連霍高速三門峽段改擴(kuò)建路面縱向裂縫成因及治理措施

劉津源,職子涵

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450000)

連霍高速公路三門峽段位于豫西重丘陵山區(qū)、道路線形曲折、地質(zhì)地況地貌復(fù)雜,氣候變化大、路況多變,有團(tuán)霧多發(fā)、隧道群和連續(xù)長大下坡等路段,且重載超載車輛多,導(dǎo)致路面病害頻繁發(fā)生,一直是交管部門督辦的重點(diǎn)危險(xiǎn)路段。隨著道路使用時(shí)間的增長,路面的使用壽命在逐漸降低,不可避免地出現(xiàn)各種裂縫病害。裂縫是高等級(jí)公路的常見病害,危害在于從裂縫處滲入的水分使基層甚至路基軟化,導(dǎo)致路面承載能力下降。若不及時(shí)處治,隨著車輛荷載的反復(fù)作用和時(shí)間的推移,裂縫病害會(huì)引發(fā)相關(guān)病害,如路面松散、坑槽、沉陷等病害,甚至深入路面基層,導(dǎo)致路面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。因?yàn)椴『Χ际窍嚓P(guān)的,其發(fā)生就像連鎖反應(yīng),會(huì)加速路面破壞。因此,及時(shí)地進(jìn)行路面病害處治,對(duì)延長道路使用壽命至關(guān)重要。

1 瀝青路面病害

現(xiàn)行規(guī)范《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)中將公路瀝青路面病害分為11類,分別為龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪擁包、泛油、修補(bǔ)[1]。

我國的高速公路路面結(jié)構(gòu)基本上都是以“半剛性基層和瀝青面層的組合”為主,高速公路半剛性基層瀝青路面的損壞形式可以分為四大類:裂縫類、松散類、變形類和其他類。再進(jìn)一步劃分,裂縫類常見的有龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫;松散類常見的有坑槽、松散;變形類常見的有沉陷、車轍、波浪擁包;其他類常見的有泛油、修補(bǔ)損壞[2]。

相關(guān)調(diào)查顯示,高速公路出現(xiàn)的病害有裂縫、松散、坑槽、車轍、擁包、修補(bǔ)損壞、橋頭跳車等,其中最典型的病害可歸納為裂縫、坑槽、車轍、橋頭跳車這幾類,但首當(dāng)其沖的病害就是裂縫病害。裂縫的產(chǎn)生破壞了瀝青路面的整體性和連續(xù)性,水分通過裂縫滲入基層,侵蝕路基,導(dǎo)致路面承載力降低,還為凍融提供了條件,裂縫成為目前無法避免和根治的一種路面破壞形式。

瀝青路面上的裂縫有橫向、縱向、網(wǎng)裂和龜裂,在高速公路上縱向裂縫病害最常見。因此下面重點(diǎn)研究路面的縱向裂縫,并以河南省境內(nèi)改擴(kuò)建的連霍高速公路為依托工程,選取有代表性的路段進(jìn)行路面病害調(diào)查分析,分析縱向裂縫的成因,并根據(jù)成因給出針對(duì)性的處理措施。

2 路面縱向裂縫調(diào)查及原因分析

該段連霍高速公路改擴(kuò)建時(shí),部分路段采用“雙側(cè)拼寬的方式”進(jìn)行加寬,調(diào)查發(fā)現(xiàn),路面右幅自西向東方向在第三車道右側(cè)輪跡帶位置出現(xiàn)了不同程度的縱向拼接裂縫,裂縫距右側(cè)車道邊緣線距離普遍為1.1～1.3 m,裂縫長度較長,大部分均在20～30 m以上,部分嚴(yán)重縱縫伴隨沉陷、龜裂、錯(cuò)臺(tái)等病害。

2.1 縱向拼接裂縫分類

路面縱向裂縫,指的是與行車方向基本平行的裂縫。根據(jù)實(shí)際調(diào)查,路面縱向拼接裂縫表現(xiàn)特征不同,比對(duì)現(xiàn)行路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范,將其按輕重程度分為以下幾類。

(1)輕度縱縫。病害特征為:單一縱縫,走向筆直,周圍無其他病害,裂縫寬度較窄,大部分路段日常灌縫后還未開裂,全線分布較多,縱縫分布斷斷續(xù)續(xù),無清晰分界點(diǎn)。

