预防性养护方法在沥青路面裂缝防治中的应用分析

李星

摘要 为了更好地预防沥青混凝土路面裂缝对公路的影响，文章对预防性养护方法进行研究。传统的沥青路面养护方法对沥青路面裂缝检出率差，养护时需封闭交通，严重影响道路的正常使用。预防性沥青道路养护方法是在沥青裂缝发展前期，利用渗透性材料及时修复沥青路面裂缝，利用修复材料凝固后形成的T字形结构提高裂缝处沥青路面的整体性，避免裂缝的进一步发展扩大，极大地提高了沥青路面的耐久性和安全性。

关键词 沥青路面；裂缝；预防性养护

中图分类号 TU997文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0090-03

0 引言

沥青混凝土是一种复杂的高分子材料，与水泥混凝土相比，在外部荷载下，沥青混凝土能产生较大的弹性和塑性变形，而不产生不可逆的裂缝或断裂，一定程度上缓冲了行车的冲击荷载，具有一定的减震性能，确保行车的舒适性；与水泥混凝土相比，沥青混凝土路面对超载车辆的适应性强，能在相对较大的应力下保持材料性能的稳定。沥青路面与汽车轮胎之间的摩擦力远大于汽车轮胎与水泥路面的摩擦力，使车辆能更好地附着在道路表面不打滑，行车安全性高，在我国的现代化道路建设中应用广泛。近年来，城市次干道和支路中沥青混凝土面层普及率也逐渐提高[1]。沥青混凝土因其优良的材料性能，逐渐取代水泥混凝土在国家道路建设中广泛应用，但沥青路面的养护问题也逐渐显现。传统的坑槽冷补、裂缝修补的养护方法归根结底是一种事后修补方法。传统的道路养护方法利用作业人员目测和简单的测量工具检测沥青路面裂缝，受作业人员作业能力影响，沥青路面裂缝检出率和正确率低；在沥青路面产生裂缝等破坏后，对破坏点进行修补，养护维修作业对检测技术和维修人员素质的要求高。随着我国沥青路面里程数的增加，沥青路面养护维修的费用逐渐增高、工作量逐渐增大，难以满足沥青道路养护的需求[2]。预防性养护方法是在沥青路面产生裂缝的前期阶段及时检出裂缝，使用渗透性的修补材料对裂缝点进行修复，防止裂缝发展扩大，对道路基层裂缝也具有一定的修补作用，对因温度变化导致的温度裂缝和基层开裂导致的反射裂缝具有很强的针对性。实践表明，预防性措施对沥青路面前期裂缝修补作业具有一定的使用价值[3]。

1 沥青混凝土面层特性

沥青混凝土是一种复杂高分子材料，与水泥混凝土相比，具有行车舒适、抗压能力好、安全性高等优点。但是沥青混凝土路面也具有对温度的敏感性高、水稳性差的缺点。从沥青材料性能角度考虑，沥青路面优缺点如表1所示：

受沥青材料本身性能的影响，沥青路面具有以下优缺点：沥青混凝土的力学强度高，对重交通和较重交通等级的适应性强，可以承受较大的交通荷载，不产生变形破坏；沥青混凝土是一种高分子材料，弹塑性能优于水泥混凝土，在外部荷载作用下，能产生较大的弹性和塑性变形而不发生剪切破坏，抗压性能好。沥青混凝土这种在外力作用下产生弹性变形和塑性变形的能力，缓冲了车辆行驶时自身重力对路面的影响。沥青混凝土是一种多孔结构，表面粗糙，摩擦系数大，能提供给车辆较大的摩擦力，车辆不易产生滑动，行车安全性高。除此之外，沥青路面还具有不扬尘和可再生利用的优点。与水泥混凝土相比，沥青路面安全性高、行车舒适，但沥青材料对温度和水的敏感性大，容易受到高温、低温或水的影响降低自身的弹塑性能、强度等物理性能。沥青面层受基层状态影响大，当基层出现裂缝或塌陷等病害时，沥青面层在基层病害产生位置容易出现面层裂缝或局部塌陷等质量问题，从而导致裂缝或塌陷处应力集中，在外界环境高低温或地表水环境的影响下，病害问题逐渐扩大，严重影响沥青路面的耐久性和安全性。

