摘要 該文針對(duì)山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫問(wèn)題展開(kāi)研究。通過(guò)分析山區(qū)瀝青路面的技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)探討了低溫開(kāi)裂、疲勞開(kāi)裂和反射開(kāi)裂三類(lèi)主要裂縫的形成機(jī)理。提出了從材料性能優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)和施工工藝控制等方面的綜合防治策略。工程實(shí)例表明：采用高韌性改性瀝青、設(shè)置應(yīng)力吸收層、優(yōu)化施工工藝等措施，能有效控制路面裂縫的發(fā)展，提高路面使用壽命，對(duì)指導(dǎo)同類(lèi)工程具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 山區(qū)道路；瀝青路面；裂縫成因；防治策略

中圖分類(lèi)號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0085-03

0 引言

山區(qū)道路工程建設(shè)是我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障人民群眾正常出行方面具有重要意義。隨著《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013—2030年）》的深入實(shí)施，我國(guó)山區(qū)道路工程建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。瀝青路面由于具有平整度高、行車(chē)舒適等優(yōu)點(diǎn)，在山區(qū)道路工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。但受復(fù)雜環(huán)境因素和車(chē)輛荷載等影響，瀝青路面極易出現(xiàn)低溫開(kāi)裂、疲勞開(kāi)裂、反射開(kāi)裂等病害，嚴(yán)重影響了山區(qū)道路使用性能和安全運(yùn)營(yíng)。該文結(jié)合工程實(shí)際，重點(diǎn)探討山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫的成因及其防治技術(shù)，研究成果以期為同類(lèi)工程提供借鑒。

1 山區(qū)道路瀝青路面的技術(shù)特點(diǎn)

山區(qū)道路瀝青路面具有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。首先，由于山區(qū)縱橫坡較大，為保證行車(chē)安全，對(duì)路面抗滑性能要求極高，通常采用改性瀝青和粗糙型磨耗層，提高路面與車(chē)輪之間的摩擦系數(shù)。例如，新藏線林芝至米林段采用SBS改性瀝青，粗集料選用高強(qiáng)度玄武巖，礦料配比嚴(yán)格控制，確保路面構(gòu)造深度滿足0.7～1.1 mm的要求。其次，考慮山區(qū)氣候變化劇烈，晝夜溫差大，瀝青路面必須具備優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。一方面，要選擇高軟化點(diǎn)的基質(zhì)瀝青和改性劑，提高路面高溫穩(wěn)定性，抵抗高溫引起的路面車(chē)轍、擁包等病害；另一方面，需控制瀝青混合料低溫彎曲剛度模量及斷裂韌性，增強(qiáng)路面抗低溫開(kāi)裂能力，延緩低溫縱向龜裂、橫向裂縫的出現(xiàn)[2]。再次，山區(qū)路基多以土質(zhì)、中軟巖為主，強(qiáng)度和穩(wěn)定性不足，極易產(chǎn)生沉陷變形。因此對(duì)瀝青路面的高模量特性提出更高要求，可在上面層適當(dāng)摻加纖維，并合理設(shè)置封層、黏層，增強(qiáng)路面整體剛度，減小拉應(yīng)力的影響，有效抑制反射裂縫。最后，山區(qū)施工供水、供電等條件有限，對(duì)瀝青混合料的耐儲(chǔ)存、易攤鋪、易碾壓等施工性能也提出更高要求。通過(guò)合理選用顏色、級(jí)配及添加劑，改善混合料的施工性，可有效解決這一難題。

