【技术】京沪高速公路沥青路面病害分析及养护措施研究

摘要：本文主要是对京沪高速公路沥青路面病害的原因分析和针对其病害进行养护作业实施进行了叙述，同时对高速公路沥青路面养护提出了一些建议。

关键词：高速公路 沥青路面 病害分析 养护 施工

1.基本概况

京沪高速河北段自2000年12月开通至今，由于多方面的原因，目前路面破坏较为严重，根据《公路养护技术规范》，总结出主要存在的破坏形式可分为两类：裂缝类和松散类。其中裂缝类包括有纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、网裂等；松散类包括坑槽和麻面等。全线的病害更是集中表现为横向裂缝、纵向裂缝和坑槽。

2.病害及其原因分析

2.1龟（网）裂

龟（网）裂是沥青路面常见病害之一，如图2-1。形成龟（网）裂的原因多种多样，其主影响因素为：

图2-1 龟裂

(1)气候变化。由于构成路面的基层和面层材料的膨胀系数不同，而导致路面出现网

状裂纹，加之雨水、雪水的间断式浸入，有的还带入一些尘土、杂物等，在较长时间内多次反复的裂纹、裂缝收缩、扩张，就形成了龟（网）裂，类型有轻型、中型、重型三种形式，有的因气温升高逐渐收缩，裂纹逐渐消失。

(2)路面油石比偏低。路面在行车作用下，面层产生拉弯应力。行车到某点时，由于货重和车自重都作用在轮胎上，轮胎下面的路面产生下凹，路面表面产生抗压应力，路面底面产生抗弯拉应力；车行过后，由于路面回弹，该点路面几乎全部恢复原状，路面表面由于回弹而产生抗拉应力，路面底面产生抗压应力，经过多次的行车重复作用，面层抗弯拉应力远远超过沥青和矿料间的粘结力，路面表面出现裂纹，逐渐形成轻型龟（网）裂。

(3)交通量的增加和超载运输的出现。龟（网）裂出现的数量与程度同交通量的增加和超载超限运输的出现密切相关，而且龟（网）裂的数量一年比一年增多，龟（网）裂的病害程度，由轻型向中型和重型方向发展，有的在重型的龟（网）裂的路面处出现了坑槽病害。

2.2纵向裂缝

纵向裂缝是指平行于行车方向的裂缝，如图2-2。产生的原因有四种可能性：

图2-2 纵裂

(1)在新建公路中由于碾压上的原因，出现路基未压实或两侧密实度不均匀，使路基在横向产生不均匀的沉陷。

(2)京沪高速河北段全线为填方路基，且填土高度基本上都在3m以上，个别路段达到5～6m,施工过程中容易导致路堤边部压实不足、空隙较大且排水不良，一旦下雨积水不能及时排出，使路面自由水逐渐从土路肩和边坡坡面等处浸入路堤边部，并使路堤下的地基变成横向承载能力显著不均匀的地基，路堤边部则会产生不均匀沉陷，导致在路堤下地基承载力高低交界处，即在沥青路面边部产生宽度较大的纵向裂缝，其特点是上宽下窄。此类纵向裂缝有时亦称为边缘裂缝。

(3)沥青混合料摊铺时，由于沥青面层分路幅摊铺的纵向施工接缝处理不当，造成纵向接缝处压实度未达到要求。由于压实度的不足，会使此接缝处空隙率变大。

(4)京沪公路相邻两车道长期处于荷载失调(超车道大部分车辆是轻载，而行车道大部分车辆为重载或超载)， 则在这两个车道间易形成一条纵向裂缝。

2.3横向裂缝

横向裂缝是半刚性基层沥青路面的典型病害之一，它是京沪高速河北段路面出现最多的一类裂缝形式，如图2-3，全线几乎每个标段或多或少都有横向裂缝产生。分析其主要原因有：

图2-3 横裂

(1)由于路基或填土的纵向不均匀沉陷，使沉陷处沥青路面受到的车辆荷载主要由面层承担，面层材料在车辆荷载作用下承受骤增的拉应力和骤增的剪应力的双重作用，使路面面层产生横向开裂。特别是在桥梁、涵洞或通道两头(即构造物接头处)横向裂缝非常普遍，严重处更伴有错台现象。

(2)在沥青混合料摊铺时，由于沥青面层分段摊铺时的横向施工接缝(即平接缝)未处理好，造成接缝处压实度不足、空隙率较大，形成一条横向的弱接缝，直接导致道路在服务期内横向裂缝的提前出现。

