高速公路沥青路面病害分析及养护办法

葛 晗

(广东省高速公路有限公司粤赣分公司，广东 河源 517000)

0 引 言

随着我国基础设施交通网络不断完善，公路工程的建设速度日益提高，建设长度已突破100 000 km。其中广东高速公路通车总里程将突破9 000 km，连续5年居全国第一。在未来，高速公路工程必然会从扩张施工慢慢转变至养护运营。同时，经调查可知国内高速公路路面结构层大概80%以上均为沥青混合料路面。高速公路沥青料路面如果不及时养护，容易出现多个类型的病害，干扰车辆行驶舒适度及安全，故确定合理、经济的高速公路路面治理方案已经成为要解决的重要问题。传统的沥青路面养护措施往往只针对某一类病害形式，但是路面病害是相互作用、相互影响的复杂系统。随着路面养护技术的不断进步，养护设计理念的不断完善，国内外学者也结合经过多年工程实践经验和沥青路面的特点研发了一些新的养护技术。但是，很多工程技术人员在开展高速公路沥青路面养护作业时，仍不能有针对性的选择经济合理的养护措施，往往导致设计施工偏于保守、费用过高。因此，研究沥青路面病害机理及相应的养护措施是十分必要的。

1 高速公路沥青路面病害类型

高速公路在运营期间，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，可能同时出现多种类型病害，典型的沥青混合料路面病害有裂缝、坑槽、车辙等。同时，各种沥青路面病害形式随机组合，相互作用，形成复杂路面病害系统。

(1)裂缝

裂缝是高速公路沥青路面最常见病害，根据裂缝的特征可将其划分成横向裂缝、纵向裂缝、不规则裂缝、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5 mm)，裂缝没有剥落现象或轻微剥落，后者裂缝较宽(大于5 mm)，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。

(2)坑槽

坑槽是一种“凹状结构”，属于水损破坏的一种。高速公路沥青料路面养护技术规范把坑槽视为松散类病害，各种坑槽具体特征如表1所示。

表1 高速公路沥青路面坑槽特征

(3)车辙

车辙是高速公路沥青路面最严重病害之一，根据车辙产生原因可将其划分成失稳性、结构性(永久性)、压密性及磨耗性车辙。各类车辙的具体特点如下：第一，失稳性车辙危害程度大，经常出现在高速公路上坡路段，尤其是山区高速更加严重。失稳性车辙往往呈“W型”，其形状主要与车轮构造，车速、车轮胎行驶所受的横向应力等因素密切相关；第二，结构性车辙一般呈“U型”，它的出现是因为路基受荷载产生变形，并发射到沥青路路面所引起。结构性车辙地变形量小，但宽度十分明显，不易修复；第三，压密性和磨耗型车辙主要是因为公路沥青路面结构层在反复车辆荷载、自然环境等因素作用下，沥青被碾压实或侵蚀所导致。

2 沥青路面病害成因及养护技术

为了提高高速公路沥青混凝土路面建设水平及运营寿命，技术人员应在理解其病害机理的前提下，掌握针对各种病害的养护技术和具体的施工要求，依托惠河高速某段沥青路面工程，路面结构层总厚度为71 cm：上面层1 cm微表处+4 cm普通沥青(AK-13B)+5 cm普通沥青中面层(AC-20I)+6 cm普通沥青下面层(AC-25I)+35 cm基层(5%水泥稳定级配碎石)+20 cm底基层(4%水泥稳定级配碎石)。经调查，该路段在运营期间出现了连续坑槽、裂缝、车辙、松散等病害，自2005年通车以来，在2007年开始先后实施了微表处、雾封层、UTAC-10罩面、加铺AC-13、16C等养护措施，本段病害处置主要采取铣刨主车道再铺筑4 cmGAC-16C(PG82)改性沥青混凝土。

2.1 裂缝病害机理及养护技术

(1)裂缝产生机理

高速公路沥青路面裂缝病害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。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，路面则可能出现横线裂缝；反射裂缝主要出现在基层为半刚性材料(如水泥稳定土、石灰稳定土、二灰土等)的沥青混合料路面，这是因为沥青混合料路面所处地外界环境温度骤降时，基层材料会大幅度收缩，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σt超过沥青混合料容许拉应力[σ]，从而使面层出现荷载裂缝。