2 山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫主要成因

山區(qū)道路瀝青路面服役條件惡劣，結(jié)構(gòu)性能受到諸多因素的影響而出現(xiàn)退化，進(jìn)而產(chǎn)生各類(lèi)裂縫。通過(guò)理論分析和工程調(diào)研，可以歸納出低溫?zé)釕?yīng)力開(kāi)裂、車(chē)輛荷載疲勞開(kāi)裂和水損壞導(dǎo)致的反射開(kāi)裂是山區(qū)路面的三類(lèi)主要病害。在低溫開(kāi)裂方面，高寒山區(qū)晝夜溫差普遍在20℃以上，局部路段溫差甚至超過(guò)30℃。當(dāng)環(huán)境溫度降至-15℃時(shí)，瀝青面層熱收縮應(yīng)力可達(dá)1.5 MPa，而瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度通常低于3.0 MPa，在約束力作用下極易誘發(fā)開(kāi)裂。特別需要關(guān)注的是，路面導(dǎo)熱系數(shù)越低、比熱容越大，溫度梯度也就越大，熱應(yīng)力變化速率可達(dá)2.5 MPa/h，瞬時(shí)熱沖擊效應(yīng)顯著。在車(chē)輛荷載方面，山區(qū)公路縱坡大、彎道多，大噸位貨車(chē)爬行頻繁。有限元分析表明[3]：當(dāng)軸載重復(fù)作用1.5×107次時(shí)，若瀝青層底拉應(yīng)變超過(guò)210 με，將快速積累疲勞損傷。研究表明：山區(qū)路面彎沉值普遍在500 MPa以上，局部路段可超過(guò)1200 MPa，遠(yuǎn)高于300 MPa的臨界值，在動(dòng)載作用下極易產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。在路基沉降引起的反射開(kāi)裂方面，山區(qū)填料如風(fēng)化巖、高液限黏土的固結(jié)系數(shù)低至0.013 MPa-1，飽水軟化系數(shù)高達(dá)0.75以上。當(dāng)不均勻沉降引起的拉應(yīng)力超過(guò)1.2 MPa時(shí)，裂縫將沿著路面厚度方向快速擴(kuò)展。三維動(dòng)力學(xué)分析表明，在溫度與車(chē)載應(yīng)力耦合作用下，瀝青層開(kāi)裂區(qū)域的拉應(yīng)力可放大1.6倍以上，極大地加劇了反射開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)[4]。由此可見(jiàn)，山區(qū)道路惡劣的環(huán)境條件和復(fù)雜的荷載特性是導(dǎo)致瀝青路面裂縫的內(nèi)在原因，亟須因地制宜地開(kāi)展針對(duì)性的防治技術(shù)研究。

3 山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫防治策略

3.1 提高低溫性能

為有效防治山區(qū)瀝青路面的低溫開(kāi)裂問(wèn)題，首要任務(wù)是提高瀝青混合料的低溫性能。針對(duì)山區(qū)氣溫驟降引起的熱應(yīng)力開(kāi)裂，可選用低溫敏感性較小的基質(zhì)瀝青，如A-70、A-90等高針入度等級(jí)的瀝青，改善路面材料的耐寒性和柔性，增強(qiáng)熱脹冷縮時(shí)的適應(yīng)能力。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用連續(xù)密級(jí)配，提高混合料的低溫穩(wěn)定性。尤其是高寒地區(qū)，還可摻加3%～4%的天然瀝青，進(jìn)一步增強(qiáng)混合料的抗凍融性能。針對(duì)降溫速率較快產(chǎn)生的熱應(yīng)力斷裂，可摻加導(dǎo)熱系數(shù)較低的輕質(zhì)骨料如浮石，降低結(jié)構(gòu)內(nèi)外的熱傳導(dǎo)率，緩解溫度應(yīng)力的突變效應(yīng)。同時(shí)采用玄武巖等高比熱容的石料，延緩溫度場(chǎng)的快速變化，減小峰值拉應(yīng)力。針對(duì)瀝青混合料脆化溫度偏高引發(fā)的低溫疲勞開(kāi)裂，可在面層摻加SBS、橡膠粉等高彈性材料，提高混合料的斷裂延性和應(yīng)力松弛能力，將脆性溫度由0℃降低至-15℃。微表處摻加納米橡膠改性瀝青，可使拉伸強(qiáng)度在-15℃時(shí)提高15%以上，大幅改善材料的抗裂韌性[5]。針對(duì)熱脹冷縮應(yīng)力集中引起的收縮開(kāi)裂，應(yīng)合理控制最大攤鋪長(zhǎng)度，并設(shè)置足夠數(shù)量的伸縮縫。冷攤鋪縫寬應(yīng)≥15 mm，熱攤鋪縫寬應(yīng)≥20 mm，縫內(nèi)填充砂瀝青或橡膠瀝青，以緩解溫度變形引起的拉應(yīng)力。

