高速公路裂缝成因及日常养护关键技术研究

李文辉

（甘肃省酒泉公路事业发展中心高速公路养护所，甘肃酒泉 735000）

0 引言

随着高速公路建设规模的扩大，养护任务越来越繁重，养护工作也面临着重大挑战。高速公路长时间服役使用，路面在外部自然环境和车辆载荷作用下逐步磨损老化，影响路面行车安全和舒适性，部分路面病害若不彻底处治可能诱发严重的交通事故。路面裂缝则是最常见且易扩展的病害，鉴于此，应深入探讨高速公路裂缝成因，并做好日常养护工作，选择合理可靠的养护技术手段，以此来提升公路安全性和行车舒适性，延长高速公路使用寿命。

1 高速公路裂缝的成因分析

1.1 施工因素

高速公路裂缝是指在路面上出现的不同类型的开裂或破损，通常是由多种因素引起的。施工因素是导致公路裂缝的主要因素之一，可以归结为以下几点：一是材料选择。材料的质量和适用性对高速公路的耐久性至关重要。如果在施工过程中选用了不合格或不适当的材料，路面就容易出现开裂。例如，如果沥青混合料中的某些成分不符合规范要求，就可能导致裂缝的形成。二是施工方法。施工方法的选择和执行对路面质量有很大影响，比如，不合理的压实度、温度控制不当、压实不足等，都可能导致路面的开裂[1]。另外，施工期间的交通负荷也会对路面产生压力，如果没有适当的交通管理措施，也可能导致裂缝的出现。三是设计和规范问题。如果高速公路的设计和规范存在问题，如路面厚度不足、交叉口和桥梁连接不当等，就容易导致裂缝的形成；设计不合理可能导致路面受到过大的应力，从而引发开裂问题[2]。四是天气条件。施工过程中的天气条件也会对路面产生影响，例如，在极端温度下施工或者在雨水过多的情况下施工，可能导致裂缝的形成；温度变化和水分渗透都是路面开裂的重要因素。五是施工质量控制。不适当的施工质量控制可能导致路面不均匀，厚度不足或过厚，这些问题都可能引发裂缝。同时，不合格的施工工艺和检测也可能使问题长期存在而不被察觉。

1.2 气候因素

气候因素是指高速公路长期暴露在自然环境下，受到自然环境侵蚀影响，可能诱发多种裂缝病害，损害道路结构。在炎热的夏季，路面暴露在高温下，会导致路面膨胀，而在寒冷的冬季，路面则会收缩，反复地膨胀和收缩会导致路面材料的开裂，形成热胀冷缩裂缝。雨水会渗透到路面下，在行车碾压过程中形成唧浆，导致裂缝产生。湿度变化也会使路面材料发生膨胀和收缩，增加裂缝的风险。在寒冷的冬季，当路面中的水分冻结时，水会膨胀，增加了路面的应力，容易引发裂缝；当降雪过后，人工撒布融雪剂路面冰雪融化，雪水沿裂缝渗入基层，进一步冻结膨胀[3]。另外，路面长期受到紫外线照射，特别是西北地区，夏季路表温度高达60℃，受紫外线的辐射加速路面老化，导致路面表层弹性失活，出现龟裂和表面剥落的病害。除此之外，极端天气事件，如洪水和地震，也可能导致高速公路裂缝的形成和损坏，因为这些事件会对路面施加额外的力量和应力。

1.3 材料因素

高速公路施工中所选用的材料类型多样，如果选择不当，材料的质量不符合规范要求，如含水量过高、杂质多等问题，也会加剧裂缝出现。路面层的厚度直接影响其抗裂性能，如果路面层过薄，就容易受到外部应力的影响，从而引发裂缝。相反，过厚的路面层可能因不均匀沥青混合或不适当的压实度而产生开裂问题[4]。沥青混合料的设计涉及沥青的配合比、级配、沥青黏度等参数，不合理的设计可能导致路面开裂。例如，过硬或过软的沥青混合料都会增加裂缝的风险；如果材料的变形抗力不足，当受到交通负荷或气候变化的作用时，材料容易发生塑性变形，导致裂缝产生，缩短高速公路使用寿命。

