行業(yè)資訊
半剛性基層瀝青路面裂縫成因分析及處治
一、裂縫處治的必要性
半剛性基層材料以其強度高、穩(wěn)定性好、剛性大以及板體性好等優(yōu)點滿足了公路建設經濟與技術方面的要求，在我國公路建設中得到了廣泛的應用。但其干縮裂縫難以治愈，對應力敏感，瀝青面層與基層層間粘結不良等均導致該類路面使用年限受限，使用中后期將產生結構性破壞。特別是裂縫的存在，將導致面層、基層，甚至路基的周邊區(qū)域產生結構性破壞，其破壞的方式主要有以下三種類型。
a、當基層和面層存在對應的反射裂縫存在后，若不能及時封縫，地表水從裂縫間隙進入路面，在行車荷載的真空抽吸作用下，形成唧漿，反復的唧漿沖刷，瀝青膜逐漸被水乳化而喪失粘結力，集料松散，成為坑槽。
b、半剛性基層非常致密，當瀝青面層存在裂縫或空隙較大，若不能及時封縫，水進入瀝青面層后將不能迅速排走，只能沿瀝青層和基層的界面擴散、積聚，最終導致瀝青面層自下而上的水損害和疲勞破壞。
C、當基層開裂，導致面層形成反射裂縫，水直接進入到基層內部，如不能及時處治，在行車作用下，基層裂縫周圍將被沖刷，開始時膠結料和細集料散失，后基層松散破壞，導致基層變形，承載力降低，面層表面對應產生“雞爪型”裂縫，最終形成結構性破壞。
從上述分析可知，若不能及時有效的對裂縫填封，防止水滲透致路面內部，避免裂縫的擴大，將造成嚴重的唧漿，坑槽、乃至結構性破壞，致使整個路面散失使用功能。
二、路面裂縫成因分析
a、自上而下的表面裂縫
該類裂縫為發(fā)生在輪跡帶周圍的縱向裂縫，進一步發(fā)展為網裂，主要是瀝青面層開裂，基層強度完好。其外因是在汽車輪胎剪切作用下，應力過度集中，瀝青面層抵抗不住荷載剪切應力，而產生縱向裂縫。內因是瀝青混合料空隙率過大，粘結料不足，混合料強度較低，在瀝青面層使用3~5年左右，易發(fā)生該類裂縫病害。
b、自下而上的裂縫
我省的公路瀝青路面基本上是半剛性基層，設計中，假定各結構層是連續(xù)的一個整體，瀝青層與基層是處于連續(xù)狀態(tài)，基層應在瀝青層之前先發(fā)生疲勞損壞。而我們實際施工中，基層和面層間往往是滑動狀態(tài)，因而當初按整體設計的瀝青層肯定會承載能力不足，從而產生疲勞損壞。在這種情況下，裂縫將從底部開始，向上擴展，最后導致瀝青路面網裂而徹底破壞。
另一種情況在我省公路上也是常見，由于基層根本沒有做好，強度不足，進而導致瀝青面層嚴重的疲勞破壞（網裂）。
c、基層收縮裂縫引起的反射裂縫
干縮和溫縮裂縫，是半剛性基層有著本身難以克服的缺陷和不足。當基層存在這類橫向裂縫后，裂縫不連續(xù)處作用在瀝青面層底面的拉應力超過了材料的抗拉強度并使面層底面開裂，裂縫逐漸向上延伸，直到穿透面層，反映至表面，形成面層的反射裂縫。半剛性基層的裂縫一般比較規(guī)則，每隔一定的距離產生一道裂縫，其間距長短取決于當地的氣溫和路面各層材料的抗裂性能。間距短的5～10m一道，間距長的可達100m或更長。一般氣溫變化不大，路面材料抗裂性能好，水穩(wěn)基層養(yǎng)生好的路段裂縫間距較長，反之間距較短。
d、填挖路基沉降裂縫
由路基不均勻沉降在路面上引起的開裂，在我省許多山區(qū)、丘陵區(qū)的公路很常見，特別在那些半填半挖路基，填前處理不當，碾壓比較困難，新老路基差異性大的路段，路基各部分在通車以后由于汽車荷載與雨水的作用，造成沉降不均勻，路面就可能產生大的沉降差，由此發(fā)生縱橫向裂縫。
e、純填方路基沉降
裂縫在一些低洼或軟基路段，施工控制不好的純填方路基，在雨季，經常會在路面硬路肩和全副路基1/4處產生對稱的縱向裂縫。主要原因是在水的作用下，路基邊部的土基和填土產生較大的固結沉降，而中部土基和填土不動或沉降較小，而引起不均勻沉降，導致路面縱向開裂，縫寬可達5cm。
三、路面結構性裂縫的封縫技術
