預防性養護方法在瀝青路面裂縫防治中的應用分析

李星

摘要 為了更好地預防瀝青混凝土路面裂縫對公路的影響，文章對預防性養護方法進行研究。傳統的瀝青路面養護方法對瀝青路面裂縫檢出率差，養護時需封閉交通，嚴重影響道路的正常使用。預防性瀝青道路養護方法是在瀝青裂縫發展前期，利用滲透性材料及時修復瀝青路面裂縫，利用修復材料凝固后形成的T字形結構提高裂縫處瀝青路面的整體性，避免裂縫的進一步發展擴大，極大地提高了瀝青路面的耐久性和安全性。

關鍵詞 瀝青路面；裂縫；預防性養護

中圖分類號 TU997文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0090-03

0 引言

瀝青混凝土是一種復雜的高分子材料，與水泥混凝土相比，在外部荷載下，瀝青混凝土能產生較大的彈性和塑性變形，而不產生不可逆的裂縫或斷裂，一定程度上緩沖了行車的沖擊荷載，具有一定的減震性能，確保行車的舒適性；與水泥混凝土相比，瀝青混凝土路面對超載車輛的適應性強，能在相對較大的應力下保持材料性能的穩定。瀝青路面與汽車輪胎之間的摩擦力遠大于汽車輪胎與水泥路面的摩擦力，使車輛能更好地附著在道路表面不打滑，行車安全性高，在我國的現代化道路建設中應用廣泛。近年來，城市次干道和支路中瀝青混凝土面層普及率也逐漸提高[1]。瀝青混凝土因其優良的材料性能，逐漸取代水泥混凝土在國家道路建設中廣泛應用，但瀝青路面的養護問題也逐漸顯現。傳統的坑槽冷補、裂縫修補的養護方法歸根結底是一種事后修補方法。傳統的道路養護方法利用作業人員目測和簡單的測量工具檢測瀝青路面裂縫，受作業人員作業能力影響，瀝青路面裂縫檢出率和正確率低；在瀝青路面產生裂縫等破壞后，對破壞點進行修補，養護維修作業對檢測技術和維修人員素質的要求高。隨著我國瀝青路面里程數的增加，瀝青路面養護維修的費用逐漸增高、工作量逐漸增大，難以滿足瀝青道路養護的需求[2]。預防性養護方法是在瀝青路面產生裂縫的前期階段及時檢出裂縫，使用滲透性的修補材料對裂縫點進行修復，防止裂縫發展擴大，對道路基層裂縫也具有一定的修補作用，對因溫度變化導致的溫度裂縫和基層開裂導致的反射裂縫具有很強的針對性。實踐表明，預防性措施對瀝青路面前期裂縫修補作業具有一定的使用價值[3]。

1 瀝青混凝土面層特性

瀝青混凝土是一種復雜高分子材料，與水泥混凝土相比，具有行車舒適、抗壓能力好、安全性高等優點。但是瀝青混凝土路面也具有對溫度的敏感性高、水穩性差的缺點。從瀝青材料性能角度考慮，瀝青路面優缺點如表1所示：

受瀝青材料本身性能的影響，瀝青路面具有以下優缺點：瀝青混凝土的力學強度高，對重交通和較重交通等級的適應性強，可以承受較大的交通荷載，不產生變形破壞；瀝青混凝土是一種高分子材料，彈塑性能優于水泥混凝土，在外部荷載作用下，能產生較大的彈性和塑性變形而不發生剪切破壞，抗壓性能好。瀝青混凝土這種在外力作用下產生彈性變形和塑性變形的能力，緩沖了車輛行駛時自身重力對路面的影響。瀝青混凝土是一種多孔結構，表面粗糙，摩擦系數大，能提供給車輛較大的摩擦力，車輛不易產生滑動，行車安全性高。除此之外，瀝青路面還具有不揚塵和可再生利用的優點。與水泥混凝土相比，瀝青路面安全性高、行車舒適，但瀝青材料對溫度和水的敏感性大，容易受到高溫、低溫或水的影響降低自身的彈塑性能、強度等物理性能。瀝青面層受基層狀態影響大，當基層出現裂縫或塌陷等病害時，瀝青面層在基層病害產生位置容易出現面層裂縫或局部塌陷等質量問題，從而導致裂縫或塌陷處應力集中，在外界環境高低溫或地表水環境的影響下，病害問題逐漸擴大，嚴重影響瀝青路面的耐久性和安全性。

