高速公路裂縫成因及日常養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

李文輝

（甘肅省酒泉公路事業(yè)發(fā)展中心高速公路養(yǎng)護(hù)所，甘肅酒泉 735000）

0 引言

隨著高速公路建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，養(yǎng)護(hù)任務(wù)越來越繁重，養(yǎng)護(hù)工作也面臨著重大挑戰(zhàn)。高速公路長(zhǎng)時(shí)間服役使用，路面在外部自然環(huán)境和車輛載荷作用下逐步磨損老化，影響路面行車安全和舒適性，部分路面病害若不徹底處治可能誘發(fā)嚴(yán)重的交通事故。路面裂縫則是最常見且易擴(kuò)展的病害，鑒于此，應(yīng)深入探討高速公路裂縫成因，并做好日常養(yǎng)護(hù)工作，選擇合理可靠的養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段，以此來提升公路安全性和行車舒適性，延長(zhǎng)高速公路使用壽命。

1 高速公路裂縫的成因分析

1.1 施工因素

高速公路裂縫是指在路面上出現(xiàn)的不同類型的開裂或破損，通常是由多種因素引起的。施工因素是導(dǎo)致公路裂縫的主要因素之一，可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：一是材料選擇。材料的質(zhì)量和適用性對(duì)高速公路的耐久性至關(guān)重要。如果在施工過程中選用了不合格或不適當(dāng)?shù)牟牧希访婢腿菀壮霈F(xiàn)開裂。例如，如果瀝青混合料中的某些成分不符合規(guī)范要求，就可能導(dǎo)致裂縫的形成。二是施工方法。施工方法的選擇和執(zhí)行對(duì)路面質(zhì)量有很大影響，比如，不合理的壓實(shí)度、溫度控制不當(dāng)、壓實(shí)不足等，都可能導(dǎo)致路面的開裂[1]。另外，施工期間的交通負(fù)荷也會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生壓力，如果沒有適當(dāng)?shù)慕煌ü芾泶胧部赡軐?dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。三是設(shè)計(jì)和規(guī)范問題。如果高速公路的設(shè)計(jì)和規(guī)范存在問題，如路面厚度不足、交叉口和橋梁連接不當(dāng)?shù)龋腿菀讓?dǎo)致裂縫的形成；設(shè)計(jì)不合理可能導(dǎo)致路面受到過大的應(yīng)力，從而引發(fā)開裂問題[2]。四是天氣條件。施工過程中的天氣條件也會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生影響，例如，在極端溫度下施工或者在雨水過多的情況下施工，可能導(dǎo)致裂縫的形成；溫度變化和水分滲透都是路面開裂的重要因素。五是施工質(zhì)量控制。不適當(dāng)?shù)氖┕べ|(zhì)量控制可能導(dǎo)致路面不均勻，厚度不足或過厚，這些問題都可能引發(fā)裂縫。同時(shí)，不合格的施工工藝和檢測(cè)也可能使問題長(zhǎng)期存在而不被察覺。

1.2 氣候因素

氣候因素是指高速公路長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境下，受到自然環(huán)境侵蝕影響，可能誘發(fā)多種裂縫病害，損害道路結(jié)構(gòu)。在炎熱的夏季，路面暴露在高溫下，會(huì)導(dǎo)致路面膨脹，而在寒冷的冬季，路面則會(huì)收縮，反復(fù)地膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致路面材料的開裂，形成熱脹冷縮裂縫。雨水會(huì)滲透到路面下，在行車碾壓過程中形成唧漿，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。濕度變化也會(huì)使路面材料發(fā)生膨脹和收縮，增加裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。在寒冷的冬季，當(dāng)路面中的水分凍結(jié)時(shí)，水會(huì)膨脹，增加了路面的應(yīng)力，容易引發(fā)裂縫；當(dāng)降雪過后，人工撒布融雪劑路面冰雪融化，雪水沿裂縫滲入基層，進(jìn)一步凍結(jié)膨脹[3]。另外，路面長(zhǎng)期受到紫外線照射，特別是西北地區(qū)，夏季路表溫度高達(dá)60℃，受紫外線的輻射加速路面老化，導(dǎo)致路面表層彈性失活，出現(xiàn)龜裂和表面剝落的病害。除此之外，極端天氣事件，如洪水和地震，也可能導(dǎo)致高速公路裂縫的形成和損壞，因?yàn)檫@些事件會(huì)對(duì)路面施加額外的力量和應(yīng)力。

