高速公路沥青路面病害分析及处治维修

白雪 贾秦龙

摘要：为了保证沥青路面加铺层的使用寿命，结合路面弯沉检测、钻芯取样及人工徒步调查，分析路面横纵缝、唧浆、龟裂、施工缝开裂、沉陷及桥头跳车等病害产生的原因。针对不同病害，结合检测数据制定了密封胶灌缝、高分子抗裂贴封缝和地聚合物注浆等处治方案。结果表明：基层强度对沥青路面病害程度的影响最大，基层与沥青面层粘结性差，路面易产生龟裂、唧浆病害。

关键词：沥青路面；弯沉检测；路面状况评定；路面结构强度

中图分类号：U418.6文献标志码：B

0引言

某高速公路位于毛乌素沙地边缘，生态脆弱，地质条件较差，为了加快地方经济发展，节省前期投资，并使路基有一个合理的沉降期，高速公路路面采用分期施工建设的方案。一期工程完成时，沥青路面铺筑8 cm或6 cm下面层，随后便通车运营。

高速公路通车运营后，在行车荷载、自然条件等因素作用下，沥青路面会产生不同程度的早期病害[12]，包括裂缝、车辙、坑槽、沉陷等。在二期铺设中、上面层之前，必须分析沥青路面产生各种病害的原因，为实施科学、绿色的维修措施奠定理论基础。本文结合某高速公路路面检测数据，调查相关资料，分析该高速公路路面的整体使用性能，根据沥青路面的不同病害类型，设计合理的维修处治方案，确保沥青路面质量长效耐久和公路较高的服务水平[34]。

1路面检测评定

高速公路路面的检测范围为K27+700～K105+500，全长为778 km。K27+700～K63+100主要为填方路段，路面结构为18 cm水泥稳定砂砾、32 cm水泥稳定碎石以及8 cmAC25粗粒式沥青混合料下面层，该段路面平整度高，沥青路面除个别横缝外无其他病害。K63+100～K105+500为风积沙路段，基本为零填方或低填方路基，采用整体式和分离式2种路基形式，路面结构为32 cm水泥稳定砂砾、18 cm水泥稳定碎石以及6 cmAC20中粒式沥青混合料下面层，该段落横纵缝密集、唧浆、平整度差，为项目重点检测段落。

1.1弯沉检测

路面结构强度检测采用PRI2100型落锤式弯沉仪（FWD）和ZOYONLDD激光动态弯沉测量系统相结合的方法。其中，落锤式弯沉仪对需要验证结构强度的重点病害路段进行路面弯沉检测，激光动态弯沉测量系统对路面病害较多的路段进行快速、连续检测。

由于路面病害主要集中在风积砂路段，激光弯沉车对K63+100～K105+500的右幅行车道进行快速、连续检测，共42.4 km。其中K63+100～K81+000为重点检测路段，采用落锤式弯沉仪检测的路段共179 km。

按每公里统计弯沉代表值，计算路面结构强度指数Ps。根据检测结果，按规范要求的计算方法得出检测路段的弯沉值。

路面结构强度用路面结构强度指数（Ps）评价公式为

Ps=1001+a0es·a1（1）

S=ldl0（2）

式中：S为路面结构强度系数，为路面设计弯沉与实测代表弯沉之比；ld为路面设计弯沉（mm）；l0为实测代表弯沉（mm）；a0为模型参数，采用15.71；a1为模型参数，采用-519。

根据《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2015）中对公路技术状况分级标准，本文对路面结构强度进行重新分级，具体评定标准见表1。

激光弯沉车检测结果如图1所示。路面结构强度为优和良的比率分别占路面检测长度的9%和42%；中和差的比率分别为36%和13%，其中评价等级为差的路段位于K67+000～K69+000和K71+000～K74+500，共5.5 km。

落锤式弯沉仪检测结果如图2所示。路面结构强度为优的比率占路面检测长度的70%；良和中的比率分别为20%和10%，具体段落为K68+000～69+000和K71+000～K72+000，共2 km。

1.2钻芯取样

使用钻头直径为150 mm的路面钻芯机对路面面层和基层进行钻孔取样，在现场照相并对芯样进行描述，测量芯样高度并编号，选取代表性芯样封存进行室内试验。

该段共计取芯27处，其中1处芯样不完整，计算面层厚度合格率为95.8%。芯样完整性统计表见表2。

钻芯取样结果表明：路面开裂位置的绝大多数芯样出现面层裂透，基层也出现不同程度的开裂，唧浆严重处的芯样基层与表层均松散破碎；路表面无病害处取出的芯样面层与基层较完整，但层间粘结性差，且基层材料比较松散。