2 瀝青路面裂縫分類

瀝青路面在溫度、水分或路基不均勻沉降影響下，極易產生橫向裂縫、縱向裂縫和網狀裂縫。傳統的瀝青路面裂縫研究集中在裂縫的成因、檢測和修補領域，對瀝青路面裂縫的發生發展過程和瀝青路面裂縫的分級研究較少，對裂縫的發生發展過程的闡述不夠具體。瀝青路面使用過程中，路面裂縫的產生和發展是一個漸變過程，上部行車荷載反復作用于道路結構上，在溫度、水分或路基不均勻沉降影響等不利因素的影響下，產生的裂縫首先是縱橫向裂縫，縱橫向裂縫進一步發展逐漸擴大為網狀裂縫，縱橫向裂縫是瀝青路面裂縫發展的前期表現，該文將縱橫向裂縫粗略地歸為一級裂縫，把網狀裂縫歸為二級裂縫，對瀝青路面裂縫進行分類統計，并根據裂縫特征采取針對性的修補措施。在裂縫發生的初級階段，在裂縫發生點采取微表處措施，防止裂縫進一步擴大和發展。在裂縫發展為網狀裂縫時，對網狀裂縫采取換填措施處理，瀝青路面的裂縫分級及主要成因統計如表2所示：

橫向裂縫和縱向裂縫是一級裂縫，是瀝青路面裂縫發生的初級階段。網狀裂縫是二級裂縫，是一級裂縫發展后的表現形式。橫向裂縫的形狀多為垂直于道路軸線，長度變化多樣，可能在橫向上貫穿道路或部分切斷道路。

瀝青路面橫向裂縫的主要成因：

（1）溫度。瀝青混凝土受溫度變化影響明顯，高溫易軟化、低溫易脆裂，在寒冷天氣下，瀝青混凝土在重復性車輛荷載作用下，容易產生橫向裂縫。

（2）地基不均勻沉降。在路基的填挖交界處容易因為填挖段路基壓實度或承載能力的不同，在填挖交界處產生不均勻沉降，導致瀝青路面的橫向裂縫。

（3）反射裂縫。路面結構層從上至下為面層、（半剛性）基層，兩者層理明顯、緊密結合，從宏觀上看兩者都是脆性材料，在超載作用下容易產生裂縫。瀝青道路的半剛性基層是瀝青道路的主要承載層，裂縫多發。不良的基層狀態嚴重影響路面層的使用性能，在基層裂縫發生處基層的承載能力變弱，導致該點瀝青路面產生反射裂縫。

縱向裂縫產生的主要原因：

（1）地基不均勻沉降。與橫向裂縫不同，縱向裂縫產生的原因中地基不均勻沉降近似為圓形，以某點為中心產生地基沉降，導致該沉降范圍內地基承載力不足，瀝青路面在車輛荷載作用下產生縱向裂縫，形狀多為弧形。

（2）過大荷載。當瀝青道路的行車荷載超過設計允許值時，會導致路面縱向裂縫的產生，此時路面裂縫的位置多位于道路中心線或距道路邊緣3～5 m處。

（3）反射裂縫。縱向反射裂縫的成因與橫向反射裂縫相同，都是基層裂縫對路面的不利影響導致路面裂縫的發生。網狀裂縫是二級裂縫，是單條或多條裂縫在路面荷載作用下逐漸發展形成裂縫網，導致網狀裂縫的產生。

預防性瀝青路面修復方法要求在裂縫發生發展的前期，及時、準確地檢測出路面裂縫，通過在一級裂縫涂敷具有一定流動性的修補材料，對裂縫內部進行填充，在瀝青路面表面覆蓋裂縫，在修補裂縫的同時防止裂縫的進一步擴大。實踐表明，這一修復方法具有一定的使用價值。

3 瀝青路面裂縫受力分析

利用靜力學理論對瀝青路面受力情況進行分析，把瀝青路面簡化為簡支梁，在瀝青路面產生裂縫前后，裂縫產生處受到的剪力如圖1所示：

如1圖所示，把瀝青路面簡化為簡支梁，A點為簡化后簡支梁內任一點，在上部行車荷載作用下，A點瀝青路面產生裂縫破壞。M1表示瀝青道路裂縫產生前A點受到的剪力，M2表示瀝青道路裂縫產生后A點受到的剪力。瀝青路面裂縫處受力條件簡化后近似形成簡支梁結構，其內部剪力分布如式（1）：

