瀝青路面半剛性基層裂縫處治技術(shù)研究

馮好娟

摘要 半剛性基層是我國高速公路最常用的基層，具有強(qiáng)度穩(wěn)定、行車舒適性高及造價經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。但是半剛性基層由于材料特性隨著外部環(huán)境的變化及其混合料內(nèi)部應(yīng)力、體積的變化，易產(chǎn)生裂縫并反射到路面面層。文章以烏魯木齊某高速公路為例，通過對該公路進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，分析瀝青路面半剛性基層裂縫產(chǎn)生機(jī)理。根據(jù)裂縫產(chǎn)生機(jī)理，提出三種裂縫處治方法對該公路裂縫進(jìn)行處治，處治完成后對半剛性基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。

關(guān)鍵詞 瀝青路面;半剛性基層;反射裂縫;處治技術(shù)

中圖分類號 U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0125-03

0 引言

半剛性基層在我國高速公路中被廣泛應(yīng)用，其具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、造價低以及對建筑材料要求低等優(yōu)點(diǎn)。并且半剛性基層能夠有效減小瀝青面層厚度，節(jié)省瀝青及礦料[1]。半剛性基層由無機(jī)結(jié)合料、粗集料、細(xì)集料和水拌合形成混合料，其混合料經(jīng)過碾壓后形成具有一定強(qiáng)度的板體結(jié)構(gòu)[2]。在板體成型過程中，由于材料本身缺陷，半剛性基層漲縮系數(shù)大，體積安定性差，易產(chǎn)生收縮裂縫，在車輛荷載的作用下將基層裂縫反射至瀝青面層，造成瀝青路面開裂[3]。水沿著裂縫進(jìn)入基層，由于基層不易排水造成路基路面出現(xiàn)病害，半剛性基層強(qiáng)度下降，且力學(xué)強(qiáng)度下降后必須進(jìn)行開挖換填。對于重載交通嚴(yán)重的路段，半剛性基層強(qiáng)度下降更快，裂縫問題是半剛性基層瀝青路面最常見的問題也是亟須解決的重點(diǎn)問題，其他病害大部分是由裂縫病害演變而來[4]。因此半剛性基層瀝青路面裂縫的處治是當(dāng)前實(shí)際工程中需要解決的問題。該文以烏魯木齊某高速公路為例，通過對該公路進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，分析半剛性基層瀝青路面裂縫產(chǎn)生機(jī)理，根據(jù)裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析裂縫處治方法的可行性，確定最佳處治方法。通過對該公路段進(jìn)行瀝青路面裂縫處治施工，施工完成后對裂縫處治處進(jìn)行檢測，得出檢測結(jié)果。

1 裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析

裂縫產(chǎn)生的機(jī)理不同采用裂縫處治的方法也不同，為了能夠掌握半剛性基層瀝青路面裂縫產(chǎn)生機(jī)理，科學(xué)地選用裂縫處治方法。以烏魯木齊某半剛性基層高速公路為調(diào)查對象，對其進(jìn)行裂縫病害調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析裂縫產(chǎn)生機(jī)理。

1.1 半剛性基層瀝青路面裂縫病害調(diào)查

1.1.1 工程概況

烏魯木齊某高速公路段全長27.6 km，設(shè)計速度120 km/h，雙向六車道。公路路面基層選用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，面層材料選用瀝青瑪蹄脂碎石。烏魯木齊屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫11 ℃，年極端低溫?16 ℃，年極端高溫26 ℃，年平均降雨量249 mm，降雨集中于春季。該高速公路段通車6年以來，在環(huán)境因素和行車荷載共同作用下，瀝青路面結(jié)構(gòu)整體性良好，但出現(xiàn)較多表面病害，其中裂縫病害最為嚴(yán)重，需要對該公路路面進(jìn)行病害處治及預(yù)防養(yǎng)護(hù)。