從養(yǎng)護工藝的角度來看, 裂縫可按其縫寬分為微裂縫或發(fā)裂(2mm以下)、微小裂縫(2-6mm)、小裂縫(6-12.7mm)、中裂縫(12.7-25mm)、大裂縫(>25mm) ，其中6mm以內的裂縫屬于預防性養(yǎng)護的范圍。上述裂縫若在6mm以內，可采用封縫技術進行養(yǎng)護處理。
裂縫填封類材料應具有良好的粘結力，以便于和裂縫內部兩邊的瀝青材料相融合；要在低溫狀態(tài)下具有優(yōu)良的延伸性能和彈性，不致于發(fā)生斷裂；高溫不產生流淌；應具備持久的抗老化、抗疲勞能力，以適應復雜自然環(huán)境和大交通量的需求。
a、普通熱瀝青或改性熱瀝青灌縫
瀝青具有粘彈特性，可以保證封堵裂縫，防止水分的侵入，灌縫的瀝青通常采用重交通AH-90號基質瀝青，有時為保證較好的封堵效果，也可采用軟化點較高、粘附性較好、溫感性較好的改性瀝青，如SBS 改性瀝青。具體做法為：將瀝青加熱(150～160℃)后直接灌入裂縫中，待瀝青溫度降至常溫后即可開放交通。
此種方法操作簡單，投入的設備和人員較少，修補費用較低，速度較快。但存在以下缺點：(1)由于裂縫未清掃，裂縫面兩側粘結不牢固，通常第二年需重新灌縫，造成投入養(yǎng)護的累計費用增加；(2)夏季高溫時，瀝青體積膨脹溢出路面被行車帶走，既污染路面影響路面美觀又使得封縫材料容易流失；(3)冬季低溫時，瀝青容易發(fā)生脆斷而失去封縫作用；(4)未經過開槽處理，不能保證瀝青的灌入深度；(5)施工作業(yè)面廣、離散且作業(yè)時間長，增加了作業(yè)的危險性?？傮w來看，這類灌縫材料易發(fā)生老化而失去粘彈性質，養(yǎng)護效果不佳。適用于低等級公路。
b、溶劑型常溫改性瀝青材料灌縫
溶劑型改性瀝青，就是在普通瀝青中加入SBR 等改性劑改性而成的，常溫下具有流動性(施工時不需加熱)，具有良好的低溫穩(wěn)定性和滲透性，這種方法優(yōu)點是設備比較簡單，每套設備每天可完成800-1000m灌縫，灌縫效果較好，使用壽命一般在3-5年。缺點是材料較貴，約為8000-10000元/t，折合10元/m左右。具體方法是將溶劑型改性瀝青盛入改裝過的煤氣罐(不超過其體積的2/3)中，氣泵加壓至4MPa，向裂縫中灌入，一般灌縫2-3遍，撒細砂抹平，即可開放交通。
施工具體方法：將SBR改性乳化瀝青盛入改裝過的煤氣罐（不超過其體積的2/3）中，氣泵加壓至4MPa，向裂縫中灌入，一般灌縫2-3遍。隨后撒細砂抹平（圖5.2），即可開放交通。
c、灌縫膠處理裂縫
灌縫膠（又稱密封膠），絕大多數是從國外引進的，如美國科萊福公司的密封膠產品和美國愛特易國際公司的DF系列產品等，根據材料組成和性質可將灌縫膠分為兩類：一類為瀝青改性類；另一類為化工膠類。在選擇材料時，應根據產品特點及所在地區(qū)的氣候條件、養(yǎng)護道路的情況等綜合考慮選定，以獲得最佳的使用效果。比較常用的灌縫膠選用多種高分子聚合物等成分加工而成的瀝青橡膠類灌縫膠，具有粘結能力強、彈性好、拉伸量大、不溶于水、不滲水、高溫時不流淌、低溫時不脆斷和耐久性好等性能，由于我國目前還沒有針對瀝青路面灌縫材料的技術標準，技術性能指標控制可參考美國ASTM D6690-01規(guī)范要求。
灌縫膠處理裂縫方法的工藝概括為：半幅封閉交通→施工放樣→裂縫開槽→清槽→加熱灌縫膠→灌縫→貼封→失粘→養(yǎng)護修繕→清理現場→開放交通。
由于增加了開槽清槽步驟，使得縫面更加規(guī)整，增加了與灌縫材料的粘結性能，灌縫膠處理裂縫效果好，因而應用很廣。
d、抗裂貼處理裂縫
抗裂貼為1.3mm厚的聚合防水膜涂在0.3mm厚的抗皺重載型聚丙烯機織物上，兩種材料經嚴格工藝碾壓制成寬度97.8mm的卷材?？沽奄N適于裂縫病害已發(fā)展，面層邊部一定范圍內混合料已發(fā)生松動，但結構層尚好，單純灌縫處理不能較好解決水分浸入的情況。該方法是將病害處切槽清出，灌縫后進行抗裂貼處理，加鋪新面層.
