形成裂縫（見圖4）。

圖4 路基邊坡滑移之實景

4 處治措施

4.1 注漿加固路基

對于路基開裂導致的路面裂縫，挖除原路面面層后，采用小型鉆機鉆穿水穩層，鉆入路基，進行豎向花管注水泥漿加固。通過花管注漿的方法，使得土體強度在注漿中得到提高，改善地層狀態，提高路基的穩定性，減小路基不均勻沉降，把路面沉降控制在合理的范圍內，達到預期的效果[4]。

4.2 灌縫

對于裂縫寬度較小的輕度裂縫，結合國內成功應用的經驗，鹽漬土地區的灌縫處治施工工藝大致如下:采用手動切割機對縫寬小于2mm的裂縫擴縫，使其縫寬大于2mm；以工程用水清洗裂縫，消除鹽分對灌縫材料和路面材料的后續影響；用鼓風機清除縫中雜物，以免影響灌縫效果；采用密封膠灌縫。

4.3 貼抗裂貼

對于裂縫寬度大于3mm，縫壁散落嚴重，支縫多的裂縫應定義為重度裂縫。對于重度裂縫應沿裂縫外輪廓的裂縫發育方向銑刨病害范圍內上、下面層并進行擴槽。擴槽銑刨后，采用大功率空壓機將槽底、槽壁清理干凈。接著，對槽底發育的裂縫進行密封膠灌縫。然后，在槽底裂縫上鋪設抗裂貼，即在水穩層上鋪設抗裂貼。最后，重鋪路面面層。

抗裂貼是以工程纖維機織物為表面增強層，工程纖維氈為胎基，聚合物改性瀝青為上下浸漬涂層，聚酯膜為底面隔離膜，具有自粘防水與抗裂等功能，被廣泛運用于路面裂縫處治（見圖5）。

圖5 沿縫抗裂貼之實景

4.4 加鋪上面層

在做好下部裂縫處治措施后，加鋪SMA上面層。SMA屬于骨架密實結構，是按照內摩擦角最大的原則，以間斷級配的粗集料形成相互嵌擠的礦料骨架；然后按照空隙率較小的原則，以瀝青瑪蹄脂填充骨架的空隙，形成一種骨架密實結構的瀝青混合料。SMA混合料的高溫穩定性，低溫抗裂性都優于AC混合料，而且SMA混合料構造深度大，抗滑性能好。因此，SMA混合料是沙漠戈壁公路比較好的面層材料選擇。

根據柳敦公路養護歷史，處治前，基本每年均需進行灌縫處治，且處治效果不理想。經過以上幾種措施處治裂縫后，根據跟蹤觀測，效果顯著，路面裂縫不易再次開裂，耐久性得到較大提高（見圖6）。

5 結 論

（1）沙漠戈壁地區公路裂縫類病害影響因素有很多，氣候的影響，路面材料的選擇，鹽漬土的侵蝕，過往施工質量的問題為主要因素。

（2）選擇耐高溫、低溫的路面材料，做好土工布隔斷層隔斷鹽漬土，可以從一定程度上解決裂縫病害的“禍根”。

圖6 處治后路面效果之實景

（3）對于已經形成的裂縫可根據裂縫形成原因采用注漿加固路基、灌縫、貼抗裂貼、加鋪上面層等處治措施，可阻礙裂縫的進一步發展。

（4）從對G215國道路面裂縫形成的思考，以及處治措施，可以借鑒到其他沙漠戈壁公路裂縫處治中去，為同類項目提供思路。