2 沥青路面裂缝分类

沥青路面在温度、水分或路基不均匀沉降影响下，極易产生横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。传统的沥青路面裂缝研究集中在裂缝的成因、检测和修补领域，对沥青路面裂缝的发生发展过程和沥青路面裂缝的分级研究较少，对裂缝的发生发展过程的阐述不够具体。沥青路面使用过程中，路面裂缝的产生和发展是一个渐变过程，上部行车荷载反复作用于道路结构上，在温度、水分或路基不均匀沉降影响等不利因素的影响下，产生的裂缝首先是纵横向裂缝，纵横向裂缝进一步发展逐渐扩大为网状裂缝，纵横向裂缝是沥青路面裂缝发展的前期表现，该文将纵横向裂缝粗略地归为一级裂缝，把网状裂缝归为二级裂缝，对沥青路面裂缝进行分类统计，并根据裂缝特征采取针对性的修补措施。在裂缝发生的初级阶段，在裂缝发生点采取微表处措施，防止裂缝进一步扩大和发展。在裂缝发展为网状裂缝时，对网状裂缝采取换填措施处理，沥青路面的裂缝分级及主要成因统计如表2所示：

横向裂缝和纵向裂缝是一级裂缝，是沥青路面裂缝发生的初级阶段。网状裂缝是二级裂缝，是一级裂缝发展后的表现形式。横向裂缝的形状多为垂直于道路轴线，长度变化多样，可能在横向上贯穿道路或部分切断道路。

沥青路面横向裂缝的主要成因：

（1）温度。沥青混凝土受温度变化影响明显，高温易软化、低温易脆裂，在寒冷天气下，沥青混凝土在重复性车辆荷载作用下，容易产生横向裂缝。

（2）地基不均匀沉降。在路基的填挖交界处容易因为填挖段路基压实度或承载能力的不同，在填挖交界处产生不均匀沉降，导致沥青路面的横向裂缝。

（3）反射裂缝。路面结构层从上至下为面层、（半刚性）基层，两者层理明显、紧密结合，从宏观上看两者都是脆性材料，在超载作用下容易产生裂缝。沥青道路的半刚性基层是沥青道路的主要承载层，裂缝多发。不良的基层状态严重影响路面层的使用性能，在基层裂缝发生处基层的承载能力变弱，导致该点沥青路面产生反射裂缝。

纵向裂缝产生的主要原因：

（1）地基不均匀沉降。与横向裂缝不同，纵向裂缝产生的原因中地基不均匀沉降近似为圆形，以某点为中心产生地基沉降，导致该沉降范围内地基承载力不足，沥青路面在车辆荷载作用下产生纵向裂缝，形状多为弧形。

（2）过大荷载。当沥青道路的行车荷载超过设计允许值时，会导致路面纵向裂缝的产生，此时路面裂缝的位置多位于道路中心线或距道路边缘3～5 m处。

（3）反射裂缝。纵向反射裂缝的成因与横向反射裂缝相同，都是基层裂缝对路面的不利影响导致路面裂缝的发生。网状裂缝是二级裂缝，是单条或多条裂缝在路面荷载作用下逐渐发展形成裂缝网，导致网状裂缝的产生。

预防性沥青路面修复方法要求在裂缝发生发展的前期，及时、准确地检测出路面裂缝，通过在一级裂缝涂敷具有一定流动性的修补材料，对裂缝内部进行填充，在沥青路面表面覆盖裂缝，在修补裂缝的同时防止裂缝的进一步扩大。实践表明，这一修复方法具有一定的使用价值。

3 沥青路面裂缝受力分析

利用静力学理论对沥青路面受力情况进行分析，把沥青路面简化为简支梁，在沥青路面产生裂缝前后，裂缝产生处受到的剪力如图1所示：

如1图所示，把沥青路面简化为简支梁，A点为简化后简支梁内任一点，在上部行车荷载作用下，A点沥青路面产生裂缝破坏。M1表示沥青道路裂缝产生前A点受到的剪力，M2表示沥青道路裂缝产生后A点受到的剪力。沥青路面裂缝处受力条件简化后近似形成简支梁结构，其内部剪力分布如式（1）：