(2)中度縱縫。病害特征為:單一縱縫,走向筆直,局部存在少量支縫,裂縫寬度稍寬,灌縫膠已開裂,裂縫較為連續(xù),一般長度可達(dá)100 m以上。

(3)重度縱縫。病害特征為:裂縫寬度較寬,縱縫處往往伴隨有沉陷、龜裂、輕微錯(cuò)臺(tái)等病害,部分位置反復(fù)修補(bǔ)不良,沉陷寬度一般為20～30 cm。

2.2 路面鉆芯取樣

針對(duì)第三車道縱縫問題,在現(xiàn)場進(jìn)行路面鉆芯取樣檢測(cè),根據(jù)病害調(diào)查結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,采用Φ150 mm、取芯深度為700 mm的標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)對(duì)具有代表性的路面進(jìn)行鉆芯取樣[3]。

2.2.1 路面結(jié)構(gòu)層厚度

根據(jù)現(xiàn)場鉆芯取樣結(jié)果進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)調(diào)查,路面各結(jié)構(gòu)層厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)層厚度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)取芯結(jié)果,可以看出上面層厚度和面層總厚度基本滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的驗(yàn)收要求,查閱該路段歷年改造設(shè)計(jì)資料,將檢測(cè)得出的各層位厚度與原設(shè)計(jì)路面各層厚度進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)上、中面層平均厚度與設(shè)計(jì)值基本一致。新加寬部分的下面層均值10 cm,設(shè)計(jì)值12 cm;上基層平均值15 cm,設(shè)計(jì)值17 cm。

2.2.2 路面病害發(fā)展情況

對(duì)調(diào)查路段的具體路面病害進(jìn)行歸納整理,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 路面病害情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)取芯和路面病害調(diào)查結(jié)果,分析得出以下結(jié)論。

(1)重度縱縫取芯,面層芯樣完全開裂,上基層完全松散,孔內(nèi)觀察四周側(cè)壁脫空松散現(xiàn)象嚴(yán)重,重度縱縫一般位于距右側(cè)標(biāo)線1.1 m位置。

(2)中度縱縫取芯,面層完全開裂,面層裂縫為改擴(kuò)建新老路面中下面層拼接位置,基層一般較為完整為改擴(kuò)建前老路基層,孔內(nèi)觀察右側(cè)新路加寬方向的取芯孔側(cè)壁基層脫空松散現(xiàn)象嚴(yán)重,中度縱縫一般位于距右側(cè)標(biāo)線1.3 m位置。

(3)輕度縱縫取芯,面層部分開裂,面層裂縫為改擴(kuò)建新老路面中下面層拼接位置,基層較為完整為改擴(kuò)建前老路基層,孔內(nèi)觀察右側(cè)新路加寬方向的取芯孔側(cè)壁基層部分存在松散現(xiàn)象,輕度縱縫一般位于距右側(cè)標(biāo)線1.3 m位置。

2.3 路面裂縫原因分析

瀝青路面上的裂縫有多種,其形成的原因也是多樣,有時(shí)是多種原因共同作用造成的,需要具體原因具體分析。通過查閱改擴(kuò)建施工圖紙(如圖1所示),對(duì)比現(xiàn)場裂縫位置,結(jié)合各類縱縫處路面鉆芯取樣結(jié)果,分析縱向拼接裂縫形成的原因如下。

(1)改擴(kuò)建前連霍高速老路硬路肩寬2.5 m,從改擴(kuò)建設(shè)計(jì)圖紙上看,改擴(kuò)建新老路面中下面層拼接位置應(yīng)在距離左側(cè)標(biāo)線1.9 m位置,然而在現(xiàn)場取芯發(fā)現(xiàn)新老路面中下面層拼接位置基本位于距離左側(cè)標(biāo)線2.45～2.65 m位置,相當(dāng)于位于老路路面邊緣。

(2)根據(jù)改擴(kuò)建原設(shè)計(jì)圖紙,結(jié)合現(xiàn)場縱縫取芯情況,改擴(kuò)建新老路面層、基層拼接位置剛好位于第三車道右側(cè)輪跡帶,長時(shí)間受到車輛荷載作用,新舊路面銜接的位置是薄弱部位,接縫處壓實(shí)度很難完全保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求[4],壓實(shí)不到位的地方,在車輛荷載的長時(shí)間作用下容易產(chǎn)生縱向開裂,是縱向裂縫大規(guī)模產(chǎn)生的主要原因。

