田建平

（甘肅省張掖公路事業(yè)發(fā)展中心肅南公路段，甘肅 張掖 734000）

0 引言

瀝青路面裂縫是常見的路面問題，對道路的使用壽命和安全性產(chǎn)生重要影響。通過引入文章所要探討的瀝青路面裂縫成因及防治措施，可以更好地了解瀝青路面裂縫形成的成因，并制定出相應(yīng)有效的預(yù)防和治理策略，以延長路面的使用壽命和提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

1 瀝青路面裂縫防治的意義

裂縫是瀝青路面老化、劣化和結(jié)構(gòu)破壞的典型標(biāo)志，嚴(yán)重影響車輛行駛的平順性和安全性，如圖1 所示。裂縫和坑洼會導(dǎo)致車輛顛簸，增加剎車距離，降低車輛的穩(wěn)定性和操控性能[1]。

圖1 公路瀝青路面裂縫

在惡劣天氣條件下，如雨天或雪天，裂縫中積水或結(jié)冰更容易導(dǎo)致事故發(fā)生。一旦路面出現(xiàn)裂縫，水分和其他外界因素會侵入路面內(nèi)部，導(dǎo)致瀝青材料的進(jìn)一步損壞和沉降，加速路面衰敗過程。通過有效裂縫防治措施，可以及時修復(fù)已有的裂縫，并預(yù)防裂縫再次發(fā)生或擴(kuò)大，從而減緩路面老化速度，延長道路使用壽命，減少維護(hù)和養(yǎng)護(hù)成本，提升道路的平整度和平順度，減少車輛行駛時的不適感，提高道路的安全性和舒適性。

2 瀝青路面裂縫成因分析

2.1 溫度變化引起的熱脹冷縮應(yīng)力

2.1.1 溫度變化對瀝青路面的影響

瀝青是一種具有較高溫度敏感性的材料，其特性會隨著溫度的變化而發(fā)生改變[2]。在日常氣溫的變化下，瀝青會發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，由此產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)溫度升高時，瀝青會因?yàn)闊崦浂鄳?yīng)膨脹，導(dǎo)致路面表面產(chǎn)生張彎應(yīng)力，該過程中，瀝青層內(nèi)部的應(yīng)力隨溫度的升高而增大，超出其承受范圍，導(dǎo)致裂縫的形成。然而，當(dāng)溫度降低時，瀝青則會因?yàn)槔淇s而收縮，使路面受到彎曲拉應(yīng)力，在路面中產(chǎn)生裂縫，并隨溫度的降低而增加。

2.1.2 熱脹冷縮引起的應(yīng)力累積

瀝青路面的溫度變化速率較慢，但變化范圍廣，會導(dǎo)致熱脹冷縮應(yīng)力的積累。在晝夜溫差較大的地區(qū)，瀝青路面會經(jīng)歷晝夜溫度差異的反復(fù)作用，不斷重復(fù)引起瀝青路面的熱脹冷縮，如果瀝青的應(yīng)力超過其承載極限，就會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展[3]。此外，瀝青層中不同部位的溫度變化速率與幅度也可能不同，使瀝青層內(nèi)部存在不均勻的熱脹冷縮應(yīng)力分布。例如，陽光直射的區(qū)域溫度升高更快，而陰涼處溫度變化較緩慢，這種不均勻應(yīng)力分布也容易導(dǎo)致瀝青路面裂縫產(chǎn)生。

2.2 車輛荷載引起的動態(tài)荷載應(yīng)力

2.2.1 車輛荷載對瀝青路面的影響

車輛荷載是瀝青路面裂縫的另一個重要成因。車輛通行時對路面施加動力作用，所產(chǎn)生的荷載會導(dǎo)致路面應(yīng)力的變化，產(chǎn)生間歇性荷載或沖擊荷載，稱為脈沖荷載。這種荷載會對瀝青路面產(chǎn)生瞬時應(yīng)力，引起局部彎曲和剪切應(yīng)力的集中。車輛的靜止負(fù)荷（停車或等紅綠燈）也會對路面施加持續(xù)的垂直應(yīng)力，導(dǎo)致路面的擠壓和變形。不同類型的車輛、車輛重量以及車輛速度都會給瀝青路面造成不同程度的影響，包括彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，導(dǎo)致路面材料的變形和疲勞損傷。