(3)温度变化导致横向裂缝，将这样的横向裂缝称为温度裂缝。温度裂缝有两种：一种是低温收缩裂缝。沥青路面材料在较高温度条件下，具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不至于产生过高的温度应力。但在冬季，随着温度下降，沥青混合料的应力松弛，若赶不上温度应力的增长，面层材料中产生收缩拉应力一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。由于路面结构的宽度有限，收缩所受到的约束小，所以低温收缩裂缝主要是横向的。另一种是温度疲劳裂缝。由于环境气温反复升降，在沥青面层中产生的温度应力反复作用于面层材料，其应力松弛性能下降，便会在沥青面层产生疲劳开裂。京沪高速河北段路线经过地区属温带大陆性气候，夏热多雨，东南风盛行，冬季寒冷干燥、多西北风。一月份平均气温-4.4℃，七月份平均气温26.6℃，极端最低气温-23.9℃，极端最高气温41.2℃，冰冻深度60cm。因此，温度变化是造成该路段横向裂缝出现的主要原因之一。

(4)地下水影响。京沪高速河北段路线自北向南，地面高程从6 m至21 m，沿线地势低平，地面纵坡小，地下水位高，一般0.8～0.6m，浅水层30～50m，多为咸水。由于地下水位较高，距路表较近，地表水流到路面基层下部，或土基处在潮湿或过潮湿状态，路面基层或土基层在低温下产生冻胀，亦会造成沥青路面面层产生横向开裂，形成反射裂缝，最终扩展至路面面层形成横向裂缝。

图2-4 坑槽

2.4坑槽

坑槽通常是龟（网）裂，松散等病害的进一步恶化，如图2-4。坑槽形成的主要原因为：

(1)水损害引起坑槽破损。水损害是引起京沪高速河北段沥青路面坑槽破损最根本的原因。该段路线经过地区属温带大陆性气候，夏热多雨，东南风盛行，年平均降水量580 mm，多集中在七、八月份。

(2)交通荷载造成坑槽破损扩展。京沪高速河北段设计交通量取该路段2019年的预测交通量，各路段设计平均日交通量为52498～73732辆/日。该段交通量到2005年6月已达80504辆/日（折合成小汽车后），已经超过了设计交通量，其中三类、四类、五类重型车总比例更是占到了48.22%，交通任务较为繁重，路面承受荷载也大。

沥青路面除了松散、网裂、唧泥和翻浆等病害会逐渐发展成坑槽破损外，由于拥包、波浪、局部沉陷、修补不良或公用事业的开挖维修等未及时进行正确养护，同样会导致路面出现坑槽破损。

3．病害处治工艺及设备

3.1 裂缝类病害

裂缝是沥青路面的常见病害，尤其在我国北方地区，受气候条件的影响，出现的裂缝更多。裂缝病害一般包括龟网裂、横缝、纵缝等，出现这些裂缝后必须对这些裂缝进行及时的修补，否则水分会通过裂缝进入内部导致水损坏的产生，使得路面进一步恶化。因此，选择合适的方法修补裂缝成了当地养护工作的重要任务，也是我国公路病害防治方面的一个重要课题。

国内外近几年处理横纵向裂缝采用的方法有灌缝修补法、乳化沥青稀浆封层、沥青混合料罩面法、现场再生维修法、裂缝贴补法，其中灌缝修补法是最常用的方法。

灌缝修补法的工艺流程如图3-1所示：

图3-1 裂缝修补工艺流程图

3.1.1  路面横向裂缝的处治方法

1、扩缝机开槽后用灌缝机灌缝：裂缝的修补采用的是橡胶沥青或改性乳化沥青专用灌封材料，其设备是通用的，形式有自行和牵引式，作业时要配开槽机（扩缝机）、清缝机、热风镐等小型机械，这些机械生产厂家比较多，具有相当高的工艺水平和实用性能，机械化的水平较高、劳动强度低。

2、防水冷材料灌缝：首先用吹风机对裂缝内的灰尘及污垢进行清除，材料经稀释后，直接采用注射方法进行施工，需要经过几次施工方能灌满裂缝。这种方法可在冬季零下15度施工，但是由于裂缝内的灰尘及污垢难以彻底清除，与路面粘贴性差，气温降低后，裂缝继续扩大。

3、裂缝贴补法：采用封缝材料对裂缝进行贴补是一种新的裂缝修补方式，技术可行、经济合理、简单快捷，是一种值得推广的沥青路面施工工艺。封缝材料是一种呈黑色带状沥青混合物，一般宽度10～20㎝不等，厚约3㎜。根据施工时有无外部加热，可分为热粘封缝材料和自粘封缝材料。

4、直接灌缝：是工人拿着装有灌缝材料的大水壶，用壶嘴对准槽缝，人工灌缝，最后用铁锹抹平。这是很原始的方法，但对处理5mm以下的裂缝是高效而实用的方法。

这种方法经济实用，但是未进行彻底的切缝、清缝，灌入的料也没有经过压实，因此填缝效果较差，防水性不理想，而且使用寿命短，不值得提倡。

机械灌缝修补法、裂缝贴补法、人工普通沥青灌缝法各有优劣，三种方法的经济技术指标对比如表3-1所示。

3.1.2  路面纵向裂缝的处治方法

降温收缩裂缝、温度疲劳裂缝、反射裂缝引起的路面纵向裂缝可开槽修补，路基冰冻引起的路面纵向裂缝须开挖修复，路基不均匀沉陷引起的路面纵向裂缝的处治方法目前主要是钻孔灌水泥浆进行路基稳定。