(3)連霍高速為雙向八車道,第三車道往往是重載貨車最習(xí)慣行駛的車道,重載交通作用加速了縱向裂縫的產(chǎn)生,加劇了縱向裂縫的嚴(yán)重程度。

(4)在改擴(kuò)建拼寬部分基層施工時(shí),受到老路基層的影響,拼寬部分新鋪水穩(wěn)基層混合料邊部易發(fā)生離析,同時(shí)不易碾壓密實(shí),造成目前取芯看到的松散脫空狀況,引發(fā)了縱縫伴隨沉陷、龜裂等病害。

(5)輕度縱縫和中度縱縫取芯發(fā)現(xiàn)面層為新老路面拼接位置,基層為老路基層,較為完整,但中度縱縫孔內(nèi)觀察右側(cè)新路加寬方向的取芯孔側(cè)壁基層脫空松散現(xiàn)象嚴(yán)重,結(jié)合改擴(kuò)建路面拼寬圖紙,確定輕、中度縱縫為改擴(kuò)建面層拼接縫位置。此位置剛好位于第三車道右側(cè)輪跡帶區(qū)域,在重載交通的反復(fù)作用下,加上基層拼接處新路基層松散,兩種原因的綜合作用下,原18 cm厚面層拼接縫很快穿過4 cm加鋪罩面層反射至路表,形成縱向裂縫。

(6)新舊路基銜接處往往是路基的薄弱部位。調(diào)查顯示,拼寬部分新路基和原有舊路基的壓實(shí)、沉降程度不一致,加之新舊路基銜接部位路基很難壓實(shí),壓實(shí)度不均勻,產(chǎn)生了一定程度的不均勻沉降,導(dǎo)致路面基層開裂,在路面產(chǎn)生縱向反射裂縫,是重度縱向裂縫、錯(cuò)臺(tái)和沉陷病害產(chǎn)生的主要原因。

(7)此外,重度縱縫取芯發(fā)現(xiàn)面層為新路面層結(jié)構(gòu),基層大部分松散嚴(yán)重,距左側(cè)標(biāo)線一般為2.65 m,結(jié)合改擴(kuò)建路面拼寬圖紙,確定重度縱縫為改擴(kuò)建基層拼接位置?；鶎铀缮?經(jīng)分析,是在改擴(kuò)建新路基層施工時(shí),新老路基層拼接位置受到老路基層影響,水穩(wěn)基層混合料邊部易發(fā)生離析,同時(shí)不容易碾壓密實(shí),造成目前的松散狀況,在重載車輛的不斷作用下,出現(xiàn)縱縫伴隨沉陷病害,裂縫逐步變寬,出現(xiàn)支縫。同時(shí)雨水通過裂縫進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部,在車輛反復(fù)碾壓的作用下,出現(xiàn)龜裂、唧漿等次生病害。

3 路面縱向裂縫處治措施

裂縫病害是瀝青路面的常見病害,大部分高速公路路面病害的防治是從延緩瀝青路面開裂的時(shí)間、裂縫產(chǎn)生的條數(shù)、開裂可能造成的進(jìn)水等方面進(jìn)行預(yù)防及修補(bǔ),可見裂縫病害的處治是路面日常養(yǎng)護(hù)的重要一環(huán),因此需要高效的處治措施,才能事半功倍。

3.1 常見的處治措施

對(duì)于瀝青路面的縱向裂縫,常見的處治措施就是灌縫處理。根據(jù)裂縫寬度的大小進(jìn)行分類處理,縫寬在5 mm以內(nèi)的,直接進(jìn)行灌封處理;縫寬在5 mm以上的,應(yīng)進(jìn)行切縫后再灌封處理[5]。

3.2 針對(duì)性的處治措施

連霍高速三門峽段項(xiàng)目沿線地形非常復(fù)雜,尤其是山嶺區(qū),山大溝深,且通行車輛較多,日均車流量達(dá)2萬多輛,最高流量可達(dá)8萬余輛,給路面病害處治從設(shè)計(jì)到實(shí)施都帶來一定的難度。根據(jù)依托工程的裂縫病害調(diào)查、鉆芯取樣結(jié)果和原因分析,結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)和實(shí)際情況,針對(duì)上述類型的縱向裂縫,建議采取的措施如下。

3.2.1 輕度縱縫處治

對(duì)于輕度縱縫,由于病害程度較輕且全線分布較廣,路段分散不連續(xù),采用高聚物注漿進(jìn)行處治,跟蹤觀察其對(duì)延緩輕度裂縫繼續(xù)發(fā)展的效果。