3.2 增強(qiáng)抗疲勞性能

提高山區(qū)瀝青路面的抗疲勞開(kāi)裂能力，需從材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面綜合著手。針對(duì)山區(qū)普遍存在的高彎沉問(wèn)題，工程中宜采用模量較高的硬質(zhì)瀝青，如A-70、SBSAD-I等，提高混合料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度和永久變形抵抗能力。配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高瀝青用量，采用礦料破碎值和針片狀顆粒含量較低的優(yōu)質(zhì)集料，嚴(yán)格控制0.075 mm篩孔通過(guò)率，優(yōu)選公稱(chēng)最大粒徑不小于19 mm的連續(xù)式密級(jí)配，增強(qiáng)骨料嵌擠效應(yīng)，提高路面整體剛度。尤其是大應(yīng)力作用區(qū)，表層宜采用抗剪切能力較強(qiáng)的GMA-I改性瀝青混凝土，基層則選用高模量石灰?guī)r等巖石，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載能力。針對(duì)山區(qū)瀝青層厚度普遍不足的問(wèn)題，可酌情增加1～3 cm的層厚，優(yōu)化上下面層厚度比例配置，必要時(shí)可在基層頂面鋪筑抗疲勞裂縫布，延緩裂縫向上反射。針對(duì)山區(qū)縱坡路段的車(chē)轍及疲勞損傷加劇問(wèn)題，應(yīng)在先期設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮坡度因素，嚴(yán)格按照行車(chē)道分別設(shè)計(jì)，必要路段宜適當(dāng)增加車(chē)道寬度，合理放寬縱坡指標(biāo)[6]。針對(duì)山區(qū)施工質(zhì)量控制的特殊性，應(yīng)編制完善可行的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，嚴(yán)把原材料進(jìn)場(chǎng)關(guān)、拌和出料關(guān)和攤鋪碾壓關(guān)。集料、粉料應(yīng)分倉(cāng)堆放并用帆布遮蓋，防止材料污染和雨水沖刷[7]。攤鋪時(shí)，應(yīng)確保混合料溫度滿足施工要求，控制好攤鋪速度和碾壓遍數(shù)，做到緊跟、慢壓、高頻，盡量在混合料溫度較高時(shí)完成終壓，確保成型質(zhì)量[8]。

3.3 抑制反射裂縫

山區(qū)路面反射裂縫的防治需重點(diǎn)關(guān)注路基沉陷變形的控制，路基填料應(yīng)優(yōu)選強(qiáng)度較高、壓縮性較低的碎石土、級(jí)配碎石等，嚴(yán)格控制石料的軟化系數(shù)和堅(jiān)固性，減少濕陷性巖土的使用。路塹段宜設(shè)置深層排水系統(tǒng)，采用滲溝、盲溝等措施有效截獲地下水，必要時(shí)可鋪設(shè)土工布，避免路基積水軟化引起的差異沉降。路基頂面應(yīng)做好橫向坡，保證排水速度和效果，同時(shí)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，做好原地面的清理和處理工作，對(duì)軟土路基采取換填、強(qiáng)夯等處治措施，確保每層填料的壓實(shí)度[9]。針對(duì)溫度、車(chē)載荷共同作用引起的反射開(kāi)裂問(wèn)題，可在基層開(kāi)裂處預(yù)置玻纖土工格柵，增加箱梁的抗彎剛度，在主車(chē)道與爬車(chē)道分界處設(shè)置縱向裂縫誘導(dǎo)縫，將不規(guī)則開(kāi)裂轉(zhuǎn)化為規(guī)則縫隙。針對(duì)水的不利影響，在新建或大修工程中，可鋪筑防水黏結(jié)層，采用SBS改性乳化瀝青封層，提高路表的防水性能。對(duì)于運(yùn)營(yíng)期的既有路面，可采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)，利用路面銑刨料摻加新的瀝青混合料，補(bǔ)充新骨料的同時(shí)填充蜂窩麻面，增大整體厚度，提高上面層的整體性，阻斷裂縫擴(kuò)展。對(duì)嚴(yán)重開(kāi)裂路段，還可采用罩面法，即對(duì)路表進(jìn)行坑槽修補(bǔ)后，整體罩面一層高彈性的砂石封層，削弱車(chē)輛荷載的動(dòng)態(tài)沖擊，延緩裂縫反射[10，11]。