表3-1 裂缝处治对策技术经济指标对比表

裂缝处治技术	用贴(压)缝带贴缝	灌缝机灌缝	普通沥青灌缝
人员	4人‍	4人	4人
材料	专用贴缝带	专用密封胶	普通沥青
设备	简单设备	专用设备	简易设备
操作	易操作	易操作	很容易
施工速度	100m/人工作日	180m/人工作日	170m/人工作日
适用性	缝宽10mm以下	缝宽30mm以下	缝宽30mm以下
耐久性	3～5年	5～8年	1～2年
费用	较贵	较昂贵	便宜

3.2  松散类病害

松散类病害包括坑槽、麻皮、啃边、脱皮等，其中坑槽是主要病害。

坑槽是公路常见的病害之一。路面的基层完好时，仅面层有坑槽时，修补的方法有以下几种：填料式坑槽修补技术、挖补式坑槽修补技术、热烘式坑槽修补技术、喷射式坑槽修补技术等。

3.2.1填料式坑槽修补技术

在对坑槽内散料、杂物进行简单清理后(紧急时也不清理)，直接填放沥青混合料而后碾压成型。

3.2.2挖补式坑槽修补技术

划定维修面，按照“圆洞方补”原则划定坑槽维修面；处理坑槽，首先凿除损坏的部分，然后切缝、开挖，最后清洁维修面。吹风机烘干坑槽内的积水或水印，吹净散落小颗粒等；洒布粘层油，尽量采用机械喷洒，以保证喷洒量适宜；回填、封缝防水。

3.2.3热烘式坑槽修补技术

清理坑槽；热烘路面，切忌长时间加热，导致沥青燃烧或老化；表面耙松，在耙松过程中要剔除松料中大粒径集料以及明显烧焦老化的沥青混合料；添加新料、碾压密实，碾压后压实度要求大于95%，最后撒布石粉。

3.2.4喷射式坑槽修补技术

利用自动坑槽修补车清洁坑槽、喷洒粘层油、喷撒石屑、喷射沥青混合料。

在坑槽的修补作业中，修补材料对处治效果有明显的影响，特别是在北方，季节变化明显，冷热温差较大，冬季气候严寒，容易发生冻胀等病害，夏季水损害严重，因此对修补材料的选择更要严格要求：修补材料应具有足够的强度、修补材料应具有良好的稳定性、修补材料应具有较强的耐水性、修补材料应具有足够的耐老化性、修补材料应具有较强的抗疲劳性。

我国北方地区一年中很长时间气温很低，为了使出现坑槽的路段不受气温的限制，也可以采用预制板修补的办法，使坑槽得到修补。

当路基受到破坏时，应先针对破坏原因，处理路基病害，基层密实，稳定后，再修复面层。在寒冷地区，为了保证路面平整完好过冬，可用乳化沥青作结合料及时进行修补。不管采用何种方法，其一般的工艺流程概括归纳如图3-2所示

图3-2 坑槽修补工艺流程

3．3 变形类及其他病害

变形类病害主要包括拥包、沉陷、车辙、波浪、搓板，在这些病害中比较常见的是车辙。目前,在欧美等发达国家,对于比较浅的车辙(小于2.5cm)以及城市黑色化方面普遍使用的处理方法为微表处填补车辙或NovaChip 薄层罩面的处理方法，这些处理方法属于预防性养护的做法，与传统铣刨-加铺的处理方法相比，具有保持原有路面结构、材料和路用性能价值的特点，同时快速施工，快速恢复交通。但对于车辙深度较大的路面，简单的加铺或浅层处理显然很难达到良好的效果，必须采取矫正性的养护方式。其他病害包括泛油、磨光、翻浆、冻胀、风蚀、沙埋等（养护措施略）。

4.结束语

随着我国高速公路的里程的飞速发展，沥青路面病害也日渐突出，养护的工作面临前所未有的挑战，高速公路沥青路面病害除气候条件外，其主要原因是路面结构设计不合理，施工质量低劣。为了确保高速公路的畅通，更好地为经济建设服务，方便人们的出行，如何经济、快速、高效、高质量进行养护维修养护工作，使路面早期破损降到最小程度，确保公路使用寿命周期内的完好使用性能，是值得探讨和研究的一个重要课题。作为公路人，我们要不断总结经验、勇于探索，不断探讨养护模式和养护管理技术使公路养护管理走向科学这。