1.1.2 調(diào)查結(jié)果

通過對烏魯木齊某高速公路段裂縫病害調(diào)查，得到該公路段存在裂縫病害類型結(jié)果如表1所示。

由表1裂縫病害調(diào)查表可得，該高速公路段裂縫病害類型較多，包括橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、龜裂以及裂縫修補(bǔ)病害。在該高速公路段運(yùn)營6年期間，橫向裂縫與裂縫修補(bǔ)量較大，占裂縫病害總量的83.1%。且該段上行路面橫向裂縫要多于下行路面，出現(xiàn)了大量塊狀裂縫，龜裂病害較少，基本無龜裂病害。由此可以得出橫向裂縫是該高速公路段最主要的裂縫病害，并且裂縫面積較大。

1.2 裂縫產(chǎn)生機(jī)理

1.2.1 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層裂縫

該公路段路面基層采用水泥穩(wěn)定碎石材料做基層，是典型的半剛性基層。水穩(wěn)碎石基層由水泥作為無機(jī)結(jié)合料，包含粗集料、細(xì)集料以及水，將材料拌合形成混合料，混合料經(jīng)過碾壓形成具有一定強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的板狀結(jié)構(gòu)。由于混合料中材料分布不均勻，在行車荷載的長期重復(fù)作用下，基層出現(xiàn)疲勞應(yīng)力，當(dāng)疲勞應(yīng)力大于水泥穩(wěn)定碎石的極限抗拉強(qiáng)度時，則會在基層產(chǎn)生疲勞開裂，造成半剛性基層強(qiáng)度下降。在路面使用過程中，環(huán)境因素的影響下造成基層疲勞裂縫持續(xù)開裂，直到裂縫深度貫穿基層厚度。

1.2.2 反射裂縫

反射裂縫是半剛性基層不可避免的裂縫，半剛性基層采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，無機(jī)結(jié)合料遇水放出大量的熱。在半剛性基層施工完成后，由于自身材料特性，混合料的體積穩(wěn)定性差、溫縮系數(shù)大，在基層養(yǎng)生過程中，外界環(huán)境因素以及行車荷載的循環(huán)作用下，半剛性基層表面和內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)微的溫縮裂縫。在瀝青面層攤鋪時，由于攤鋪溫度較高，面層攤鋪完成后，仍然會使半剛性基層產(chǎn)生一部分溫縮裂縫。公路通車后，在車輛荷載重復(fù)作用下，溫縮裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，隨著荷載的持續(xù)作用，造成半剛性基層開裂。瀝青面層在基層裂縫處形成薄弱面，在車輪壓力作用下，面層底部拉應(yīng)力急劇增加，造成瀝青路面自下而上開裂，將半剛性基層的裂縫反射至瀝青面層，降低了路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2 半剛性基層裂縫處治方法

瀝青路面裂縫的修補(bǔ)處治能夠延緩裂縫發(fā)展速率，增加路面的使用壽命。瀝青路面裂縫處治施工應(yīng)在春、秋晝夜溫度變化小，干燥溫和的季節(jié)，既能夠使瀝青路面裂縫充分開裂，在進(jìn)行灌漿處理時，有利于將灌封料填滿整個開裂孔隙，達(dá)到裂縫的有效閉合，又容易將縫隙內(nèi)吹干，縫內(nèi)干燥的環(huán)境有利于灌縫材料與既有路面的粘合。在進(jìn)行裂縫處治時，要避免雨季，防止裂縫中進(jìn)入水滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成次生病害。目前常用的半剛性基層瀝青路面裂縫處治方法包括：開槽灌漿、傳統(tǒng)灌漿以及壓力灌漿修補(bǔ)。

