半刚性沥青路面裂缝的成因及解决对策

文/山东高速股份有限公司青岛养护分中心 杨杰

沥青路面根据其结构受力特性可以分为刚性、柔性和半刚性路面，其中半刚性沥青路面具有良好的强度、刚度和稳定性，同时具有很好的抗压和抗剪性能，通过在下层设置刚性的混凝土基层并在上层设置沥青消耗层，因此具有很好的路用特性，在我国设计实践中采用最多。

公路在运营中不仅因为车辆荷载的反复碾压作用，环境的温度及侵蚀等效应也持续不断地施加，这使得道路在运营使用中很容易出现病害问题，例如开裂、唧浆、破损、沉陷等，其中开裂问题最为严重及普遍。因此，对裂缝的处置是道路养护的重要工作内容，本文首先分析半刚性沥青路面的裂缝形成原因，并指出路面开裂问题的解决对策和方法，结合G20青银高速共计90.653km路段的养护管理工作为项目背景，分析半刚性沥青路面裂缝的处理方法和管理养护策略。

裂缝成因分析

根据半刚性沥青路面的结构特点，分析其裂缝的分布特点，并明确各类裂缝产生的原因，从力学机理上掌握裂缝的发生和发展特性。

裂缝特点

半刚性沥青路面的基层是刚性结构如水泥混凝土或者砂石混凝土等，上部为沥青层，因此存在上下层的刚度差异，在荷载或者结构收缩作用下导致上部变形大而下部变形小，使得上部的变形受到下部基层约束，产生一定的拉应力。因此，相对于其他沥青路面其开裂的风险也更大。

半刚性沥青路面存在的裂缝类型有横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝，这些裂缝的产生机理有所不同，例如纵向裂缝主要是车轮作用下路面疲劳以及横向不均匀沉降所致，横向裂缝主要是路面的纵向不均匀变形所致，网状裂缝则是温缩以及沥青混合料性能差所致。

裂缝成因分析

根据形成原因，裂缝的类型主要包括结构性裂缝、疲劳裂缝、收缩裂缝、反射裂缝和复发型裂缝。

结构性裂缝。因为路面结构本身原因所产生的开裂，例如路基没有压实导致的路基层不均匀沉降问题，或者因为路面摊铺不平整、碾压不密实所引起的问题，因为纵向连接缝处理不当所引起的开裂问题，因为材料配合比及设计控制不当所引起的问题等，这些都会导致沥青路面的强度和抗剪性能不足以满足其正常使用。

疲劳裂缝。疲劳裂缝的形成就是荷载的反复作用，包括车辆荷载和温度荷载，车辆荷载是车轮在反复碾压作用下路面层产生持续的拉压应力，经过交替循环使得沥青面层底部开始出现微裂缝，而后随着持续的反复作用使得裂缝进一步扩展和扩大，最后延伸到路面表层最终造成结构强度降低，出现疲劳断裂和破坏。温度荷载，则是在季节升降温作用下使得初始开裂不断放大，昼夜交替以及季节交替作用使得沥青面层受热膨胀而受冷收缩，经过长时间的温度循环产生疲劳问题。

收缩裂缝。收缩裂缝的产生原因是温度内外差所致，在骤然降温及大幅度降温作用下，路面温度较低而内部温度较高，在温差作用下使得表面沥青层收缩受阻，产生拉应力，这种拉应力如果不能得到有效控制，则会引起路面层开裂且形成贯穿性裂缝，裂缝深度和宽度持续增加使得开裂问题越来越发散。

反射裂缝。在半刚性沥青路面中，底板是承载的主要结构体，在受荷作用下底板会产生拉应力，如果拉应力很大且大于底板基层本身的抗拉强度，则会发生开裂现象。

复发型裂缝。复发型裂缝是指在裂缝出现后由于不正确的养护处置方法，使得裂缝出现复发，不仅原来的裂缝没有得到解决，还会产生新的裂缝，导致结构性病害。

路面裂缝的解决对策

半刚性沥青路面开裂可以从设计和施工角度进行考虑，例如设计合理的沥青面层厚度，加强沥青混合料的品质控制，改善沥青混合料的配合比，增加基层黏性等手段，最为重要的是在沥青面层开裂后进行修复，即裂缝的修复和修补技术。