1.3 材料因素

高速公路施工中所選用的材料類型多樣，如果選擇不當(dāng)，材料的質(zhì)量不符合規(guī)范要求，如含水量過高、雜質(zhì)多等問題，也會(huì)加劇裂縫出現(xiàn)。路面層的厚度直接影響其抗裂性能，如果路面層過薄，就容易受到外部應(yīng)力的影響，從而引發(fā)裂縫。相反，過厚的路面層可能因不均勻?yàn)r青混合或不適當(dāng)?shù)膲簩?shí)度而產(chǎn)生開裂問題[4]。瀝青混合料的設(shè)計(jì)涉及瀝青的配合比、級(jí)配、瀝青黏度等參數(shù)，不合理的設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致路面開裂。例如，過硬或過軟的瀝青混合料都會(huì)增加裂縫的風(fēng)險(xiǎn)；如果材料的變形抗力不足，當(dāng)受到交通負(fù)荷或氣候變化的作用時(shí)，材料容易發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，縮短高速公路使用壽命。

1.4 地質(zhì)條件因素

高速公路裂縫的成因不僅受到施工和材料因素的影響，還與地質(zhì)條件密切相關(guān)。地下水位的變化對(duì)高速公路路基和路面的穩(wěn)定性有著直接影響，在地下水位較高的地區(qū)，水分滲透可能導(dǎo)致路基松動(dòng)和軟化，進(jìn)而引發(fā)裂縫。不同類型的土壤對(duì)路面的影響有所不同，黏土土壤在吸水膨脹和干燥收縮方面表現(xiàn)較為顯著，容易導(dǎo)致路面變形和裂縫。砂質(zhì)土壤則可能在地震等外部應(yīng)力下發(fā)生松動(dòng)，引發(fā)路面損壞。高速公路穿越不同的地形和地貌，這些地形和地貌的變化可能導(dǎo)致路面受到不均勻的應(yīng)力。在特殊地質(zhì)路段，設(shè)計(jì)的坡度和曲線可能導(dǎo)致路面受到額外的扭曲和變形，促使裂縫的出現(xiàn)。在鹽堿地帶，路基水穩(wěn)層易受鹽脹作用，對(duì)路面穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，易發(fā)生裂縫，嚴(yán)重路段甚至產(chǎn)生路面隆起。如G7 京新高速白明段部分路段處于鹽堿地質(zhì)帶，產(chǎn)生較多橫向裂縫和隆起。另外，地震也會(huì)對(duì)路基和路面施加巨大的應(yīng)力，導(dǎo)致路面的斷裂和損壞，是不可忽視的一個(gè)因素。

1.5 行車荷載因素

行車荷載對(duì)路面施加了重要的應(yīng)力，如果管理和處理不得當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致路面裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。首先，高速公路上的交通量和車輛類型對(duì)路面的損壞程度有著直接的影響，頻繁經(jīng)過的重型卡車和大型商用車輛會(huì)對(duì)路面施加更大的荷載，增加路面應(yīng)力，從而增加了裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。其次，行車速度對(duì)路面荷載的分布和強(qiáng)度也有影響，高速行駛的車輛通常對(duì)路面產(chǎn)生更大的沖擊力，特別是在彎道和陡坡上可能導(dǎo)致路面的疲勞和開裂。過載的車輛可能對(duì)路面施加超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的荷載，導(dǎo)致路面材料的擠壓和變形，從而引發(fā)裂縫。車輛在路面上加速和制動(dòng)操作使得車輛的輪胎對(duì)路面施加額外的負(fù)載，在一些高速公路的匝道口、大坡路段等，車輛大多減速制動(dòng)，不可避免地加劇路面疲勞和損壞。

2 高速公路日常養(yǎng)護(hù)的重要性

高速公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，扮演著連接城市和地區(qū)的關(guān)鍵角色。為了保障高速公路的安全、流暢和可持續(xù)運(yùn)營(yíng)，日常養(yǎng)護(hù)工作至關(guān)重要。其重要性主要有以下幾個(gè)方面：

