沙漠戈壁公路瀝青路面裂縫成因分析及處治措施

趙磊

（中交第二航務工程勘察設(shè)計院有限公司，湖北 武漢430060）

1 概述

G215國道柳（園）-敦（煌）公路為二級公路，起點位于柳園鎮(zhèn)，終點位于敦煌市，路線穿越沙漠戈壁。為滿足敦煌大力發(fā)展旅游的需要，同時推進甘肅省“一帶一路”國家戰(zhàn)略部署，將柳敦公路升級改造成高速公路。原有二級公路作為高速公路半幅，與新建半幅共同組成G215線柳敦高速公路，將柳園高鐵站、G30連霍高速與敦煌市直接連接起來。柳敦公路地處河西走廊內(nèi)陸，氣候干燥，降雨量小，蒸發(fā)量大，多風沙，氣溫日差較大，是典型的中溫帶大陸性荒漠氣候。由于地下水位高，地表蒸發(fā)強烈，鹽漬土在公路沿線分布較廣。

柳敦公路設(shè)計速度80km/h，路基寬度12.0m，路面全鋪，路面結(jié)構(gòu)為：4cmAC-13細粒式瀝青混凝土+5cmAM-16中粒式瀝青碎石+36cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm全深式冷再生底基層。2017年經(jīng)過一次維修改造，部分段落在路基頂面以下?lián)Q填30cm天然砂礫+30cm碎石隔斷層的方式，進行了鹽漬土處理。在區(qū)域氣候及日益增長的交通量等多種因素影響下，在通車后一、二年內(nèi)就出現(xiàn)路面裂縫，而目前原有柳敦公路升級為高速公路半幅，需處治路面病害后加鋪面層才能滿足高速公路使用要求?，F(xiàn)通過剖析路面裂縫的形成，提出具體的處治措施，為類似工程提供參考。

2 瀝青路面裂縫類型

通過對G215國道柳敦公路全線實地考察，路段內(nèi)存在的路面典型病害類型有：裂縫、坑槽、車轍，上、下行線均有分布。其中：車轍、擁包、坑槽、松散等病害較少，裂縫類病害為主。橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂，以及不規(guī)則裂縫各種類型的裂縫在路段內(nèi)均有出現(xiàn)。其中，又以縱向裂縫最為嚴重。

2.1 橫向裂縫

橫向裂縫發(fā)育長度一般為3～6m，少數(shù)已貫穿全幅（12m）；間距一般10～30m一道，部分橫向裂縫分布較為規(guī)律；縫寬且較順直，縫壁無沉陷或松散現(xiàn)象，支縫極少。

絕大部分橫向裂縫已在過往養(yǎng)護中進行過灌縫處理，采用騎縫灌縫方式，灌縫材料采用熱瀝青。而養(yǎng)護后一段時間內(nèi)，部分裂縫又重新開裂，且有繼續(xù)發(fā)育跡象（見圖1）。

圖1 瀝青路面橫向裂縫之實景

2.2 縱向裂縫

縱向裂縫是G215國道柳敦公路上最為嚴重的路面病害。調(diào)查路段內(nèi)的縱向裂縫基本分布于行車道中線及行車道邊線處。

調(diào)查路段內(nèi)的縱向裂縫較順直，支縫較少，沿著路線方向發(fā)育距離較長，一般長20～100m，部分裂縫甚至達1.5km長。裂縫縫寬一般為0.5～2cm，較為嚴重裂縫能達到3～4cm寬。根據(jù)調(diào)查路段內(nèi)的縱向裂縫有以下特點：縱向裂縫長度越長，縫寬越寬，沉陷或松散現(xiàn)象越嚴重。

絕大部分縱向裂縫已在過往養(yǎng)護中進行過灌縫處理。采用騎縫灌縫方式，灌縫材料采用熱瀝青。而養(yǎng)護后一段時間內(nèi)，部分裂縫又重新開裂，且會繼續(xù)產(chǎn)生凹陷，沉陷或松散現(xiàn)象愈發(fā)嚴重（見圖2）。