2.1 開槽灌漿

開槽灌漿法是瀝青路面裂縫處治最常用的方法之一，技術(shù)人員使用專用機(jī)械設(shè)備對裂縫處進(jìn)行開槽處理。首先對裂縫進(jìn)行處理，采用吹風(fēng)設(shè)備將裂縫內(nèi)部孔隙進(jìn)行清掃，保證裂縫內(nèi)部無灰塵無雜物。然后將配置完成的灌漿料進(jìn)行灌漿，在灌漿過程中要保證灌漿料盡可能填滿整個裂縫孔隙，通常采用分層灌漿，灌漿越密實(shí)裂縫的閉合效果越好。最后灌漿完成后，對開槽口進(jìn)行封閉和整平，路面清掃完成后，可適時開放交通，注意在施工過程中要避免水的浸入。開槽灌漿法適用于裂縫寬度較小且裂縫發(fā)展形狀不規(guī)則的裂縫病害，開槽可以增大灌漿料灌入深度，方便灌漿施工。一般槽口寬度在10～20 mm，開槽深度在25 mm左右。

2.2 傳統(tǒng)灌漿

傳統(tǒng)灌漿法與開槽灌漿的區(qū)別在于傳統(tǒng)灌漿不對裂縫進(jìn)行處理，直接把灌漿料沿著裂縫灌入，灌漿料可以分為冷補(bǔ)料與熱補(bǔ)料。冷補(bǔ)料采用乳化瀝青，具體施工工藝為：首先對裂縫進(jìn)行清掃，保證裂縫內(nèi)無雜物。然后將冷補(bǔ)料乳化瀝青沿著裂縫填入，填入后將冷補(bǔ)料進(jìn)行填平處理。最后，等冷補(bǔ)料填入完成，對灌漿處進(jìn)行清掃可以立即開放交通，冷補(bǔ)料的滲透性強(qiáng)，能夠滲透至裂縫孔隙內(nèi)部，但是乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性較差。熱補(bǔ)料采用的是熱瀝青，其灌漿施工工藝與冷補(bǔ)料相同，在使用熱瀝青作為灌漿料時，要注意溫度的變化，如果路面溫度過高會產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。

2.3 壓力注漿

壓力注漿修補(bǔ)是針對半剛性基層反射裂縫處治的一種方法。適用于裂縫面積大的瀝青路面，使用壓力注漿的方法，能夠有效將灌漿料注入半剛性基層裂縫中，實(shí)現(xiàn)半剛性基層反射裂縫的處治。通過內(nèi)外壓力差，將灌漿料沿裂縫孔隙注入道路基層，實(shí)現(xiàn)基層內(nèi)部密實(shí)灌漿。壓力注漿修補(bǔ)方法技術(shù)難度大，對注漿材料的要求高，但是該方法能夠?qū)Π雱傂曰鶎臃瓷淞芽p起到有效處治。

2.4 三種半剛性基層裂縫處治方法經(jīng)濟(jì)比較

三種半剛性基層裂縫處治方法適用于不同的裂縫情況，開槽灌漿適用于裂縫寬度較小，裂縫面積較小的路面，施工方法簡單對注漿材料要求較低，裂縫處治效果一般，施工造價低。傳統(tǒng)灌漿處理，不需要專用設(shè)備進(jìn)行施工，灌漿材料多為熱瀝青與乳化瀝青，施工造價較低，但是裂縫處治效果較差。壓力注漿針對修復(fù)半剛性基層裂縫，需要在路面進(jìn)行開孔，對灌漿料以及施工設(shè)備要求高，這種方法能夠有效避免半剛性基層裂縫的發(fā)展，裂縫處治效果好，施工造價較高。對比而言，三種方法施工造價順序?yàn)閴毫ψ{>開槽灌漿>傳統(tǒng)灌漿。