其一，延長(zhǎng)使用壽命。高速公路的建設(shè)成本巨大，因此維護(hù)和延長(zhǎng)其使用壽命至關(guān)重要。定期的養(yǎng)護(hù)工作可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理路面裂縫、坑槽、損壞等病害，防止病害的進(jìn)一步惡化，從而延長(zhǎng)路面和基礎(chǔ)設(shè)施的壽命。

其二，提高行車安全。路面坑槽、隆起和裂縫對(duì)行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致車輛失控，引發(fā)事故發(fā)生，較差的路況甚至引發(fā)交通擁堵。通過及時(shí)處治路面病害，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，可以提高高速公路的行車安全性和舒適性，減少交通事故的發(fā)生。

其三，降低維修成本。如果高速公路的損壞不及時(shí)修復(fù)，將導(dǎo)致更大范圍的維修工作，需要更多的時(shí)間和資金。日常養(yǎng)護(hù)可以幫助捕捉小問題，使其不會(huì)演變成大問題，從而節(jié)省了維修成本。

3 高速公路裂縫的日常養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 瀝青路面再生技術(shù)

高速公路的路面是經(jīng)受極端條件和大量交通負(fù)荷的，因此裂縫的形成是不可避免的。為了維持路面的質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命，瀝青路面再生技術(shù)成為一項(xiàng)關(guān)鍵的日常養(yǎng)護(hù)技術(shù)。主要有以下幾種技術(shù)：

其一，熱再生技術(shù)。熱再生技術(shù)是一種通過將高溫?zé)嵩磻?yīng)用于老化或受損的瀝青路面（見圖1），以使其軟化和可重新使用的方法。這可以通過熱風(fēng)或微波加熱來實(shí)現(xiàn)。一旦瀝青被軟化，可以進(jìn)行混合料的再生和重新鋪設(shè)，從而修復(fù)路面損壞。

圖1 G30 線嘉安路瀝青路面熱再生技術(shù)

其二，重鋪技術(shù)。對(duì)原路面銑刨4cm 厚面層，處治底基層裂縫，重新鋪筑面層，徹底改善路面的性能[5]。

其三，微表處技術(shù)。對(duì)于路面細(xì)小裂縫可使用微表處進(jìn)行處治，近年來，在G30 連霍高嘉安段、瓜新段采用玄武巖纖維微表處技術(shù)，添加的纖維材料起到加筋補(bǔ)強(qiáng)作用，增強(qiáng)了抗裂性、耐久性，填充裂縫并提高了路面的摩擦系數(shù)。

其四，熱噴射補(bǔ)修。熱噴射補(bǔ)修是一種將熱瀝青、還原劑等添加劑混合后，噴射到裂縫中以填充和封閉它們的技術(shù)。這可以迅速有效地修復(fù)小裂縫，防止其擴(kuò)大成為更嚴(yán)重的問題，如PRDC 瀝健、科來福再生封層等。

3.2 路面裂縫處治技術(shù)

裂縫是高速公路路面上常見的問題，如果不及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的路面損害和安全隱患。具體路面裂縫處治技術(shù)如下：

一是灌縫法。灌縫法是一種常用的路面裂縫修復(fù)技術(shù)，它涉及將專用的充填材料（通常是聚合物、膠黏劑或?yàn)r青混合物），注入裂縫中。這些材料會(huì)填充裂縫內(nèi)部，密封表面，并提高路面的抗水性和抗裂性能。灌縫法通常適用于小到中等寬度的裂縫，能夠快速、有效地修復(fù)路面問題[6]。

二是壓漿法。壓漿法是一種通過將特殊的漿料或砂漿材料壓入裂縫中以填充和密封的技術(shù)。這種方法常用于較寬和較深的裂縫，它可以加固路面結(jié)構(gòu)，防止裂縫擴(kuò)大，并提高路面的承載能力。壓漿法的使用通常需要專業(yè)設(shè)備和工程師的指導(dǎo)。

三是挖補(bǔ)法。挖補(bǔ)法是一種通過將受損路面部分切割或挖出，然后用新的路面材料填充和鋪設(shè)的技術(shù)。這種方法適用于廣泛的路面損害，如坑槽、裂縫和沉陷。挖補(bǔ)法可以修復(fù)嚴(yán)重的路面問題，但通常需要更多的時(shí)間和資源。