2.2.2 動態(tài)荷載引起的應(yīng)力分布不均

由于車輛行駛速度和方向的變化，動載荷會在路面結(jié)構(gòu)中引起不均勻的應(yīng)力分布。

一方面，車輛通過瀝青路面時產(chǎn)生的荷載會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生波動傳遞，導(dǎo)致應(yīng)力集中。例如，車輛的前后軸之間，由于輪胎與路面的接觸面積有限，荷載會更集中在這些區(qū)域，從而增加路面的應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，由于車輛的不規(guī)則行駛，荷載在路面上的分布不均勻[4]。例如，彎道行駛時，車輛的橫向力會導(dǎo)致路面發(fā)生橫向位移和變形，引起路肩區(qū)域的應(yīng)力集中。同時，車輛在加速和制動過程中產(chǎn)生的縱向力也會引起路面的應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致瀝青路面中的部分區(qū)域承受較大的應(yīng)力而發(fā)生裂縫，尤其在重載車輛或交通繁忙區(qū)域。

2.3 瀝青材料屬性和工程施工質(zhì)量問題

2.3.1 瀝青材料的特性與性能

瀝青作為道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中主要使用的材料，其特性和性能，包括黏度、塑性和穩(wěn)定性等，對于路面裂縫的形成和發(fā)展起著重要的作用。黏度反映瀝青的流動性，黏度過高會導(dǎo)致在溫度變化下瀝青路面的應(yīng)力集中和裂縫形成。瀝青的塑性決定其耐變形能力，強(qiáng)度和柔韌性較差的瀝青容易破裂和開裂。瀝青的穩(wěn)定性則體現(xiàn)在其抗老化和抗氧化能力，不穩(wěn)定的瀝青容易在長期使用過程中發(fā)生裂縫和劣化[5]。此外，瀝青材料的級配、添加劑和改性技術(shù)也會對其性能產(chǎn)生影響，良好的級配可以提供均勻的瀝青顆粒分布，增強(qiáng)路面的密實(shí)性和抗水性。

2.3.2 工程施工質(zhì)量對路面裂縫的影響

工程施工質(zhì)量問題可能導(dǎo)致瀝青混凝土密實(shí)度不充分，使路面存在孔隙和空隙，成為水分和雜質(zhì)的滲入通道，加速路面破壞和裂縫的產(chǎn)生，降低路面的耐久性和承載能力。瀝青混合料的配合比和質(zhì)量對路面的穩(wěn)定性和耐久性起著重要作用，過高或過低的瀝青含量都會導(dǎo)致路面裂縫的形成。同時，混合料攪拌、鋪設(shè)和壓實(shí)過程中的質(zhì)量控制問題也會影響路面的整體品質(zhì)和承載能力。此外，進(jìn)行瀝青路面鋪設(shè)前，預(yù)處理、刨銑層處理等工藝步驟也是影響工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如出現(xiàn)未充分清理表面垃圾、軟基處理不當(dāng)?shù)葐栴}，則可能導(dǎo)致后續(xù)瀝青路面的不均勻變形和裂縫的產(chǎn)生。

2.4 外界環(huán)境因素對路面的影響

2.4.1 水分滲入與凍融循環(huán)

