張曉霞

（山西交通控股集團有限公司太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青混凝土路面在長期運行過程中會因重型車輛荷載、氣候等外界因素以及自身設(shè)計、施工等人為因素的綜合作用而出現(xiàn)不同程度的裂縫，裂縫出現(xiàn)后既影響路面連續(xù)性和整體性，又會導(dǎo)致路表水順著裂縫進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進而引發(fā)坑槽、塌陷、唧漿等更為嚴重的病害。及時進行路面裂縫修補和處置能延緩早期系列病害的發(fā)生，延長公路路面服役年限，而裂縫修補質(zhì)量主要與灌縫材料及灌縫施工技術(shù)直接相關(guān)，合理選擇灌縫材料及施工技術(shù)，以提升瀝青混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護效果。

1 工程及病害概況

位于我國北方地區(qū)的某公路2004 年底建成投運，路面為瀝青混凝土路面，在運行過程中先后出現(xiàn)各種病害，其中以裂縫最為嚴重。通過實地勘察及鉆孔取芯發(fā)現(xiàn)，裂縫是設(shè)計、施工、養(yǎng)護、氣候環(huán)境及重型車輛荷載等綜合作用的結(jié)果[1]，如果不及時養(yǎng)護，在氣候及重型超載超限行車持續(xù)作用下，必將造成瀝青路面大面積毀損。該公路段既有裂縫病害主要呈現(xiàn)出以下特點：裂縫數(shù)量多，縱向裂縫長，平均長度約為20m/條，且橫向裂縫多為貫穿公路上行道路橫斷面的裂縫；裂縫病害十分嚴重，起重起訖樁號K236+054—K237+196 段所出現(xiàn)的寬度20cm 的反射裂縫帶多達32處；起訖樁號K229+112—K231+045 段寬度20cm 的反射裂縫帶多達50 處。經(jīng)過公路管理當局對灌縫膠使用情況的進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成灌縫失效的原因主要為：

（1）由于灌縫材料高溫穩(wěn)定性不良，在長期暴曬及高溫作用下，灌縫材料流出脫離，且大部分經(jīng)行車車輪碾壓帶走；

（2）所使用的灌縫材料彈性恢復(fù)性能不良，當小石子等硬質(zhì)顆粒經(jīng)車輪碾壓至灌縫材料中時，灌縫材料無法將其及時彈出，造成灌縫材料自身發(fā)生不可逆的斷裂損壞；與此同時，所用灌縫材料抗低溫應(yīng)變性能差，在寒冷季節(jié)遭遇低溫情況下，瀝青混凝土路面材料收縮而使既有裂縫寬度增大，灌縫膠內(nèi)應(yīng)力遠遠大于極限抗拉強度，引發(fā)膠體結(jié)構(gòu)被拉斷和破壞。

（3）灌縫材料與既有裂縫外壁貼合不緊密，在遭遇剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、真空吸力、溫度應(yīng)力及動水壓力等作用下，造成灌縫膠體與裂縫縫壁脫離。為此，公路管理當局決定對K228+000—K270+500 段裂縫較為嚴重的病害路段再次實施灌縫養(yǎng)護。

為進行熱熔膠開槽灌縫養(yǎng)護施工效果和直接灌縫養(yǎng)護施工效果的比較，在該公路上行向起訖樁號K240+000—K243+583.4段直接灌縫，而在下行向起訖樁號K250+102—K261+516.4段進行密封膠熱熔開槽灌縫養(yǎng)護施工，兩個試驗段裂縫病害程度相當。直接灌縫修補就是在清理、加熱瀝青路面裂縫及四周后灌入灌封膠材料。為保證灌縫效果，還應(yīng)通過灌縫機燃燒器進行灌封膠加熱及保溫，再通過灌縫機上帶有刮平器的出料口將灌封膠勻速注入槽中，通過刮平器將膠帶拖平處理為T字形封帶。灌縫施工完畢冷卻15min后便可開放交通。