3 處治效果現(xiàn)場檢測

根據(jù)對烏魯木齊某高速公路段病害調(diào)查分析，得到該公路段裂縫病害類型主要為大面積的橫向結(jié)構(gòu)裂縫，其主要產(chǎn)生原因是半剛性基層產(chǎn)生的裂縫，反射至瀝青路面面層，出現(xiàn)大量橫向裂縫。該公路反射裂縫具有裂縫發(fā)展面積大、深度深的特點(diǎn)。若想提高反射裂縫的處治質(zhì)量，必須對半剛性基層裂縫進(jìn)行處治。為了減少施工難度，提高施工效率，根據(jù)對半剛性基層裂縫病害處治方法進(jìn)行分析，確定壓力注漿法為該高速公路反射裂縫處治方法。

3.1 裂縫處治步驟

在對該高速公路裂縫病害處治之前，首先使用吹風(fēng)設(shè)備對裂縫孔隙進(jìn)行處理，將縫內(nèi)雜物處理干凈，保證裂縫內(nèi)部無雜物無灰塵。然后使用專用壓漿設(shè)備，將注漿材料裝入壓漿設(shè)備，注意壓力注漿法對注漿材料要求高，必須具有良好的滲透性及流動性。根據(jù)該公路段施工設(shè)計要求，選用瀝青路面抗裂劑+6%水泥作為注漿料，使用專用設(shè)備壓漿過程中，采用分層壓漿的方法，保證注漿材料能夠注入半剛性基層裂縫內(nèi)部，注漿料充分填入裂縫內(nèi)部孔隙后，注漿完成。注漿結(jié)束后，清理注漿孔周圍溢出或?yàn)⒙涞臐{液，在裂縫處治處表面使用道路密封膠將鉆孔處進(jìn)行封孔處理，封孔處理時保證密封膠高度低于路面或平于路面。封孔完成，清掃路面，進(jìn)行檢測裂縫處治質(zhì)量檢測。

3.2 處治效果現(xiàn)場檢測

對該高速公路段半剛性基層反射裂縫處治完成后，需要對處治質(zhì)量進(jìn)行檢測。采用鉆芯法對裂縫全深度處治效果進(jìn)行檢測，并對半剛性基層的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、瀝青面層的穩(wěn)定度及流值進(jìn)行檢測，裂縫全深度處治效果應(yīng)滿足表2。

為了檢測壓力注漿法的處治效果，對烏魯木齊某高速公路段半剛性基層瀝青路面裂縫處治處進(jìn)行鉆芯取樣，針對裂縫全深度處治處鉆取6個試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值檢測，檢測結(jié)果如表3。

由表3可得，該公路段半剛性基層裂縫修補(bǔ)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度符合技術(shù)要求，表明該高速公路段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計要求，能夠繼續(xù)進(jìn)行服務(wù)。

4 結(jié)論

綜上所述，以烏魯木齊某高速公路段為調(diào)查對象，調(diào)查該公路段裂縫病害情況，得出該公路段裂縫病害類型較多，且裂縫面積較大，多為結(jié)構(gòu)性裂縫。通過對裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析，得到該公路段裂縫產(chǎn)生原因?yàn)榘雱傂曰鶎恿芽p反射至瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫。通過對3種裂縫處治方法進(jìn)行分析，根據(jù)該高速公路段裂縫病害機(jī)理，綜合考慮三種處置方法的施工工藝、處置效果及工程造價，采用壓力注漿法進(jìn)行裂縫處治，并對處治后的基層及面層進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]周懷恩. 半剛性基層瀝青路面裂縫處治技術(shù)研究[J]. 城市道橋與防洪， 2021（8）： 291-295+31-32.

[2]靖紅忠. 半剛性基層瀝青路面反射裂縫處治措施[J]. 黑龍江交通科技， 2021（7）： 265+267.

[3]劉芳. 半剛性基層瀝青路面裂縫處治技術(shù)研究[D]. 石家莊：石家莊鐵道大學(xué)， 2019.

[4]黃允江， 汪婧， 劉平， 等. 半剛性基層瀝青路面反射裂縫處治新方法探討[J]. 公路交通技術(shù)， 2016（4）： 43-48.