1.3路面状况评定指数

采用人工徒步调查，记录K63+100～K105+500的路面病害情况，绘制路面病害调查记录表，并根据《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2015）以1 km为评价单元，计算路面状况指数（Pc）。在Pc评价等级中，优、良、中、差各段落长度占总评定长度的百分比，如图3所示。

从图3分析可知，左幅路面状况整体好于右幅，右幅Pc等级为中的路面占路面调查总长度的658%，共27.9 km，优、良等级共占342%。由此可见右幅的路面病害情况非常严重。

2路面病害及成因分析

2.1横缝与纵缝

横缝与纵缝为全段调查沥青路面的主要病害形式。K27+700～K63+100段路面仅存在少量反射横缝[56]，无唧浆。K63+100～K105+500段路面每3～5 m有1条横缝，且贯通整幅路面。纵缝是3条长直贯通缝，1条在硬路肩与行车道之间时而弯曲时而顺直，1条为行车道轮迹带处的施工接缝，缝宽5 mm左右，伴随很多细小支缝，还有1条长直纵缝位于超车道中间，宽度为2～3 mm。

通过在裂缝处钻芯取样，确定横缝为反射裂缝，由于水泥稳定碎石基层强度不高，整体性差，导致反射裂缝较多。

行车道轮迹带处的施工接缝未处理好，是沥青路面下面层的最大缺陷，较难全面治理。在超车道中间的纵缝宽5 mm左右，切开1 m×1 m表面后观察基层破坏情况，发现路面基层并未见明显裂缝。

沙庆林院士[7]认为路堤两侧积水可能侵入路堤下部边坡土层中，并通过毛细作用逐渐向上溢出，使路堤上部边部土层变湿。由于路堤边部土层压实度较中间部分差，一旦土层潮湿会造成边部土固结变形，导致硬路肩或中分带两侧路面产生纵向裂缝，其特点为上宽下窄，路堤下地基承载能力变化如图4所示。对整段路面的调查后发现，该段路基属于低填方或者零填方，且路面两侧为风积沙，几乎没有排水设施。由于风积沙透水性强，边坡水很容易下渗至路堤边部。观察硬路肩标线处的纵缝与超车道中间的纵缝，与两侧路面边缘几乎等距，证明了以上纵缝产生的机理。

2.2龟裂和唧浆

龟裂病害路段主要集中在K67+500～K71+800段行车道轮迹带，与纵向缝位施工置完全重合，表现为轻度龟裂，块度在20～50 cm，通常伴有严重唧浆。

由于下面层施工缝处于行车道轮迹带，导致连续纵缝。虽然日常养护时已采用灌缝材料封缝，但裂缝长度较长，灌缝质量不高，雨水很容易下渗至基层顶面。轮迹带受到高速行车荷载作用，自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料，形成灰白色浆，浆液顺着裂缝向上喷出，形成唧浆。同时基层表层混合料松散，强度降低，路面纵缝易发展为龟裂，随着基层强度不断降低，路面病害不断加重。唧浆严重处的芯样表明，沥青面层与基层完全丧失层间粘结性，基层顶面几乎均成破碎松散状。

2.3局部沉陷和桥头跳车

高速公路路面沉陷病害较少，仅1处填挖结合部出现了明显沉降，沉降在5～8 cm。沉降处伴随着宽为1 cm左右的纵缝，纵缝两侧沥青路面错台。填挖结合部路基整体压实不均匀，容易产生局部沉陷的病害[8]。

由于主线路面分期铺筑，桥面沥青路面为一次铺筑，因此主线路面桥面存在高差，采用桥头顺接过渡。主线桥梁62座，均存在不同程度的桥头沉陷，严重影响行车舒适性。

3维修方案

3.1灌缝与高分子抗裂贴

高速公路全段缝宽大于0.5 mm的裂缝均采用密封胶灌缝技术，对拟灌缝的裂缝首先进行扩缝处理，扩缝的深度和高度分别为15～2 cm和1～15 cm，然后用空压机将缝槽内的细粒料和灰尘吹干净，灌入密封胶，有效地封住的裂缝缝隙，阻止路面水的渗入。