2 試驗段開槽灌縫養(yǎng)護施工

2.1 灌縫材料的選用

當前市場上可以選用的灌縫材料較多，為保證裂縫修補效果，必須結(jié)合既有灌縫材料性能及該公路瀝青混凝土路面特性進行綜合選擇。當前在公路裂縫修補方面我國并無具體規(guī)范和標準，我國公路裂縫修補施工大多參照美國《用于瀝青路面裂縫密封用瀝青橡膠及橡膠改性瀝青的實驗技術(shù)指標》以及我國相關(guān)水泥混凝土路面接縫加熱施工填縫料技術(shù)要求（見表1）。

表1 我國水泥混凝土路面接縫加熱施工填縫料技術(shù)要求

填縫料除應(yīng)具備以上延展性和黏結(jié)性外，還必須具備：

（1）高流動性，填縫料能夠在裂縫中克服阻力而流動；

（2）填充性，填縫料能借助材料自重快速填滿裂縫內(nèi)各個角落；

（3）穿越性能，填縫料能在材料自重作用下流入狹窄間隙；

（4）抗老化性能，填縫料具備抵抗水文、極端溫度的性能穩(wěn)定性。

公路瀝青路面裂縫密封材料選擇時必須在參考相關(guān)施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上展開性能試驗，考慮到密封膠體主要成分為改性瀝青和橡膠等聚合物，為此，可以參考瀝青、乳化瀝青等試驗方法，并結(jié)合公路運行實際選定試驗檢測技術(shù)。

本公路所采用的密封膠熱熔灌縫養(yǎng)護施工技術(shù)主要采用以石油瀝青、樹脂等為基料，并摻加適量改性劑、添加劑后制備而成的ASTM 密封膠。該密封膠外觀為黑褐色膏狀體，固體含量不低于70%，具備不滲水性，140℃無流淌、無氣泡、無滑動，且在-20℃～2℃的溫度下無裂紋，斷裂延伸性為400%，黏結(jié)強度不低于0.4MPa，針入度≤90mm，彈性復(fù)原率在60%以上，流動度不超出2mm，推薦加熱溫度165℃[2]。

2.2 裂縫修補時機

裂縫修補時機的選擇對于裂縫修補養(yǎng)護施工效果存在較大影響，原則上而言，裂縫修補應(yīng)當安排在日平均氣溫10℃以下溫度較低的季節(jié)進行，因為氣溫較低會使裂縫壁瀝青材料收縮，裂縫寬度達到較大值，選擇這種時間修補，能最大程度填滿裂縫，并能防止裂縫寬度繼續(xù)增加使膠體內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力。開槽后若發(fā)現(xiàn)裂縫壁潮濕，則應(yīng)通過預(yù)熱設(shè)備烘烤至干燥后再灌縫。

2.3 灌縫設(shè)備

下行向病害路段開槽灌縫主要使用開槽機、清縫機、噴槍及灌縫機等設(shè)備：

（1）開槽機：主要用于瀝青路面裂縫外壁松動瀝青混凝土材料的清除，要求開槽機開槽方向及深度均能調(diào)節(jié)，并能準確確定出槽位中心位置，開槽效率也應(yīng)與工期及工程量要求相符。

（2）清縫機：用于清除開槽機刻槽后所殘留的瀝青混凝土渣，通過清縫機鋸片在槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，帶出殘渣；清縫機規(guī)格型號必須與開槽機配套；

（3）噴槍：借助手持熱氣噴槍所產(chǎn)生的1 000℃高溫及0.1m3/min 高壓達到徹底清除槽內(nèi)雜物以及干燥槽壁的目的；

（4）灌縫機：熔化熱熔型ASTM 密封膠后通過灌縫機主壓力噴頭均勻灌注，并能調(diào)節(jié)灌封膠出膠量。為保證灌縫質(zhì)量和效率，灌縫機必須能對灌縫膠恒溫加熱，并能進行灌縫膠出流量的人工調(diào)節(jié)，出料管同時應(yīng)具備膠體加熱功能，以防止膠體冷凝后將管道和出口堵塞。此外，灌縫機噴頭還必須配備槽狀結(jié)構(gòu)刮平器，刮平器前方中心底部還應(yīng)開設(shè)長×寬為5cm×0.1cm的開口。當將灌縫膠灌入槽狀結(jié)構(gòu)后，通過刮平器將明顯高出槽幫的部分在裂縫兩側(cè)拖拉成0.1cm 厚、5.0cm寬的T形封條，以便增強灌縫膠密封效果。