水分滲入通過瀝青路面的微裂縫和孔隙進(jìn)入瀝青層面內(nèi)部，這些微裂縫和孔隙可能由各種因素引起，如瀝青老化、車輛荷載和溫度變化。一旦水分進(jìn)入路面內(nèi)部，將與瀝青材料發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，并逐漸破壞瀝青的黏結(jié)性能，改變?yōu)r青混合料的力學(xué)性能，減弱路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，在寒冷地區(qū)，水分會在凍結(jié)期間膨脹，造成凍融循環(huán)的損害，導(dǎo)致路面表面破裂和剝離。凍融循環(huán)指水在凍結(jié)和解凍過程中的體積變化，當(dāng)水在低溫下凍結(jié)時，其體積會擴(kuò)大，產(chǎn)生向外的壓力，從而導(dǎo)致瀝青路面層的破裂和變形，甚至引發(fā)裂縫。

2.4.2 化學(xué)物質(zhì)侵蝕與污染

化學(xué)物質(zhì)的侵蝕和污染也是影響瀝青路面的重要因素之一[6]。車輛排放物、道路清潔劑、化學(xué)草劑等都可能對瀝青材料產(chǎn)生腐蝕和損害，如酸雨、石油產(chǎn)品和氮氧化物，將與瀝青發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青的變質(zhì)和老化，失去其黏結(jié)性能，降低路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，進(jìn)而易于形成裂縫。含有氯離子道路清潔劑會溶解瀝青的黏合劑，導(dǎo)致路面松散和破壞。此外，化學(xué)草劑可能滲入瀝青路面下層，破壞其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

3 瀝青路面裂縫防治措施分析

3.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

3.1.1 彈性層和黏性層的合理配置

彈性層通常采用瀝青混凝土或其他彈性材料，具有較好的柔韌性和變形能力，能夠分散和承受車輛荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，如圖2 所示。在路面結(jié)構(gòu)中，彈性層位于路面表層下方，可以通過減少應(yīng)力傳遞到下層結(jié)構(gòu)來防止裂縫和變形的形成。合理選擇彈性層的厚度和材料性能是確保路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。

圖2 瀝青路面彈性層和黏性層車輛荷載

黏性層，也稱為瀝青黏結(jié)層或?yàn)r青封層，主要用于連接路面表層和基層，起到黏結(jié)和平整化作用，可以增加路面的平滑度和防水性能，降低水分進(jìn)入路面的概率。同時，黏性層還可以減震和緩解路面應(yīng)力，并為上層提供一定的支撐力。合理配置彈性層和黏性層需考慮路面材料的特性和受力情況，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，選擇不同的彈性層材料和厚度，以及黏性層厚度，從而提高承載能力和表面質(zhì)量，延長路面使用壽命。

3.1.2 加強(qiáng)支撐和抗剪性能的措施

為提高路面結(jié)構(gòu)的支撐能力和抗剪性能，可以采用加固技術(shù)，常見的加固方法包括在路面基層中加入加筋材料，如鋼筋、玻璃纖維等，以增強(qiáng)路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，可以采用復(fù)合材料加固等現(xiàn)代加固技術(shù)，提高路面的承載能力和抗變形性能。選用合適的基層材料對路面結(jié)構(gòu)的支撐能力也起著重要作用，基層材料應(yīng)具備足夠的剛性和穩(wěn)定性，以支撐上層結(jié)構(gòu)的載荷并保持平整性。常見的基層材料包括砂石、碎石及混凝土等[7]。設(shè)計(jì)和施工過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的基層材料，并確保其充分密實(shí)。另外，通過合理配置黏性層和基層材料，可以提高路面結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度，使其能夠承受來自車輛荷載和溫度變化引起的剪切力。

3.2 施工工藝和質(zhì)量控制的改進(jìn)

3.2.1 瀝青混合料配合比優(yōu)化

通過優(yōu)化瀝青混合料的配合比，可以提高路面的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性。結(jié)合實(shí)際工程要求和材料特性，通過試驗(yàn)室試驗(yàn)和工程實(shí)踐，確定出最佳配合比，以提高瀝青混合料的質(zhì)量和性能。配合比的優(yōu)化需確定瀝青含量，以保證瀝青與骨料的充分黏結(jié)，并提供足夠的柔韌性和抗剪性能。正確選擇骨料的級配和種類，確保骨料間空隙合適，提供良好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。此外，加入適量的填料和添加劑，可以填補(bǔ)骨料間的孔隙，增強(qiáng)材料致密性和抗水性。