圖2 瀝青路面縱向裂縫之實景

3 路面裂縫成因分析

3.1 氣溫導致的開裂

G215國道柳敦公路地處沙漠戈壁區(qū)，自然環(huán)境惡劣，氣溫日差較大，項目區(qū)最高氣溫35～37℃，最低氣溫-10.4～-28℃（見表1）。

瀝青混凝土可依據(jù)材料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性來抵抗氣溫對路面的影響，但水穩(wěn)基層作為半剛性材料，在溫度變化較大的情況下，較易出現(xiàn)裂縫。面層層底拉應力過大時，就會反射至瀝青面層形成反射裂縫。而且，沙漠戈壁區(qū)冬天溫度很低，瀝青面層溫度應力來不及通過應力松弛抵消，逐漸積累，使瀝青面層產(chǎn)生溫縮裂縫[1]。橫向裂縫大部分屬于基層開裂反射裂縫或瀝青層低溫收縮產(chǎn)生的裂縫。因此，氣溫也是裂縫經(jīng)過灌縫處治后仍會發(fā)育開裂的原因之一。

3.2 路面材料選擇不當

柳敦公路線路較長，且初期投資較少，路面材料選擇了工藝較為成熟的AC-13密級配混合料和AM-16瀝青碎石。雖說AC類混合料有多個優(yōu)點，但施工中大多按照規(guī)范要求采用中值級配。工程應用表明，取規(guī)范中值級配的混合料離析現(xiàn)象比較突出、壓實困難、容易產(chǎn)生水損害。同時，靠近規(guī)范中值的AC混合料為懸浮密實結(jié)構(gòu)，粗集料在混合料中呈懸浮狀態(tài)。因此，該結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性欠佳，在高溫、重載交通的作用下，路面出現(xiàn)裂縫的幾率很大。

3.3 鹽漬土對路基、路面的影響

公路沿線范圍內(nèi)鹽漬土分布廣泛，屬于河西走廊-阿拉善漠境堿化、戈壁氯鹽-硫酸鹽鹽漬土片區(qū)邊緣地帶，土層大多可劃分為弱-中氯鹽漬土，局

表1 敦煌氣象站多年平均氣象資料一覽表 單位：℃部為硫酸-亞硫酸鹽漬土。

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鹽漬土鹽脹松脹作用對路基影響極大，氣溫日差大時，鹽漬土地基反復凍融，導致路基變形，最終導致路面產(chǎn)生裂縫。鹽漬土對路面材料的影響也較大，鹽分隨毛細水上升至路面后，使材料本身有較大的結(jié)晶壓力[2]，致使路面開裂；鹽分對瀝青也有一定的腐蝕作用，能降低瀝青的抗剪性能[3]，降低瀝青與集料的粘附性，加速了瀝青路面裂縫的發(fā)育。

在柳敦公路升級改造開挖涵洞基坑處觀察裂縫情況，發(fā)現(xiàn)裂縫貫通至碎石墊層處，而碎石墊層以下無裂縫發(fā)育。取路面結(jié)構(gòu)層以下裂縫兩側(cè)填土檢測含鹽量，檢測結(jié)果如表2所列。圖3為瀝青路面裂縫豎向剖面之實景。

表2 探坑內(nèi)土樣檢測結(jié)果一覽表

圖3 瀝青路面裂縫豎向剖面之實景

由檢測結(jié)果可知，路床填土含鹽量較少，路堤填土含鹽量較高，說明裂縫形成的原因是由路基鹽脹松脹，以及鹽分隨裂縫上升至路面，侵蝕路面材料兩方面原因?qū)е碌摹?/p>

3.4 過往施工質(zhì)量問題

柳敦公路歷史上經(jīng)歷過數(shù)次維修改造，路基由最初的9m擴寬至現(xiàn)在的12m，施工質(zhì)量直接影響公路質(zhì)量。路基拼寬施工質(zhì)量不好導致路基不均勻沉降。不均勻沉降過大時，路面層底拉應力過大，導致路面形成長大縱向裂縫；路基隔斷層施工質(zhì)量不好導致鹽分隨毛細水上升至路基，鹽漬土的鹽脹松脹導致路面網(wǎng)裂；路基兩側(cè)邊坡無防護，直接受到生態(tài)漫灌水沖刷，影響路基穩(wěn)定，導致路基滑移，最終影響路面結(jié)構(gòu)形成裂縫（見圖4）。

