半刚性基层沥青路面裂缝处治措施研究

杨 洋

（四川通惠公路勘测设计咨询有限公司，四川 巴中 636000）

0 引言

近年来，我国交通网络不断完善，公路工程的建设规模也日益扩大。经调查可知，国内道路的路面结构层大概80%以上均为沥青混合料路面，而沥青路面大部分是采用半刚性基层。半刚性材料属于脆性材料，温缩变形大、容易开裂，随着交通量和运营时间的不断增长容易出现各种形式裂缝，进而诱发路面病害，降低路面适用性能，影响行车安全性和舒适度[1]。很多工程技术人员在开展沥青路面裂缝病害处置时，主要采用工程类比法或当地处治经验，使得处治方案偏于保守、费用过高。因此，研究半刚性基层沥青路面裂缝处治措施是十分必要的。

1 半刚性基层沥青路面裂缝类型及产生机理

1.1 路面裂缝类型

公路在运营期间，由于温湿度变化、降雨、车辆等外部荷载原因，可能导致沥青路面出现一定程度的损伤。根据损伤原因不同，沥青混合料路面可能出现各种类型的病害形式，其中，裂缝是半刚性基层沥青路面最常见病害[2]。

根据裂缝的特征，可将其划分成横向裂缝、纵向裂缝、块状裂缝、网状向裂（龟裂），其中横向裂缝一般是垂直于车辆行驶方向，按照裂缝宽可分成轻度和重度，前者较细（小于3mm），裂缝没有剥落现象或轻微剥落，后者裂缝较宽（大于3mm），裂缝剥落明显；纵向裂缝是平行于车辆行驶方向，按照裂缝宽同样分成轻度与重度，前者裂缝散落程度低，支缝数量少，后者支缝数量多；网状裂缝通常是由多条的横向裂缝与纵向裂缝相互交错而成。

1.2 路面裂缝产生机理

半刚性基层沥青路面的裂缝根据发生机理能分为低温收缩裂缝、反射裂缝和荷载裂缝三类[3]。

低温收缩裂缝出现机理是沥青受温度影响大，在冬季气温较低，导致沥青应力松弛无法抵消温度应力地持续增长，当温度应力大于沥青混合料抗拉强度，路面则可能出现横向裂缝。反射裂缝主要是因为沥青混合料路面所处的外界环境温度骤降后，基层材料（如水泥稳定土、石灰稳定土、二灰土等）会大幅度收缩，使得沥青面层产生较大拉应力，导致裂缝出现或增大原有裂缝。同时，反射裂缝还会受应力叠加效应的影响，加剧裂缝处应变，使裂缝宽度增加；荷载裂缝产生机理是在反复车辆荷载作用下，路面结构层产生的拉应力超过沥青混合料容许拉应力，从而使面层出现荷载裂缝，荷载裂缝一般为纵向裂缝。荷载裂缝的拉应力分布形式如图1 所示：

图1：荷载裂缝拉应力分布形式

2 半刚性基层沥青路面裂缝检测

各种形式的裂缝是引起半刚性基层沥青路面使用性能衰减的直接原因，同时由于路面裂缝产生机理的复杂性，也使得路面裂缝的检测难度加大。常用的路面裂缝检测方法有自动检测设备和人工检测两种[4]。

2.1 自动检测设备

沥青路面裂缝的自动检测设备包括有超声波、探地雷达、CCD 摄像机等，其中超声波法是利用超声波传感器来接收路面反射超声波以判断路面是否存在裂缝，但其分辨率和动态响应范围较小，应用存在局限性；探地雷达是通过高频电磁波的发射与接收来识别路面裂缝，但是难以获得裂缝的定量参数；CCD 摄像机是用于沥青路面裂缝检测的最广泛方法之一，该方法是利用图像采集卡高精度捕捉路面图像，再对裂缝图像进行后处理。

2.2 人工检测

人工检测方法需先量出路面上纵向、横向、网状、块状裂缝的尺寸，计算出裂缝面积，则裂缝面积与路面总面积的比值等于路面破损率DR，再根据DR 就能得到路面状况指数PCI 值[5]，计算公式如下：