3.2.2 施工溫度和壓實(shí)控制要求

合理控制施工溫度和壓實(shí)過程可以保證瀝青混合料的致密性，提高路面的穩(wěn)定性和承載能力。施工溫度需要根據(jù)瀝青混合料的類型和環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。施工溫度過高會導(dǎo)致瀝青熱變形和流動性增加，降低瀝青的黏結(jié)性能和路面質(zhì)量，施工溫度過低則會延長瀝青凝固時間，難以形成均勻密實(shí)的路面結(jié)構(gòu)，影響路面的強(qiáng)度和平整度。因此，施工前需進(jìn)行溫度控制測試，并準(zhǔn)確控制瀝青混合料的施工溫度。壓實(shí)過程對于提高路面的密實(shí)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。壓實(shí)過程需確保瀝青混合料具有足夠的可塑性，以便在振動或滾動作用下產(chǎn)生足夠變形。但同時需要注意不要過度壓實(shí)，避免破壞骨料的結(jié)構(gòu)和損壞瀝青的黏結(jié)性能。因此，壓實(shí)工藝需根據(jù)瀝青混合料的特性和設(shè)備的類型進(jìn)行調(diào)整，并配合合適的振動頻率和滾輪壓力。

3.3 維護(hù)和養(yǎng)護(hù)策略的制定

3.3.1 定期檢查和及時維修措施

通過定期檢查路面狀況，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理裂縫、坑洞、凹陷等問題，包括目視檢查和檢測儀器的應(yīng)用。目視檢查可以檢查路面的平整度、均勻性和邊緣狀況等，發(fā)現(xiàn)明顯的損壞和變形。檢測儀器如振動傳感器、紅外線掃描儀等可以提供更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的信息，從而指導(dǎo)維修和養(yǎng)護(hù)工作[8]。一旦發(fā)現(xiàn)路面問題，應(yīng)采取及時維修措施進(jìn)行修補(bǔ)，維修措施包括裂縫灌縫、熱補(bǔ)修、冷補(bǔ)修、翻新等。需根據(jù)具體情況選擇合適的維修方法，并確保維修材料質(zhì)量和施工工藝的準(zhǔn)確性，從而防止損壞擴(kuò)大，減少交通事故風(fēng)險(xiǎn)，保持路面平整度和安全性。

3.3.2 預(yù)防性和提前維護(hù)的重要性

通過采取預(yù)防性措施，在問題發(fā)生前預(yù)測和預(yù)防路面損壞，提前對路面進(jìn)行維護(hù)。預(yù)防性措施包括清理路面上的垃圾、積水、落葉等雜物，防止其堵塞排水系統(tǒng)和引起腐蝕；確保排水系統(tǒng)的暢通，防止水分滲入路面，造成損壞；嚴(yán)格執(zhí)行限載政策，避免過重車輛荷載對路面造成影響；及時進(jìn)行瀝青封層或微表面翻新，以保護(hù)路面，并修復(fù)表面裂縫和損壞；合理規(guī)劃交通流量，避免交通堵塞和頻繁的制動加速，減少路面磨損和變形[9]。通過上述預(yù)防性措施，可以有效降低路面損壞風(fēng)險(xiǎn)，減少修復(fù)和養(yǎng)護(hù)成本，并延長路面使用壽命。

4 結(jié)語

通過分析瀝青路面裂縫成因及防治措施，可以看出預(yù)防裂縫是保持路面質(zhì)量和延長使用壽命的關(guān)鍵。采用合理的路面設(shè)計(jì)、材料選擇和施工工藝，加強(qiáng)支撐能力和抗剪性能，以及定期維護(hù)和快速修復(fù)等措施，能夠有效預(yù)防和治理裂縫，提高路面質(zhì)量和交通安全性。