1.4 地质条件因素

高速公路裂缝的成因不仅受到施工和材料因素的影响，还与地质条件密切相关。地下水位的变化对高速公路路基和路面的稳定性有着直接影响，在地下水位较高的地区，水分渗透可能导致路基松动和软化，进而引发裂缝。不同类型的土壤对路面的影响有所不同，黏土土壤在吸水膨胀和干燥收缩方面表现较为显著，容易导致路面变形和裂缝。砂质土壤则可能在地震等外部应力下发生松动，引发路面损坏。高速公路穿越不同的地形和地貌，这些地形和地貌的变化可能导致路面受到不均匀的应力。在特殊地质路段，设计的坡度和曲线可能导致路面受到额外的扭曲和变形，促使裂缝的出现。在盐碱地带，路基水稳层易受盐胀作用，对路面稳定性产生影响，易发生裂缝，严重路段甚至产生路面隆起。如G7 京新高速白明段部分路段处于盐碱地质带，产生较多横向裂缝和隆起。另外，地震也会对路基和路面施加巨大的应力，导致路面的断裂和损坏，是不可忽视的一个因素。

1.5 行车荷载因素

行车荷载对路面施加了重要的应力，如果管理和处理不得当，就会导致路面裂缝的产生和扩展。首先，高速公路上的交通量和车辆类型对路面的损坏程度有着直接的影响，频繁经过的重型卡车和大型商用车辆会对路面施加更大的荷载，增加路面应力，从而增加了裂缝的风险。其次，行车速度对路面荷载的分布和强度也有影响，高速行驶的车辆通常对路面产生更大的冲击力，特别是在弯道和陡坡上可能导致路面的疲劳和开裂。过载的车辆可能对路面施加超出设计标准的荷载，导致路面材料的挤压和变形，从而引发裂缝。车辆在路面上加速和制动操作使得车辆的轮胎对路面施加额外的负载，在一些高速公路的匝道口、大坡路段等，车辆大多减速制动，不可避免地加剧路面疲劳和损坏。

2 高速公路日常养护的重要性

高速公路作为现代交通网络的重要组成部分，扮演着连接城市和地区的关键角色。为了保障高速公路的安全、流畅和可持续运营，日常养护工作至关重要。其重要性主要有以下几个方面：

其一，延长使用寿命。高速公路的建设成本巨大，因此维护和延长其使用寿命至关重要。定期的养护工作可以及时发现并处理路面裂缝、坑槽、损坏等病害，防止病害的进一步恶化，从而延长路面和基础设施的寿命。

其二，提高行车安全。路面坑槽、隆起和裂缝对行车安全构成严重威胁，可能导致车辆失控，引发事故发生，较差的路况甚至引发交通拥堵。通过及时处治路面病害，加强养护，可以提高高速公路的行车安全性和舒适性，减少交通事故的发生。

其三，降低维修成本。如果高速公路的损坏不及时修复，将导致更大范围的维修工作，需要更多的时间和资金。日常养护可以帮助捕捉小问题，使其不会演变成大问题，从而节省了维修成本。

3 高速公路裂缝的日常养护关键技术

3.1 沥青路面再生技术

高速公路的路面是经受极端条件和大量交通负荷的，因此裂缝的形成是不可避免的。为了维持路面的质量和延长其使用寿命，沥青路面再生技术成为一项关键的日常养护技术。主要有以下几种技术：

其一，热再生技术。热再生技术是一种通过将高温热源应用于老化或受损的沥青路面（见图1），以使其软化和可重新使用的方法。这可以通过热风或微波加热来实现。一旦沥青被软化，可以进行混合料的再生和重新铺设，从而修复路面损坏。

图1 G30 线嘉安路沥青路面热再生技术

其二，重铺技术。对原路面铣刨4cm 厚面层，处治底基层裂缝，重新铺筑面层，彻底改善路面的性能[5]。

其三，微表处技术。对于路面细小裂缝可使用微表处进行处治，近年来，在G30 连霍高嘉安段、瓜新段采用玄武岩纤维微表处技术，添加的纤维材料起到加筋补强作用，增强了抗裂性、耐久性，填充裂缝并提高了路面的摩擦系数。

其四，热喷射补修。热喷射补修是一种将热沥青、还原剂等添加剂混合后，喷射到裂缝中以填充和封闭它们的技术。这可以迅速有效地修复小裂缝，防止其扩大成为更严重的问题，如PRDC 沥健、科来福再生封层等。