圖4 路基邊坡滑移之實景

4 處治措施

4.1 注漿加固路基

對于路基開裂導致的路面裂縫，挖除原路面面層后，采用小型鉆機鉆穿水穩(wěn)層，鉆入路基，進行豎向花管注水泥漿加固。通過花管注漿的方法，使得土體強度在注漿中得到提高，改善地層狀態(tài)，提高路基的穩(wěn)定性，減小路基不均勻沉降，把路面沉降控制在合理的范圍內(nèi)，達到預期的效果[4]。

4.2 灌縫

對于裂縫寬度較小的輕度裂縫，結(jié)合國內(nèi)成功應用的經(jīng)驗，鹽漬土地區(qū)的灌縫處治施工工藝大致如下:采用手動切割機對縫寬小于2mm的裂縫擴縫，使其縫寬大于2mm；以工程用水清洗裂縫，消除鹽分對灌縫材料和路面材料的后續(xù)影響；用鼓風機清除縫中雜物，以免影響灌縫效果；采用密封膠灌縫。

4.3 貼抗裂貼

對于裂縫寬度大于3mm，縫壁散落嚴重，支縫多的裂縫應定義為重度裂縫。對于重度裂縫應沿裂縫外輪廓的裂縫發(fā)育方向銑刨病害范圍內(nèi)上、下面層并進行擴槽。擴槽銑刨后，采用大功率空壓機將槽底、槽壁清理干凈。接著，對槽底發(fā)育的裂縫進行密封膠灌縫。然后，在槽底裂縫上鋪設(shè)抗裂貼，即在水穩(wěn)層上鋪設(shè)抗裂貼。最后，重鋪路面面層。

抗裂貼是以工程纖維機織物為表面增強層，工程纖維氈為胎基，聚合物改性瀝青為上下浸漬涂層，聚酯膜為底面隔離膜，具有自粘防水與抗裂等功能，被廣泛運用于路面裂縫處治（見圖5）。

圖5 沿縫抗裂貼之實景

4.4 加鋪上面層

在做好下部裂縫處治措施后，加鋪SMA上面層。SMA屬于骨架密實結(jié)構(gòu)，是按照內(nèi)摩擦角最大的原則，以間斷級配的粗集料形成相互嵌擠的礦料骨架；然后按照空隙率較小的原則，以瀝青瑪蹄脂填充骨架的空隙，形成一種骨架密實結(jié)構(gòu)的瀝青混合料。SMA混合料的高溫穩(wěn)定性，低溫抗裂性都優(yōu)于AC混合料，而且SMA混合料構(gòu)造深度大，抗滑性能好。因此，SMA混合料是沙漠戈壁公路比較好的面層材料選擇。

根據(jù)柳敦公路養(yǎng)護歷史，處治前，基本每年均需進行灌縫處治，且處治效果不理想。經(jīng)過以上幾種措施處治裂縫后，根據(jù)跟蹤觀測，效果顯著，路面裂縫不易再次開裂，耐久性得到較大提高（見圖6）。

5 結(jié) 論

（1）沙漠戈壁地區(qū)公路裂縫類病害影響因素有很多，氣候的影響，路面材料的選擇，鹽漬土的侵蝕，過往施工質(zhì)量的問題為主要因素。

（2）選擇耐高溫、低溫的路面材料，做好土工布隔斷層隔斷鹽漬土，可以從一定程度上解決裂縫病害的“禍根”。

圖6 處治后路面效果之實景

（3）對于已經(jīng)形成的裂縫可根據(jù)裂縫形成原因采用注漿加固路基、灌縫、貼抗裂貼、加鋪上面層等處治措施，可阻礙裂縫的進一步發(fā)展。

（4）從對G215國道路面裂縫形成的思考，以及處治措施，可以借鑒到其他沙漠戈壁公路裂縫處治中去，為同類項目提供思路。