(2)养护技术

目前针对高速公路沥青路面裂缝处治主要有开槽灌缝法、填缝法等技术。开槽灌缝技术应用最为广泛，它是利用开槽机沿着原裂缝凿出宽1.2～1.5 cm、深1.5～1.8 cm槽，并使用灌封机把加热后的灌缝材料压入裂缝，作业效率高、使用寿命长，但前期设备费用和施工成本偏高。填缝技术通常用于裂缝宽度小于3 mm的非工作缝处治。此外，修补材料选择是影响裂缝养护成效关键环节之一，修补材料应具有良好的粘弹性、抗裂性、低温稳定性等特点，不得直接采用热沥青混合料(热沥青难以渗入面层，大多残留在路表效果不佳)。

2.2 车辙病害机理及养护技术

(1)车辙产生机理

高速公路沥青路面车辙病害发生机理主要有内因和外因两个方面，前者包括沥青混合料和路面结构类型等，后者包括气候变化、交通条件、施工质量等因素。

沥青混合料强度由其内摩擦角和粘结力决定，可以用摩尔-库伦理论解释这一现象。

τ=σtanφ+c

式中：τ为沥青混合料抗剪强度，kPa；σ为沥青混合料所受正应力，kPa；c为沥青与填料的粘结力，kPa；φ为沥青混合料摩擦角，度。

(2)养护技术

近年来，针对惠河高速沥青路面车辙处治主要有微表处、就地热再生等方法。微表处技术是以改性乳化沥青为粘接料的，在现场冷拌施工，其适用范围广、工程造价低，对环境污染较小，并能改善沥青路面的承载能力。就地热再生技术是通过对原路面加热重熔、回收旧沥青混合料，加入再生剂重新搅拌、摊铺、碾压，形成新的路面结构层。就地热再生技术对于实现公路的可持续发展及节能环保具有十分重要的意义，但该方法是完全依赖再生剂性能，不掺入新沥青或集料，无法调整沥青混合料级配，对提高路面性能作用不大。

2.3 坑槽病害机理及养护技术

(1)坑槽产生机理

高速公路沥青路面坑槽病害发生机理主要是：降雨产生的地表水或地下水等渗入路面结构层，导致沥青和集料间的粘结力不断减小，在反复车辆荷载的作用下，沥青混合料出现剥落现象，进而导致坑槽。

(2)养护技术

高速公路沥青路面坑槽病害处治常用挖补式坑槽修补技术，属于永久性修补技术，施工流程主要包括：划定维修面→处理坑槽→喷洒粘层油→回填沥青混合料→碾压沥青混合料→封缝防水。挖补式坑槽修补技术的最关键环节是处理坑槽，处理坑槽机械主要有液压镐或切缝机，并确保坑槽干燥、平齐。如果坑槽壁较松散，应先将松散沥青混合料颗粒清扫，再开展下一步作业。热接缝修补按“圆坑方补”的原则进行。修补前应根据坑壁的质量状况合理确定处治范围，划出边线与路中线大致平行(或垂直)的矩形(即修补轮廓线)。冷接缝修补按“圆坑方补”的原则进行。修补前应根据坑壁的质量状况合理确定处治范围，划出边线与路中线大致平行(或垂直)的矩形(即修补轮廓线)，并用切割机切出矩形边线(切割深度5 cm左右)。

3 结 语

(1)高速公路沥青路面典型病害有裂缝、坑槽、车辙等，各种病害随机组合，形成复杂的病害体系；

(2)公路沥青路面裂缝病害按成因可分为低温收缩裂缝、反射裂缝和荷载裂缝三类，处治技术主要有开槽灌缝、填缝等；

(3)公路沥青路面车辙病害影响因素主要有混合料、路面结构、气候变化、交通条件、施工质量等因素，主要有微表处、现场热再生等处治技术；

(4)水等渗入沥青路面结构层后，在车辆荷载的作用下，沥青混合料会因粘结力下降而剥落，进而产生坑槽，较常用的坑槽病害处治措施挖补式坑槽修补技术。