瀝青路面裂縫成因及防治措施分析

黃光明

（福建省龍巖市永定公路事業發展中心，福建 龍巖 364100）

保證瀝青路面面層平整、避免路面開裂是公路工程建設的基本目標，也是衡量道路施工質量的關鍵指標[1]。我國公路工程建設水平已處于世界先進水平，對于瀝青混凝土路面的施工工藝與質量控制措施已較為成熟，造成瀝青路面裂縫形成的原因較多，需要通過多方面的因素進行分析與控制，避免瀝青路面開裂[2]。本文以國道357 線K208+800—K220+100 段路面改造工程項目為例，對瀝青路面裂縫成因及相關技術進行分析，并提出了相應的防治措施。

1 項目概況

本項目為國道357 線K208+800—K220+100 段路面改造工程，既有道路為水泥混凝土路面，位于福建省龍巖市永定區，屬于二級公路，其中K208+800—K217+350 路面為瀝青混凝土路面加鋪段，K217+350—K220+100 為水泥混凝土路面加鋪段，設計使用年限為12 a，屬于改建項目。根據歷史設計資料收集得到，該路段原路面結構形式為24 cm 厚水泥混凝土面層+20 cm 厚5%水泥穩定碎石基層+20 cm 厚填隙碎石底基層，既有路面寬度：K208+800—K212+840 為12.0 m、K212+840—K213+830 為15.0 m、K213+830—K220+100 為8.5 m。項目工程地理位置如圖1所示。

圖1 項目工程地理位置

公路初期交通量參考金砂觀測站調查點觀察數據顯示，2019年項目段道路機動車自然數合計20 472輛，當量數24 859 輛。根據公路等級和功能以及地區經濟和交通發展情況，本項目交通量的年平均增長率取10%，方向系數取0.55，車道系數取100%，公路TTC分類標準為TTC2 類，本公路設計使用年限內設計車道累計大型客車和貨車交通量為1.115 627×107輛，交通等級屬于重交通。交通量年度統計報表見表1。

表1 2019年連續觀測站交通量年度統計報表

2 瀝青混凝土路面裂縫成因分析

瀝青混凝土路面施工基本工藝主要包括[3-4]以下方面。①瀝青混凝土混合料的配制。瀝青混凝土混合料的配制是公路工程建設中的重要環節，也是影響公路路面施工質量的關鍵步驟。瀝青混凝土混合料配制需要根據公路工程的總體建設目標進行科學計算各種材料的配比，并按照配制工藝進行全流程標準化操作，從而得到符合公路工程質量要求的混合料；在混合料配制時還應當對原材料的質量進行檢測與控制，若瀝青針入度、混凝土密度等原材料指標不達標則可能導致路面裂縫形成。②瀝青混凝土混合料的運輸。混合料的運輸也是瀝青混凝土路面施工的基本工藝，在客觀條件不滿足的情況下瀝青混凝土混合料無法在施工現場進行制備，因此制備好的瀝青混凝土混合料需要通過專用車輛運輸到工程現場，保證配制好的混合料符合運輸質量要求。③瀝青混凝土混合料的攤鋪與壓實。混合材料的攤鋪與壓實作業是公路路面工程施工中的關鍵步驟，在攤鋪與壓實施工過程中需要協調壓實機作業長度與攤鋪速度間的關系，從而保證壓實施工作業的穩定性與質量。瀝青混凝土混合料的攤鋪與壓實過程中因根據環境溫度、濕度和風速等條件靈活調整攤鋪與壓實速度，從而保證瀝青混凝土混合料溫度處于適宜狀態，避免攤鋪不當增加路面開裂風險。④路面保護。在混合材料的攤鋪與壓實作業完成后，還應對瀝青混凝土面層平整度進行檢查，其中尤其應當重點檢查路面接縫、下水道井蓋等特殊部位；此外，對于剛剛進行壓實施工的瀝青混凝土路面還需要進行保護，一般以土工布覆蓋的方式對瀝青混凝土面層進行覆蓋從而保護路面，必要時還可在土工布上灑水以達到潤濕保護作用，避免剛施工的路面發生變性或出現裂縫。結合瀝青混凝土路面施工基本工藝進行分析，導致瀝青路面相應裂縫形成的主要原因有以下幾點。

2.1 載荷型裂縫的成因

載荷型裂縫是瀝青混凝土路面的常見裂縫，其形成原因主要是由于當超重載荷超過路面承載能力時，會使得路面結構層的彎拉應力超過瀝青路面結構層的抗拉極限，從而導致載荷型裂縫的形成。不僅如此，由于瀝青混凝土面層是公路路面的最上層，頂層平面的狀態會直接受到下層平面的影響，而瀝青混凝土路面結構基層在超重載荷的作用下會產生極大的彎拉應力，超重載荷作用下路面表層的彎拉應力會遠小于路面結構基層，隨著超重載荷對于瀝青路面的長期作用，當結構基層的破壞達到一定程度時裂縫便會不斷擴傳導至瀝青路面表層，形成可見的載荷型裂縫，因此當瀝青路面形成載荷型裂縫時通常已發生嚴重的結構基層破壞[5]。