以上所提到的灌縫設(shè)備是公路路面裂縫病害修補過程中常用設(shè)備，而隨著灌縫技術(shù)的發(fā)展，灌縫設(shè)備的功能也逐漸多元化，其工作原理也多為以上幾種灌縫設(shè)備的組合，組合后的灌縫設(shè)備能有效減少牽引車輛及施工人員的配備，工效也更高。因此在公路裂縫病害治理過程中，提倡灌縫設(shè)備的組合應(yīng)用。

2.4 開槽灌縫

通過路面開槽機將既有裂縫開槽處理，開槽寬度應(yīng)能保證將裂縫兩側(cè)松動材料全部去除，開槽深度應(yīng)控制在10mm 以內(nèi)；將裂縫周圍殘留物徹底清理后按設(shè)計要求加熱，再將提前制備好的灌封膠材料灌入縫內(nèi)。裂縫修補養(yǎng)護效果和開槽構(gòu)造形式直接相關(guān)，灌縫料和裂縫兩側(cè)原路面結(jié)構(gòu)黏結(jié)的牢固程度直接取決于開槽寬深比[3]，一般情況下寬深比越小，黏結(jié)效果越好，但是隨著寬深比的增大，灌封材料用量也會增大。根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合工程裂縫病害現(xiàn)狀，本公路瀝青路面開槽寬深比取1∶1，開槽深度控制在10～20mm范圍內(nèi)。

就開槽形式而言，對于寬度在3.0mm 及以上的裂縫，采用標準槽貼縫式開槽方式（見圖1），而對于寬度不超過3.0mm的裂縫，則采用簡單無槽貼縫式開槽方式（見圖2）。

圖1 標準槽貼縫式

圖2 簡單無槽貼縫式

通過加熱釜將灌封膠加熱、攪拌，使其充分融化后通過熱熔灌縫機上帶有刮平器的壓力噴頭均勻灌入已經(jīng)清理過的槽口中，并將裂縫兩側(cè)外溢的熱熔膠涂抹為一定寬度的帶狀，以便對槽口內(nèi)熱熔膠起到保護和固定作用。灌注過程由下至上進行，且不得中斷，保證灌注密實無氣泡、空洞。在填充時應(yīng)使密封槽溝表面適當寬于裂縫寬度，且所填充的密封膠略高于原路面，以保證其塌落后與路面保持齊平。本公路瀝青路面1kg 熱熔密封膠可填充6～10 延米長度的裂縫，且填充厚度控制在3mm左右。

3 使用效果評價

試驗段采用密封膠熱熔灌縫施工后，灌封膠基本齊平于原路面，且灌注飽滿，目測無顆粒狀突起、空包及氣泡；與原路面牢固黏接，不存在脫落形變；彈性飽滿，受到行車荷載作用后發(fā)生的微小變形會快速恢復(fù)至初始狀態(tài)。養(yǎng)護試驗路段運行1 年后，分別進行兩個試驗段灌縫養(yǎng)護效果評價，評價結(jié)果具體見表2。

表2 試驗段灌縫養(yǎng)護效果

從表2匯總結(jié)果可以看出，該高速公路瀝青路面裂縫試驗路段養(yǎng)護施工一年后，上行向路面因采用普通灌縫技術(shù)，灌縫膠總失效率58.7%，下行向路面采用的是密封膠熱熔開槽灌縫技術(shù)，灌縫膠總失效率39.6，失效率比直接灌縫低19.1%，表明瀝青路面裂縫病害段開槽后采用密封膠熱熔灌縫養(yǎng)護施工的效果比直接灌縫效果好。

4 結(jié)語

為防止瀝青路面裂縫病害持續(xù)擴大，最終引發(fā)路面大面積失效，必須注重養(yǎng)護時間，不得延誤裂縫處置的有效時機。瀝青路面裂縫處治效果與處治工藝及灌縫材料性能密切相關(guān)，事實證明，通過開槽機開槽，采用清縫機和手持噴槍將槽內(nèi)壁殘留瀝青混凝土材料徹底清除并加熱烘干后，通過灌縫機壓力噴頭均勻灌注熱熔密封膠的處治效果比直接灌注熱熔密封膠的處治效果更好。