传统沥青路面的灌缝修复

目前，通用的沥青面层加固方法是进行切割灌缝，采用纯沥青灌入方式。然而，由于纯沥青灌入既浪费资源，又污染环境，操作工艺复杂，加之纯沥青自身的收缩率比较低，在温度作用下发生热胀冷缩并使得裂缝反复出现，最终很难达到修复的效果，而且在修补过程中需要大量设备、人工，耗时长，阻碍交通。

首先，灌缝一般需要开槽，开槽的过程需要借助机械设备，这往往和路面实际的裂缝走向不一致，直接导致灌缝的位置发生错位，因此存在显著的缺陷。如果灌注的是较直的裂缝，开槽就可以控制裂缝的位置，然而对于曲线分布或者弯曲很大的裂缝，开槽机在使用过程中会有很大困难，使开槽的一部分并不在裂缝的实际位置，而是在裂缝的边缘。从表面上看是把缝灌注填实了，然而实际上灌浆材料并没有进入裂缝里面。由于本身开槽位置与裂缝存在一定偏移，这使得开槽和开裂中间区域内的混凝土很容易受压破碎，造成裂缝周围出现大面积的坑槽。

其次，开槽修复裂缝增加了维修的相关费用。采用开槽手段，需要借助机械人工操作，不仅增加了人工成本和机械设备费用，还因为开槽本身增加了裂缝宽度，使得灌缝胶的用量大大增加，整体材料费用增加且造成维修费用的增高。

再次，通过开槽方法使得表面产生了很大的裂缝带，这极大地影响了路面本身的美观性能，通过切割灌缝处理后，裂缝表面的颜色往往与道路原有的颜色存在很大的差别，且裂缝更加明显，影响美观和后期使用。

路面自粘压缝带修复

由于传统沥青路面裂缝灌缝修复方法具有显著的技术弊端，因此急需一种简单实用的裂缝修复方式以解决上述问题，提出一种路面自粘压缝带的沥青路面裂缝修复技术。首先，这种自粘压缝带是由沥青材料、胎基布、炭黑、橡胶、酚醛树脂等组成制作而成的，本身具有黏结性能。采用压缝带可以直接覆盖较小的裂缝，并使得裂缝区域与压缝带之间形成密实的连接，可以有效地防止裂缝区域的扩展和发展，避免裂缝区域形成的坑槽、松散、崩塌等问题。

路面自粘压缝带是一种新型的“安全封层”养护技术，无需设备，无损伤，无噪声，无尘土污染；施工简单快捷，粘贴完毕，即可通车；随时随地，有缝就补。

工程案例分析

工程概况

G20青银高速K27+060-K117+713共计90.653km，于1993年12月建成通车，设计行车时速120公里，双向四车道。该高速公路运营使用多年，已经存在很多病害问题，该路段采用半刚性沥青路面，出现了很多路面开裂问题。根据实际分析，裂缝的发生不仅仅与沥青混合料施工存在的缺陷有关，也与该路段运输荷载大、交通量大，以及常年季节温度作用所致。因此，需要对裂缝进行修复以确保路面的使用寿命。实际上，运营中该高速公路路面先后开展了不同程度的局部裂缝修复工作，其中在2013年实施大修，但修复的手段都是采用传统的灌缝工艺，随着路面使用状况的下降。这种修复技术并未有效地遏制裂缝的发生与发展，而是出现病害增多的趋势。为此，山东高速股份有限公司青岛养护分中心引入新型裂缝修补材料“压缝带”，通过大量的路面使用实践发现，路面自粘压缝带不仅能够实现路面裂缝修补的冷作业，而且施工材料便携实用，施工工艺简单有效。

路面裂缝修复效果

养护分中心在主线两侧使用贴缝带修补裂缝共计2000m，裂缝宽度平均为0.5cm～1cm，裂缝类型多为行车道横向裂缝。养护中心一年多的实践经验，发现该技术的应用推广范围大、裂缝区域修补后的强度显著增加、整个工艺施工简单方便，减少了路面的污染。而采用传统工艺修补沥青路面裂缝消耗时间长，对路面交通的影响也很大。采用现在的新工艺，只需要对裂缝两边搭接5mm～10mm的压缝带，就可以实现对裂缝的修补。修补完成后，采用人工压实并揭开隔离纸即可，前后时间仅仅需要5min。

通过该路面裂缝修复技术的实践应用，表明该修复采用能够在地面温度-60℃～-20℃之间保持较好的伸缩性，因此可以在寒冷环境下使用，有效地防止道路的反复开裂，可以在高速公路沥青路面裂缝修复中广泛推广采用。