对于路面裂缝较宽且带有支缝的重度裂缝，采用高分子抗裂贴封闭裂缝，尤其是重度横缝，和行车道轮迹带处的重度纵缝。高分子抗裂贴是一种优质道路高分子聚合物改性材料，针对路面反射裂缝具有很好的防治作用，且具有优异的防水性能。

全段路面撒布两层SBS改性乳化沥青粘层油，第一层撒布量为06 L·m-2作为封层使用，密封缝宽小于05 mm的轻微裂缝；第二层撒布量为03 L·m-2作为优质的粘层，使得下面层顶面为富油层，沥青渗入层间混合料，层间粘结紧密，具备良好的防水作用。

3.2地聚合物注浆

弯沉检测和钻芯取样结果确定K67+000～K69+000和K71+000～K74+500段行车道路面结构承载能力较低，基层强度不足，为重点处治病害。铣刨基层重新填补水泥稳定碎石，处理费用大，且需要足够的养生时间，影响工期。为了修复路面结构层，采用聚合物注浆处理。

地聚合物注浆修复技术是向路面结构层中注射高聚物材料，注射材料迅速膨胀填充沥青路面结构层孔隙及裂缝周边微细孔隙，封闭唧浆处结构层空洞，快速固化，能够提高路面结构层整体强度和承载能力[9]，如图5所示。

3.3铣刨

K67+500～K71+800段行车道龟裂且唧浆严重，沥青路面失去了整体强度，简单的修复已无法恢复路面性能。铣刨之后，基层顶面重新撒布透层，做好碎石封层，回填粗粒式沥青混合料。能够有效改善沉陷段的行车颠跳，保证道路行驶安全和行车舒适度。

3.4防护排水完善设计

病害调查及原因分析中，路基路面防护排水不完善，路面积水导致沥青混合料路面水损害，出现松散、坑槽，唧浆、龟裂等病害，边坡冲毁，路基受水浸泡后造成不同程度的沉降[10]。处治方案采用路肩硬化、增设浆砌片石排水沟以及拦水带和急流槽，完善了道路排水系统。

4结语

对高速公路沥青面层加铺层施工前，原路面结构层进行全面的检测和评定，对路面病害数据进行统计与分析，采用合理处治方案，可以有效地保证加铺层实施后路面结构的耐久性。本文通过对路面病害的分析与处治得出以下结论。

（1）半刚性路面，基层强度的高低决定了路面病害的严重程度，“强基薄面”是关键。

（2）沥青路面与基层粘结性不好，是路面龟裂与唧浆严重的重要原因。

（3）路基边坡水下渗，导致路基边部土固结变形，是行车道中间部位长直纵缝产生的主要原因。

（4）聚合物注浆技术有效补强了路面结构层，避免了基层铣刨，节约资源，缩短工期。

参考文献：

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期损坏与对策[J].长沙理工大学学报：自然科学版，2006，3（3）：16.

[2]魏进，王晓谋，陈渊召.高等级公路沥青路面裂缝病害原因分析与养护技术[J]. 筑路机械与施工机械化，2007，24（8）：14.

[3]李岩军，侯明业，刘相儒，等.重载干线公路沥青路面检测与病害成因分析[J].筑路机械与施工机械化，2014，31（6）：6265.

[4]佘有光，王军，赵俊明.干线公路路面病害成因分析及处治技术研究[J].公路交通科技：应用技术版，2008，4（12）：9395.

[5]王国锋.沥青混凝土路面早期破坏的原因及修补方法[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（5）：5961.

[6]田耀刚，韩庆，田世亮，等.半刚性基层沥青路面层间病害调查与研究[J].武汉理工大学学报，2010，32（4）：169172.

[7]沙庆林.高速公路沥青路面的水破坏及其防治措施（上）[J].国外公路，2000（3）：16.

[8]李炜光，田世亮，郭艳明，等.半刚性基层沥青混凝土路面大修工程病害调查及成因分析[J].公路，2010（2）：160163.

[9]连萌.地聚合物浅层注浆加固技术结合沥青面层就地热再生技术在公路养护工程中的应用[J].公路交通技术，2015（1）：2529.

[10]王玲玲.河北省SMA沥青路面使用状况调查与分析[J].公路交通科技：应用技术版，2006（7）：7174.

[责任编辑：高甜]