2.2 溫度疲勞型裂縫的成因

瀝青混凝土材料具有能夠在高溫下受熱融化為液態混合物的物理化學性質，而且在溫度降低至適宜溫度后，混合料顆粒間具有極大的內摩阻力與粘結力，因此，通常情況下瀝青混凝土恢復至常溫后即可獲得良好的穩定性，這也是采用瀝青混凝土進行路面施工的主要優勢之一。但正是由于瀝青混凝土的這一物理化學性質，部分極端條件下瀝青路面長時間受到較大溫差的影響，如在晝夜溫差變化大、溫度變化頻繁的地區，長時間的極端溫度變化刺激會加快瀝青混凝土的老化速度，使瀝青路面產生形變疲勞并導致瀝青混凝土混合料的應變抵抗能力與彈性模量降低，長時間作用下就會使得瀝青路面的溫度變化應力超出路面承受能力，最終導致路面裂縫的形成[6]。由于溫度疲勞型裂縫的成因主要是由于長時間的溫度變化導致的累積效應而形成，因此溫度疲勞型裂縫的形成通常具有一定的規律性，在特定環境下的溫度疲勞型裂縫往往會在一定時間內呈連續或間斷性形成的趨勢。

2.3 低溫收縮型裂縫的成因

在適宜溫度條件下瀝青混凝土膠結料的黏結力極強，能夠承受較大的外部壓力，且具有相對較好的延展性能，因此在巨大的壓力作用下也能有效降低直接破裂的風險，應用于公路路面施工中能夠長期保持極高的穩定性，在提高承載負荷、延長公路使用壽命等方面具有顯著優勢。但在極端的低溫條件下瀝青混凝土材料會由于熱脹冷縮原理而出現收縮，這會使瀝青混凝土路面自由形變范圍縮小與路面變硬，同時也會降低瀝青路面的韌性與形變抵抗能力，因此在極寒環境下瀝青路面的收縮應力可能會突破抵抗應變極限而出現低溫收縮型裂縫[7]。值得指出的是，低溫收縮型裂縫與溫度疲勞型裂縫均與溫度和瀝青材料的物理化學性質有關，但2 種裂縫的形成原因具有一定差異，其中溫度疲勞型裂縫主要是由于溫差變化導致的瀝青路面形變疲勞引起，而低溫收縮型裂縫則主要是由于極端低溫條件下瀝青路面的收縮應力突破材料抵抗應變極限而引起。

2.4 反射型裂縫的成因

瀝青混凝土道路的路面基層多為半剛性材料，這種材料能夠在減小面層厚度的同時極大地增加瀝青道路的最大承受載荷，在節約道路建設成本的條件下提高道路質量與使用性能，但半剛性材料內部剛度與強度達到最大值的過程是隨著時間的推移而逐漸發生，這使得使用半剛性材料作為路面基層的瀝青道路基層施工結束時基層材料的強度與剛度往往還未達到最大值，因此前期施工與管理不當可能使道路基層在溫度與濕度變化的影響下發生溫縮現象，而這種溫縮現象產生的變形應力在路基的抵抗下無法充分釋放，基層內部會產生較強的拉應力，當這種拉應力超過瀝青混凝土道路基層的最大抗拉強度時基層就會出現裂縫。瀝青道路基層裂縫會與瀝青表層間形成一個應力集中點，在溫度應力與載荷等因素的綜合作用下基層裂縫易擴散至瀝青表層，最終導致反射型裂縫的形成[8]。