式中的破损面积可参考《公路工程技术状况评定标准》（2018）中的指标来确定，如表1 所示：

表1：沥青路面破损权重系数

3 半刚性基层沥青路面裂缝处治

3.1 工程概况

为了提高半刚性基层沥青路面运营寿命，技术人员应在理解裂缝病害机理的前提下分析了其处治时机和处置措施。文章以某公路项目为研究对象来分析路面裂缝的处治，该公路全长12.8 公里，建设标准为双向四车道一级公路，路面类型为沥青混合料路面，结构层总厚度为74cm：上面层5cm（AC-13C）+7cm 下面层（AC-20C）+SBS 改性沥青封层+20cm 基层（5%水泥稳定级配碎石）+20cm 底基层（4%水泥稳定级配碎石）+20cm 级配碎石功能层。经调查，该路段在运营期间出现了大量单一的纵横向裂缝，单一纵横向裂缝主要因基层疲劳开裂和低温收缩开裂反射至面层所致，随着病害进一步发展，纵横向裂缝变密集，逐渐出现分支裂缝，导致成片的的裂缝交叉连接便形成块状裂缝，病害继续发展，裂缝进一步密集，使得基层破碎、松散，路面结构强度丧失，最后便发展成严重的龟裂。

3.2 路面裂缝处治时机确定

选择合理的处治时机，是半刚性基层沥青路面处治的关键问题之一。裂缝处治时机过早，容易造成资源浪费；裂缝处治时间过晚，路面使用性能难以恢复。目前，沥青路面裂缝处治时机的确定方法主要是采用“路况评级法”[6]。

路况评级法指的是利用PCI 来表示原沥青路面结构特性和行车安全性、舒适度等，并构建出路况等级、PCI 值和处治决策之间的关系。随着公路运营时间的增加，沥青路面使用性能会出现一定程度的劣化，其PCI 值也不断减小。当沥青路面质量下降40%，路面寿命达到设计值的75%时，为临界状态。公路运营超过临界状态之后，其使用性能会迅速下降、路面裂缝数量迅速增加，故可知临界点之前对路面裂缝进行处治。

3.3 路面裂缝具体处治措施

半刚性基层沥青路面的裂缝处治方案在确定时应考虑以下几方面的因素：第一，路面承载力。路面承载力直接决定了旧路面裂缝是否应该处治；第二，经济性。旧沥青路面裂缝处治方案应当进行技术性和经济性的双重比选，以控制裂缝处治造价；第三，技术先进行。如果条件允许，沥青路面处治应尽量借鉴国内外先进技术，选择新材料、新工艺等。

根据相关调查统计资料可知，半刚性基层沥青路面的填缝材料主要有基质沥青、乳化沥青、橡胶沥青、树脂类材料等，各填料材料占比大致如图2所示：

3.3.1 槽灌缝

开槽灌缝就是先采用开槽设备沿着沥青路面的裂缝走向挖一道宽度为1～2cm，深度为2～3cm 的沟槽，再通过灌缝机和料泵马达把加热后的密封胶灌入切割好裂缝，以保持路面表层的完整。

3.3.2 填缝

填缝是一种传统的沥青路面裂缝处治方法，该方法不需要沿着路面裂缝来挖槽，只需要将填缝材料直接塞入缝隙即可，施工方法简单，施工速度快，工程造价低，适用于不宜开槽路段。但是无法确保路面裂缝被完全填充，处治效果一般。

3.3.3 贴缝

贴缝技术是一种较新的裂缝处治措施，它是在裂缝表面清扫完成之后，直接将渗透性好、粘附性强的材料贴在裂缝表面，处治效果好，但造价较高。

3.3.4 龟裂处治

如果沥青路面龟裂程度严重，出现大面积松散脱落，但基层变化不大，重新恢复油面层即可，否则应对基层挖补处治后再重铺油面层。如果沥青路面的龟裂未出现松散脱落，可洒油法或刷油法封住裂缝，以防止表面水渗入基层。其中洒油法适用于大面积龟裂，刷油法适用于小面积龟裂。

3.3.5 半刚性基层防裂

半刚性基层开裂一方面要严格控制原材料质量，如集料粒径、矿物级配、水泥剂量等，另一方面应当选择合适的施工工艺，加强基层养护，避免干缩现象。同时，半刚性基层碾压之前应动态控制其最佳含水率，以保证其压实度，降低基层开裂的可能性。

4 结语

在分析半刚性基层沥青路面类型和养护机理的基础上，探讨了裂缝的检测方法、处治时机、处治措施等，主要得到以下几个方面的结论：

⑴半刚性基层沥青路面裂缝可分为横向裂缝、纵向裂缝、不规则裂缝、龟裂等。

⑵沥青路面裂缝检测方法有自动检测设备和人工检测两种，常用自动检测设备包括超声波、探地雷达、CCD 摄像机等。

⑶半刚性基层沥青路面裂缝处治方法有开槽灌缝、填缝、贴缝、洒油法或刷油法、基层防裂等。