3.2 路面裂缝处治技术

裂缝是高速公路路面上常见的问题，如果不及时处理，将会导致严重的路面损害和安全隐患。具体路面裂缝处治技术如下：

一是灌缝法。灌缝法是一种常用的路面裂缝修复技术，它涉及将专用的充填材料（通常是聚合物、胶黏剂或沥青混合物），注入裂缝中。这些材料会填充裂缝内部，密封表面，并提高路面的抗水性和抗裂性能。灌缝法通常适用于小到中等宽度的裂缝，能够快速、有效地修复路面问题[6]。

二是压浆法。压浆法是一种通过将特殊的浆料或砂浆材料压入裂缝中以填充和密封的技术。这种方法常用于较宽和较深的裂缝，它可以加固路面结构，防止裂缝扩大，并提高路面的承载能力。压浆法的使用通常需要专业设备和工程师的指导。

三是挖补法。挖补法是一种通过将受损路面部分切割或挖出，然后用新的路面材料填充和铺设的技术。这种方法适用于广泛的路面损害，如坑槽、裂缝和沉陷。挖补法可以修复严重的路面问题，但通常需要更多的时间和资源。

四是摊铺法。摊铺法是一种在裂缝上铺设新的路面材料的技术。这种方法通常用于修复表面裂缝和裂缝的早期阶段。摊铺法可以提高路面的平整度和表面质量，减少驾驶员的不适感，并防止裂缝扩大。

通过上述裂缝处治技术，能够有效地提升路面养护效果，但要充分考量裂缝大小、类型以及路面条件灵活选用。同时，定期进行路面检查和维护，旨在及时有效解决裂缝问题，最大程度地提升高速公路安全性和使用性能。

3.3 预防性养护技术

预防性养护技术的应用旨在提前发现问题及时解决，降低养护成本，提升路面整体质量。良好的路面设计可以降低裂缝的发生率，考虑到地质条件、交通负荷和气候因素，优化的路面设计可以减轻路面受力，降低裂缝的风险。选择高质量、耐久性强的路面材料对于预防裂缝至关重要，充分实地勘查，合理化选择沥青混合料和路面基材料，可以提高路面的抗裂能力。选择正确、适宜的施工方法，并做好施工全过程质量控制，能够有效预防裂缝出现。因此，要保证高速公路路面层的均匀振实、充分压实，以及正确的沥青铺设和压实技术都可以降低裂缝的产生。

3.4 裂缝检测技术

为了充分掌握路面裂缝位置、类型、大小和程度，可以选择裂缝检测技术辅助养护。使用高分辨率摄像头和图像处理技术可以建立自动化的视觉检测系统，检测路面表面的裂缝，借助系统能够实时捕捉图像，并通过计算机算法检测和测量裂缝的类型和大小。激光扫描技术可以以非接触的方式精确测量路面表面的高度差异，扫描仪器可以快速扫描大面积路段，提供高精度的数据，帮助确定需要修复的区域。

3.5 路面温度监测技术

基于路面温度监测技术能够了解路面情况，提早发现导致裂缝出现的气候条件，及早采取措施预防、规避。对此，在高速公路上布置温度传感器，可以实时监测路面的温度。这些传感器通常埋在路面中或安装在路边设备上。温度传感器可以监测路面温度的变化，包括日夜温差和季节性变化。热像仪可以通过红外线技术测量路面的温度分布，这些设备通常由巡检车辆携带，能够在运行中实时捕捉路面温度的图像，有助于发现可能存在的热点或异常温度分布，这些异常可能暗示着潜在的路面问题。温度传感器和热像仪收集的数据可记录并分析，以便养护人员更好地了解路面温度的变化趋势。这些数据可以用于制定温度变化模型，帮助预测路面收缩和膨胀的情况，从而预防裂缝的形成。一旦温度监测系统监测到不正常的温度波动或异常，它可以触发警报，通知养护人员采取紧急措施。这有助于预防因气象条件引发的路面损坏。温度监测技术的使用可以提高高速公路养护的效率和响应速度，确保路面在不同气象条件下保持安全和耐久。

4 结语

总的说来，高速公路长期使用会出现裂缝问题，致使路面行车舒适度和安全性下降。所以，为了避免裂缝出现，可以做好日常养护工作，把握养护技术要点，及时修补公路裂缝，为公路质量和安全提供保障。