3.2.2 中度縱縫和重度縱縫處治

對(duì)于中度縱縫和重度縱縫,考慮目前僅存在少量支縫,無其他沉陷龜裂等病害,本次設(shè)計(jì)對(duì)段落較長且中間伴隨有局部重度縱縫的路段進(jìn)行處治,其他中度縱縫建議加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)灌縫封閉處理,待裂縫進(jìn)一步發(fā)展后再采取相應(yīng)措施。

對(duì)于重度縱縫,根據(jù)病害發(fā)展層位情況,按照“高聚物注漿+抗裂貼+銑刨重鋪上中面層”進(jìn)行處治。

(1)高聚物注漿。

在銑刨重鋪處治前,對(duì)縱向裂縫的路面結(jié)構(gòu)全深范圍裂縫內(nèi)填塞高聚物漿液。采用雷達(dá)確定基層松散脫空位置,注漿在松散脫空區(qū)域沿路線走向布設(shè)一排注漿孔,孔間距為50 cm,孔直徑控制在1.6～2.0 cm。

鉆孔完畢后,使用高壓吹風(fēng)機(jī)對(duì)鉆孔內(nèi)部灰塵進(jìn)行清理,之后下注漿管及安裝注漿頭,按照設(shè)計(jì)或現(xiàn)場實(shí)際確定的漿液比例及用量進(jìn)行高聚物漿液注射。

(2)銑刨重鋪上中面層。

注漿完畢后,對(duì)上中面層進(jìn)行銑刨重鋪。銑刨完畢后,對(duì)銑刨面進(jìn)行清掃處理。對(duì)銑刨面上高聚物已填塞的縱向裂縫,沿裂縫走向粘貼48 cm寬抗裂貼。封縫完畢后,在銑刨面噴灑改性乳化瀝青黏層,側(cè)壁粘貼固體瀝青條,分層回鋪中面層和上面層,層間噴灑改性乳化瀝青黏層。

本次縱縫處治層位較深,為了保證處治層位攤鋪碾壓效果,建議對(duì)中面層進(jìn)行回鋪時(shí),適當(dāng)增大控制松鋪系數(shù),保證碾壓后中面層厚度比設(shè)計(jì)值大3～5 mm。

3.2.3 縱縫處的局部嚴(yán)重龜裂、沉陷、唧漿、修補(bǔ)不良等病害處治

對(duì)于縱縫處的局部嚴(yán)重龜裂、沉陷、唧漿、修補(bǔ)不良等病害,在銑刨前做好標(biāo)記,銑刨上中面層后,對(duì)局部深層病害進(jìn)行挖除換填處理。根據(jù)病害面積對(duì)下面層和基層局部松散區(qū)域繼續(xù)向下人工鑿除下面層和上基層,然后采用瀝青碎石ATB-30進(jìn)行回填,用小型機(jī)具進(jìn)行夯實(shí)后,再分層回鋪上中面層。

4 結(jié) 語

從瀝青路面全壽命周期考慮,以上提及的病害處治方法,有利于延長道路使用年限,常規(guī)灌縫、修補(bǔ)等方式只能修補(bǔ)瀝青面層病害,在瀝青面層上防止雨水等進(jìn)入,但無法進(jìn)一步阻止病害發(fā)展,而采用高聚物注漿不僅可以在面層防止雨水進(jìn)入,還可以填充裂縫至基層,防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展并向面層反射形成龜裂、坑槽等更嚴(yán)重病害。連霍高速三門峽段公路路面病害愈發(fā)嚴(yán)重,存在較多重度拼接縱縫,若不采用針對(duì)性處治方案,后期發(fā)展將更為嚴(yán)重,會(huì)需要更大投資或進(jìn)行大修處治。采用本研究建議的處治方法自2020年處治至今,基本無裂縫反射現(xiàn)象,處治效果良好,破損情況得到改善,預(yù)期延長道路使用年限5年,可節(jié)約30%的養(yǎng)護(hù)成本及大修資金。路面裂縫處治的方法很多,要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的處治措施。隨著科技的發(fā)展,還會(huì)出現(xiàn)裂縫處治新材料、新技術(shù)和新方法,因此應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),選擇行之有效的處理措施,同時(shí)還應(yīng)從最初的設(shè)計(jì)和施工方面來采取措施,共同減少、避免裂縫的發(fā)生,提高路面的使用壽命。