其施工工藝可以概括為：切槽→清縫→清槽→灌密膠→涂底層油→鋪抗裂貼→加鋪新面層。聚合防水膜涂層、底層油處置以及灌縫處理有效地防止了水分的浸入，聚合防水膜涂層與下部結構層的有效聯結，以及其較小的厚度，保證上面層不會發(fā)生荷載疲勞破壞，相當寬度上的聚合防水膜涂層的存在，一定程度上分散了裂縫發(fā)展可能產生的應力集中。聚丙烯機織物有效地分散了由于聚合防水膜涂層(厚度較小)的存在，加鋪層下緣可能出現的拉應力。
e、壓縫帶處理裂縫
壓縫帶是一種以瀝青、改性劑為主要成分的寬度不等的帶狀產品，其上有一層塑料薄膜保護壓縫帶的上表面不受污染，可分為自粘型和熱粘型兩種。目前市場上使用的主要是深圳魁道公司2005年從歐洲引進的新型裂縫處置材料，自粘型壓縫帶粘度較大，粘結力強，在常溫下就可以使用；熱粘型壓縫帶使用前要用液化氣噴槍燒烤縫面，并用余溫燒烤壓縫帶使其軟化后方可使用。
用魁道壓縫帶處理過的裂縫，在裂縫之間的有很強的粘結力，裂縫兩邊區(qū)域強度得到了補充；彈性好( 低溫下仍具備) 允許周圍環(huán)境的移動；防水能力強；防止生物化學品的侵蝕能力強，封縫效果優(yōu)于傳統(tǒng)的灌縫措施，再加上使用魁道壓縫帶無需設備投入，只要一只液化氣灌和一支噴槍；無需擴縫，不會在裂縫兩邊形成更細微的裂縫；施工簡便，只需將標準寬度為12cm 的壓縫帶，根據路面裂縫的實際寬度，裁剪成需要寬度安裝快捷，只需用工具輕壓撒砂，實現即時開放交通，如果經長期觀測試驗耐久性良好可以很好的推廣使用。
f、路基沉降裂縫的處理
該類縱向裂縫處治的思路為：穩(wěn)定住路基，減小其沉降，提高瀝青路面的抗裂性能，進行車道寬度的路面鋪筑處治。
注漿處理：首先銑除開裂路段的瀝青路面，通過注漿技術，加固地基，填充填土空隙，減小路基固結沉降量。壓密注漿范圍建議以路基填方部分為主，長度為沿裂縫每端延長4m。若原填方路基下承土基為軟基，則孔深設置為揭穿軟弱土層進入硬土層0.5m～1m；若原地基承載力較好，孔深可設置為距原地基1m左右。鉆孔直徑為60mm～110mm，間距為1.5m～2m，梅花形交錯布置，注漿順序先外后內。注漿材料采用水泥漿，漿液水灰比為0.7:1～1:1。注漿壓力要適當, 壓力越大充填范圍越大, 但壓力過大, 會造成路面抬起或漿液從路堤邊坡流失，通常采用的注漿壓力為1.2MPa～1.5MPa，孔深越深，注漿壓力越大。
縱向裂縫的灌漿施工需選在天氣連續(xù)晴朗至少5 d以上，以防止縱縫內部空間存有雨水影響砂漿的灌注。灌縫后為能很好的提高路面整體強度，需灌縫后近期內無雨以保證良好的養(yǎng)生條件。
瀝青面層加筋技術:當基層處理完成，灑布粘層油后，將進行加筋瀝青混凝土的鋪筑。其主要的方法是，在基層和下面層間，下面層和中面層間增鋪抗拉強度較高玻璃纖維格柵，增強這兩個結構層的底部抗拉強度，避免基層縱向裂縫向上反射。
在基層上的格柵鋪筑完成后，應及時鋪筑下面層，有條件時，下面層可采用SBS改性瀝青作為膠結料。在下面層鋪筑完成后，灑布SBR改性乳化瀝青粘層油，再鋪筑一層玻璃纖格柵，并及時鋪筑采用SBS改性瀝青的中面層。
上述裂縫處理中，面層鋪筑寬度一般不宜小于4m，以便于攤鋪機和壓路機的施工作業(yè)。
g、美國裂縫修補技術簡介
美國公路網形成于50年前，路面養(yǎng)護經驗非常豐富，通過SHRP研究計劃，1999年制定了瀝青路面裂縫灌縫與填縫的材料與操作方法-應用手冊。對封縫材料的性能指標（PG分級性能）、施工工藝、驗收指標等提出了規(guī)定。同時提出了很多種灌縫工藝，其中6種較為典型：1）無槽貼封式，不擴槽填封材料緊貼在裂縫的上方且用專用的橡皮輥攤成約3mm厚的帶形；2)無槽帽封式，不擴槽填封材料填縫后溢滿出一些留在裂縫上自然形成一個帽形；3)方槽無貼封式，開方槽寬（深比為1），填縫材料注滿所開凹槽；4)方槽凹封式，開方槽填縫材料稍低于路面表面形成凹槽；5)方槽貼封式，開方槽，填縫材料稍高于路面；6)淺槽無帖封式，開淺槽填縫材料注滿所開凹槽無槽。
四、結束語
對于瀝青路面，應遵循“預防為主，及時處治”的原則，在設計和施工過程中通過合理的設計和高質量的施工來對裂縫進行抑制，以最大限度的減少裂縫的發(fā)生；對于已經產生的裂縫，則應結合技術、經濟、工程等條件并考慮天氣、交通等因素的影響，選擇適宜的處治技術，及時地進行處治，才有可能做到經濟、有效地控制裂縫的發(fā)展，延長路面的使用壽命。