式中，F剪——梁内剪力（kN）；q——简支梁上部荷载（kN/m）；l——简直梁内点距端头的距离（m）。

沥青道路未产生裂缝时，在上部行车荷载作用下，A点受到的剪力为图x，此时A点位于简化简支梁的内部，A点距梁端部的距离lx小于梁的长度；沥青路面产生裂缝后，在上部行车荷载的作用下，A点受到的剪力为图y，此时A点位于简化简支梁的端部，A点距离简化简支梁端部的距离为ly，ly大小等于简化简支梁长度l，大于未产生裂缝破坏时A点距端部的距离lx。沥青道路的上部行车荷载q与上部行车荷载有关，其数值不变。由公式（1）可得，沥青路面在A点产生裂缝破坏后，A点受到的剪力明显增大，加剧了裂缝的发展。

4 预防性养护机理

与传统的坑槽冷补、裂缝修补养护方法不同，预防性养护方法不用破坏原本的沥青路面结构，利用渗透性材料在裂缝产生处形成具有一定强度的板式结构，代替沥青路面承受上方行车荷载。裂缝处沥青路面修补后的结构形式如图2所示。

如图2所示，1为沥青面层，2为半刚性基层，A为沥青路面裂缝产生点，B为使用渗透性养护材料后形成的加固体。采取预防性养护措施，在沥青路面产生的前期，使用渗透性材料对沥青路面进行修补，部分修补材料渗入下层半刚性基层，对半刚性基层进行一定程度的补强。渗透材料凝固后形成T型加固体，代替沥青面层，直接与行车直接接触，在裂缝产生处，连接裂缝两侧沥青面层，使沥青面层在裂缝处形成连续结构，避免在裂缝处形成应力集中，同时增加了该点沥青面层的耐磨性和耐久性，一定程度上提高了沥青面层的使用性能。

5 预防性养护措施应用及展望

预防性沥青路面养护方法是一种过程检修方法，旨在防止沥青路面裂缝的进一步发展恶化，其应用的关键点有2方面：一是要求在裂缝出现和发展的前期阶段及时检测出裂缝产生点。二是渗透性裂缝修补材料的配置。国内沥青道路面层裂缝的检测理论已极為成熟，目前国内沥青面层裂缝检测领域使用较多的是JG-1型激光三维智能检测车，该系统使用连续非拼接线列激光断面扫描方法，裂缝检出率高，准确性好。在沥青路面产生前期，裂缝宽度较小，要求修补材料具有较好的流动性和渗透性，目前使用较多的修补材料有热沥青或乳化沥青，从而在沥青路面裂缝产生的前期，及时检测发现裂缝点，并使用渗透性较好的热沥青或乳化沥青及时修补裂缝，避免在裂缝点形成应力集中，降低了裂缝处两侧沥青面层受到的剪应力，防止裂缝进一步发展扩大，对因温度原因产生的温度裂缝和基层开裂原因产生的反射裂缝针对性强。

预防性养护措施能及时发现沥青面层的前期裂缝，并采取针对性的加固措施，减少了裂缝处应力集中现象，防止裂缝进一步发展扩大，同时提高了沥青面层的耐久性和耐磨性，对因温差变化、基层裂缝引起的温度裂缝和反射裂缝具有很强的针对性。但是，预防性养护措施对因路基不均匀沉降导致的沥青路面裂缝针对性不强。针对这种裂缝，需要采用换填或打孔注浆的方法进行处理。

6 结语

该文利用静力学原理，分析了沥青路面裂缝产生前后，裂缝处沥青路面的受力特征。根据沥青路面发展的不同阶段，把沥青面层裂缝分为一级裂缝和二级裂缝，细化了沥青路面裂缝的分类，阐述了预防性养护措施的作用机理，提出了预防性养护的可行性方案，对沥青路面裂缝修补工作具有一定的指导意义。

参考文献

[1]刘子明. 半柔性灌注型抗车辙沥青路面施工工艺[J]. 交通世界， 2022（Z2）： 189-190+196.

[2]叶尔丰， 许带军. 温度及抗车辙剂掺量对沥青抗车辙性能的影响[J]. 交通世界， 2021（22）： 128-129.

[3]陈凯， 何霁微. 岩沥青—丁苯橡胶复合改性沥青路用性能研究[J]. 中外公路， 2020（2）： 249-253．