四是攤鋪法。攤鋪法是一種在裂縫上鋪設(shè)新的路面材料的技術(shù)。這種方法通常用于修復(fù)表面裂縫和裂縫的早期階段。攤鋪法可以提高路面的平整度和表面質(zhì)量，減少駕駛員的不適感，并防止裂縫擴(kuò)大。

通過上述裂縫處治技術(shù)，能夠有效地提升路面養(yǎng)護(hù)效果，但要充分考量裂縫大小、類型以及路面條件靈活選用。同時(shí)，定期進(jìn)行路面檢查和維護(hù)，旨在及時(shí)有效解決裂縫問題，最大程度地提升高速公路安全性和使用性能。

3.3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用旨在提前發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，降低養(yǎng)護(hù)成本，提升路面整體質(zhì)量。良好的路面設(shè)計(jì)可以降低裂縫的發(fā)生率，考慮到地質(zhì)條件、交通負(fù)荷和氣候因素，優(yōu)化的路面設(shè)計(jì)可以減輕路面受力，降低裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。選擇高質(zhì)量、耐久性強(qiáng)的路面材料對(duì)于預(yù)防裂縫至關(guān)重要，充分實(shí)地勘查，合理化選擇瀝青混合料和路面基材料，可以提高路面的抗裂能力。選擇正確、適宜的施工方法，并做好施工全過程質(zhì)量控制，能夠有效預(yù)防裂縫出現(xiàn)。因此，要保證高速公路路面層的均勻振實(shí)、充分壓實(shí)，以及正確的瀝青鋪設(shè)和壓實(shí)技術(shù)都可以降低裂縫的產(chǎn)生。

3.4 裂縫檢測(cè)技術(shù)

為了充分掌握路面裂縫位置、類型、大小和程度，可以選擇裂縫檢測(cè)技術(shù)輔助養(yǎng)護(hù)。使用高分辨率攝像頭和圖像處理技術(shù)可以建立自動(dòng)化的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)路面表面的裂縫，借助系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉圖像，并通過計(jì)算機(jī)算法檢測(cè)和測(cè)量裂縫的類型和大小。激光掃描技術(shù)可以以非接觸的方式精確測(cè)量路面表面的高度差異，掃描儀器可以快速掃描大面積路段，提供高精度的數(shù)據(jù)，幫助確定需要修復(fù)的區(qū)域。

3.5 路面溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)

基于路面溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠了解路面情況，提早發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的氣候條件，及早采取措施預(yù)防、規(guī)避。對(duì)此，在高速公路上布置溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面的溫度。這些傳感器通常埋在路面中或安裝在路邊設(shè)備上。溫度傳感器可以監(jiān)測(cè)路面溫度的變化，包括日夜溫差和季節(jié)性變化。熱像儀可以通過紅外線技術(shù)測(cè)量路面的溫度分布，這些設(shè)備通常由巡檢車輛攜帶，能夠在運(yùn)行中實(shí)時(shí)捕捉路面溫度的圖像，有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的熱點(diǎn)或異常溫度分布，這些異常可能暗示著潛在的路面問題。溫度傳感器和熱像儀收集的數(shù)據(jù)可記錄并分析，以便養(yǎng)護(hù)人員更好地了解路面溫度的變化趨勢(shì)。這些數(shù)據(jù)可以用于制定溫度變化模型，幫助預(yù)測(cè)路面收縮和膨脹的情況，從而預(yù)防裂縫的形成。一旦溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到不正常的溫度波動(dòng)或異常，它可以觸發(fā)警報(bào)，通知養(yǎng)護(hù)人員采取緊急措施。這有助于預(yù)防因氣象條件引發(fā)的路面損壞。溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用可以提高高速公路養(yǎng)護(hù)的效率和響應(yīng)速度，確保路面在不同氣象條件下保持安全和耐久。

4 結(jié)語

總的說來，高速公路長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)裂縫問題，致使路面行車舒適度和安全性下降。所以，為了避免裂縫出現(xiàn)，可以做好日常養(yǎng)護(hù)工作，把握養(yǎng)護(hù)技術(shù)要點(diǎn)，及時(shí)修補(bǔ)公路裂縫，為公路質(zhì)量和安全提供保障。