式中，F剪——梁內剪力（kN）；q——簡支梁上部荷載（kN/m）；l——簡直梁內點距端頭的距離（m）。

瀝青道路未產生裂縫時，在上部行車荷載作用下，A點受到的剪力為圖x，此時A點位于簡化簡支梁的內部，A點距梁端部的距離lx小于梁的長度；瀝青路面產生裂縫后，在上部行車荷載的作用下，A點受到的剪力為圖y，此時A點位于簡化簡支梁的端部，A點距離簡化簡支梁端部的距離為ly，ly大小等于簡化簡支梁長度l，大于未產生裂縫破壞時A點距端部的距離lx。瀝青道路的上部行車荷載q與上部行車荷載有關，其數值不變。由公式（1）可得，瀝青路面在A點產生裂縫破壞后，A點受到的剪力明顯增大，加劇了裂縫的發展。

4 預防性養護機理

與傳統的坑槽冷補、裂縫修補養護方法不同，預防性養護方法不用破壞原本的瀝青路面結構，利用滲透性材料在裂縫產生處形成具有一定強度的板式結構，代替瀝青路面承受上方行車荷載。裂縫處瀝青路面修補后的結構形式如圖2所示。

如圖2所示，1為瀝青面層，2為半剛性基層，A為瀝青路面裂縫產生點，B為使用滲透性養護材料后形成的加固體。采取預防性養護措施，在瀝青路面產生的前期，使用滲透性材料對瀝青路面進行修補，部分修補材料滲入下層半剛性基層，對半剛性基層進行一定程度的補強。滲透材料凝固后形成T型加固體，代替瀝青面層，直接與行車直接接觸，在裂縫產生處，連接裂縫兩側瀝青面層，使瀝青面層在裂縫處形成連續結構，避免在裂縫處形成應力集中，同時增加了該點瀝青面層的耐磨性和耐久性，一定程度上提高了瀝青面層的使用性能。

5 預防性養護措施應用及展望

預防性瀝青路面養護方法是一種過程檢修方法，旨在防止瀝青路面裂縫的進一步發展惡化，其應用的關鍵點有2方面：一是要求在裂縫出現和發展的前期階段及時檢測出裂縫產生點。二是滲透性裂縫修補材料的配置。國內瀝青道路面層裂縫的檢測理論已極為成熟，目前國內瀝青面層裂縫檢測領域使用較多的是JG-1型激光三維智能檢測車，該系統使用連續非拼接線列激光斷面掃描方法，裂縫檢出率高，準確性好。在瀝青路面產生前期，裂縫寬度較小，要求修補材料具有較好的流動性和滲透性，目前使用較多的修補材料有熱瀝青或乳化瀝青，從而在瀝青路面裂縫產生的前期，及時檢測發現裂縫點，并使用滲透性較好的熱瀝青或乳化瀝青及時修補裂縫，避免在裂縫點形成應力集中，降低了裂縫處兩側瀝青面層受到的剪應力，防止裂縫進一步發展擴大，對因溫度原因產生的溫度裂縫和基層開裂原因產生的反射裂縫針對性強。

預防性養護措施能及時發現瀝青面層的前期裂縫，并采取針對性的加固措施，減少了裂縫處應力集中現象，防止裂縫進一步發展擴大，同時提高了瀝青面層的耐久性和耐磨性，對因溫差變化、基層裂縫引起的溫度裂縫和反射裂縫具有很強的針對性。但是，預防性養護措施對因路基不均勻沉降導致的瀝青路面裂縫針對性不強。針對這種裂縫，需要采用換填或打孔注漿的方法進行處理。

6 結語

該文利用靜力學原理，分析了瀝青路面裂縫產生前后，裂縫處瀝青路面的受力特征。根據瀝青路面發展的不同階段，把瀝青面層裂縫分為一級裂縫和二級裂縫，細化了瀝青路面裂縫的分類，闡述了預防性養護措施的作用機理，提出了預防性養護的可行性方案，對瀝青路面裂縫修補工作具有一定的指導意義。

參考文獻

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[3]陳凱， 何霽微. 巖瀝青—丁苯橡膠復合改性瀝青路用性能研究[J]. 中外公路， 2020（2）： 249-253．