4 工程案例剖析

4.1 工程概況及存在問(wèn)題

某山區(qū)二級(jí)公路北京周邊路段全長(zhǎng)46.5 km，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h，2011年建成通車(chē)，該路段位于北京西部山區(qū)，海拔在500～1 000 m，屬典型的溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，最高氣溫32℃，最低氣溫-18℃。全線采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，其中面層為4 cm厚SUP-20改性瀝青混凝土，中面層為6 cm厚SUP-25改性瀝青混凝土，基層為36 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石。路基主要由花崗巖風(fēng)化料填筑，壓實(shí)度控制在96%以上。通車(chē)8年來(lái)，該路段先后出現(xiàn)大量裂縫病害，經(jīng)調(diào)查路面裂縫主要包括低溫縱向裂縫、疲勞橫向裂縫和反射裂縫三類(lèi)。低溫裂縫多發(fā)生于冬季，縫寬在2～5 mm，裂縫間距1～3 m；疲勞橫向裂縫發(fā)生在爬坡及急彎路段，縫長(zhǎng)一般大于2 m，間距5～10 m；反射裂縫多呈網(wǎng)狀分布，主要發(fā)生在近橋涵及急彎陡坡路段，占路面總面積的5%以上。各類(lèi)裂縫的發(fā)生嚴(yán)重影響了路面的使用性能，亟須采取有針對(duì)性的防治策略，經(jīng)分析該路段裂縫發(fā)生的主要原因包括：（1）受海拔及大風(fēng)影響，晝夜溫差可達(dá)25℃以上，熱脹冷縮應(yīng)力顯著，誘發(fā)低溫裂縫；（2）重型貨車(chē)爬坡較多，大應(yīng)力作用引起瀝青層疲勞開(kāi)裂；（3）路基回填土含泥量偏高，壓實(shí)度不足引發(fā)不均勻沉降，導(dǎo)致反射裂縫。

4.2 技術(shù)策略實(shí)施方案

針對(duì)該山區(qū)公路瀝青路面裂縫問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)論證，提出了一套綜合性防治技術(shù)方案。首先，對(duì)于低溫縱向裂縫，采用高韌性改性瀝青提高混合料的抗低溫開(kāi)裂性能。通過(guò)在SUP-20中摻加3.5%的SBS和0.3%的硫磺，將混合料斷裂韌性由8.2 mJ/mm2提高至13.5 mJ/mm2，小梁試驗(yàn)臨界溫度由-18℃降至-28℃。同時(shí)將瀝青層厚度由4 cm增加至5 cm，并控制最大推鋪長(zhǎng)度不超過(guò)

3 km。在瀝青層內(nèi)預(yù)置寬10 mm、深25 mm的伸縮縫，縫距30 m，縫內(nèi)填充D80橡膠瀝青，以吸收溫度變形。其次，對(duì)于疲勞橫向裂縫，通過(guò)提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗永久變形能力來(lái)延緩開(kāi)裂進(jìn)程。將SUP-25改性瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)值由1 800毫米/次提高至4 000毫米/次，車(chē)轍動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性DS由15 00毫米/次增至5 000毫米/次。配合比設(shè)計(jì)采用空隙率3.5%的EME超薄磨耗層，粗集料和細(xì)集料的針片狀顆粒含量控制在5%以?xún)?nèi)，基層頂面鋪筑玻纖土工格柵作為應(yīng)力吸收層，提高箱梁整體剛度。對(duì)于已產(chǎn)生的疲勞裂縫采用同步封縫法處治，即人工開(kāi)槽、噴涂改性乳化瀝青封層、撒布0.3～0.6 mm級(jí)配砂、二次噴涂改性瀝青，裂縫密封后再進(jìn)行表面霧封。最后，針對(duì)反射裂縫問(wèn)題，采用路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)，混合深度達(dá)15 cm，摻加3%水泥和1.5%廢舊橡膠粉，提高再生料的高溫穩(wěn)定性和抗裂性能，下承層局部開(kāi)挖并回填5%水泥穩(wěn)定碎石，對(duì)軟基路段進(jìn)行換填和加固處理。在主車(chē)道和爬車(chē)道設(shè)置寬2 cm的縱向裂縫誘導(dǎo)縫，引導(dǎo)裂縫沿縫隙擴(kuò)展，同時(shí)在基層頂面鋪筑兩層抗裂貼縫帶，控制開(kāi)裂間距不大于10 m。路表罩面SMA-13磨耗層，摻加抗剪切纖維，提高高溫下的變形抵抗能力。實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)如表1所示?？梢钥闯?，通過(guò)采取上述綜合防治措施，各類(lèi)裂縫得到有效控制，總體開(kāi)裂率降低了85%以上，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)明顯改善，大大延長(zhǎng)了路面使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)理論分析和工程實(shí)踐，闡明了山區(qū)道路工程瀝青路面裂縫的成因及其演變規(guī)律，提出了以提高低溫性能、增強(qiáng)抗疲勞性能和抑制反射裂縫為核心的系統(tǒng)防治方案。工程應(yīng)用表明：該方案能顯著降低路面開(kāi)裂率，延長(zhǎng)使用壽命。后續(xù)研究應(yīng)加強(qiáng)路面裂縫發(fā)展預(yù)測(cè)模型的建立，開(kāi)發(fā)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路面裂縫的精準(zhǔn)防控，同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步探索新型防治材料和工藝，提升防治效果。

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