3 瀝青混凝土路面裂縫形成的防治措施

3.1 瀝青混凝土混合料的制備與運輸控制

瀝青混凝土混合料是瀝青道路施工中的重要材料，原材料質量、混合料配制方法和材料施工工藝等均會對瀝青混凝土面層平整度與質量產生直接影響，若瀝青、混凝土等材料質量不達標會導致配制好的瀝青混凝土混合料不滿足質量要求，若瀝青混凝土混合料質量達標但運輸不當也可能導致施工時的瀝青混凝土混合料質量不滿足施工要求，上述因素均會增加瀝青路面裂縫形成風險。此外，由于公路路面施工屬于戶外建設項目，瀝青混凝土混合料的供給與保存受天氣、環境及地形等的影響較大，惡劣天氣及復雜地形都可能導致材料狀態發生變化，因此不可控因素的影響也增加了路面施工的復雜性與難度，也是導致瀝青路面縫隙形成的風險因素。在施工過程中應當結合道路工程實際情況設計符合標準的施工方案，對于晝夜溫差大、氣候條件寒冷地區的路面應當進行針對性的設計，科學制備瀝青混凝土混合料，保證瀝青混凝土混合料質量達標，在運輸過程中對瀝青混凝土混合料的溫度進行嚴格控制才能有效保證材料質量[9]。路面工程項目建設中，管理者應當根據工程實際情況制定科學、合理且嚴格的瀝青混凝土混合料制備與運輸流程規范，同時對瀝青、混凝土等原材料的質量進行檢查與控制，保障路面工程建設施工效率與質量，可將原材料運輸、瀝青混凝土混合料的制備和混合料的運輸等過程進行分開管理，并將責任落實到個人，由專人對不同材料的質量進行控制，保證路面攤鋪材料合格，降低后期路面開裂風險。

3.2 路面攤鋪與碾壓施工過程控制

攤鋪施工對瀝青混凝土面層質量的影響主要集中在以下幾個方面：①鋪面速度不穩定。鋪面過程中只有保持穩定的速度才能使得瀝青混凝土混合料攤鋪均勻，若鋪面期間速度時快時慢且速度變化幅度較大則可能導致攤鋪層攤鋪厚度與壓實程度不一致，影響瀝青路面質量；②攤鋪機螺旋速度與熨平板前側堆料高度變化。攤鋪機螺旋速度會影響瀝青混凝土混合料的給料量，而熨平板前側堆料高度則會對攤鋪厚度產生一定影響，若施工期間螺旋速度與堆料高度變化幅度過大也可能導致瀝青混凝土面層不平整而增加后期路面開裂風險；③預熱溫度不達標。瀝青混凝土混合料需要在高溫狀態下才能保持最良好的狀態，若預熱溫度低于100 ℃就進行攤鋪則可能導致瀝青混凝土混合料攤鋪不均勻，出現表面離析，影響瀝青路面使用壽命；④多余材料未清除。攤鋪機履帶及平衡梁探頭下多余材料的進入會影響攤鋪機的自動調整系統精度，進而導致攤鋪過程中攤鋪機工作狀態發生變化，此外多余材料在履帶碾壓后還會對路面產生破壞，導致波紋的產生從而影響瀝青路面質量。因此公路路面施工項目經理應當組織工程施工質量檢測小組，總工程師應當監督所有施工技術和施工質量，按照質量控制要求，成立測量組、測試組和質量控制組對工程質量進行檢查、控制和驗收，同時建立和完善質量保證體系，要注意質量控制方法，施工前要按照招標合同制定施工細則，明確技術指標、施工程序和控制方法，并制定處罰和驗收方法，明確規定，為了更好地控制原材料質量，加強對施工工藝流程的控制和控制，還可以借用先進的設備來升級建設水平和質量[10]。

3.3 道路保養與人員培訓

在保證施工質量的前提下，高效科學的道路保養措施也是提高瀝青道路使用壽命，預防后期路面開裂的關鍵步驟。在瀝青路面的各類型裂縫中，載荷型裂縫與反射型裂縫均與道路保養與管理質量間關聯密切，因此相關從業人員應當采取積極有效的管理控制制度規范建成后的瀝青道路的使用標準，通過定期保養與車輛載荷管控避免反射型裂縫與載荷型裂縫的形成。路面工程建設過程中各種施工工藝都需要具備相關專業技能的人員去進行操作，因此人員素質與技術水平是影響道路工程質量的關鍵因素，若人員技術水平低下可能導致施工工藝的錯誤從而增加裂縫形成風險。項目管理者應當在人員招聘、人員培訓和人員考核等方面建立完善的人力資源制度，對關鍵施工崗位的人員招聘應當設置最低技術標準要求，并在人員入職后定期進行人員系統培訓以提高項目建設相關人員的職業素質，提高人員對各種施工工藝的掌握程度，同時也應當通過人員培訓提高員工的責任心，避免工程建設過程中員工責任心不足或缺失而增加工程安全隱患，延長瀝青路面使用壽命。

4 結束語

瀝青路面裂縫是影響道路安全性與使用壽命的主要因素，瀝青路面的各種類型裂縫的形成均與瀝青混凝土混合材料質量及道路工程施工工藝具有關聯，而道路建成后保養與管理不當也可能導致瀝青路面裂縫形成。因此行業管理人員應當從施工管理與保養管理2 大方面入手，根據道路工程實際情況嚴格設計施工方案，加強瀝青混凝土混合料的制備與運輸、路面攤鋪與碾壓施工過程的控制，采取科學有效的道路保養措施并積極開展人員培訓，全面提高瀝青道路質量，延長道路使用壽命，預防瀝青路面裂縫形成。