摘要：在高速公路投入使用過程中，會由于混凝土原材料性質(zhì)原因、環(huán)境及氣候原因、車輛荷載等原因，導致路面出現(xiàn)裂縫。高速公路路面出現(xiàn)開裂問題會影響公路運行的安全性以及穩(wěn)定性，因此需要對路面出現(xiàn)的裂縫進行養(yǎng)護施工處理。以某高速公路工程為例，分析了高速公路路面裂縫成因，研究了以混合料母體骨架為基礎(chǔ)的水泥泥漿灌注高速公路裂縫處理施工養(yǎng)護技術(shù)，最后探究了不同影響因素對高速公路路面裂縫的控制，以期為相關(guān)高速公路工程裂縫養(yǎng)護處理提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路 路面裂縫 養(yǎng)護施工 水泥泥漿灌注

Analysis of Application Strategies for Maintenance Construction Technology of Highway Pavement Cracks

LI Jianjiao

Suqian Transportation Engineering Testing Co.， Ltd.，Suqian， Jiangsu Province， 223600 China

Abstract： During the use of highways， cracks may appear on the pavement due to factors such as the properties of concrete raw materials， environmental and climatic factors， and vehicle loads. The cracking problem on the highway pavement can affect the safety and stability of highway operation， so it is necessary to carry out maintenance construction treatment for pavement cracks. Taking a certain highway project as an example， this paper analyzes the causes of pavement cracks on the highway， studies the construction and maintenance technology of cement slurry injection highway crack treatment based on the matrix skeleton of the mixture， and finally explores the control of pavement cracks on the highway by different influencing factors， in order to provide reference for the maintenance and treatment of cracks in related highway projects.

Key Words： Highway; Pavement cracks; Maintenance construction; Cement slurry injection

為了有效提高高速公路運行安全性和穩(wěn)定性、提升混凝土路面整體性能，高速公路路面的裂縫養(yǎng)護施工工作尤為重要。高速公路工程使用的混凝土會由于內(nèi)、外因素共同作用產(chǎn)生物理結(jié)構(gòu)變化，從而造成路面開裂。若沒有及時采取養(yǎng)護施工措施，則裂縫會向混凝土內(nèi)部不斷延伸，造成高速公路內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)暴露在空氣中，導致鋼筋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕情況，進而導致整個高速公路工程荷載能力降低。本文選定某高速公路工程作為研究對象，對路面產(chǎn)生的裂縫進行摸排調(diào)查和養(yǎng)護施工策略分析。

1工程概況

1.1工程項目及所處環(huán)境概況

本文以某市的高速公路工程為例，對該高速公路路面出現(xiàn)的裂縫養(yǎng)護施工技術(shù)應用策略開展分析研究。該工程項目中有3座高速公路隧道，包括2座中橋和1座互通立交橋。該高速公路工程項目全長1 170 m，使用的混凝土施工總方量為15.5萬m3；高速公路隧道工程全長2 819 m，使用的襯砌混凝土施工方量為29.9m3。

經(jīng)過對該高速公路工程所在地的調(diào)查研究，可知，該地處于大陸性季風氣候帶，高氣候具有四季分明的特點，全年日照時間較多，年平均日照可達2 470 h。對于高速公路路面混凝土，存在夏、冬極端氣溫影響，夏季氣溫可高達37.6 ℃，冬季極端氣溫可低至零下22.9 ℃。且項目兩端的西部山區(qū)和東部平原之間氣候差異巨大，也是導致高速公路路面混凝土出現(xiàn)開裂情況的原因之一。

1.2工程裂縫情況調(diào)查

本文對選定的高速公路工程項目現(xiàn)場出現(xiàn)的裂縫情況進行摸排調(diào)查，對重點工點出現(xiàn)的裂縫進行了相應的統(tǒng)計分析并整理成表，對工程實體的裂縫情況列出如表1所示的詳細表格。

2高速公路裂縫形成原因及分析

2.1混凝土材料原因

通過對該工程項目裂縫發(fā)生原因進行分析，可知，混凝土原材料本身性質(zhì)問題是高速公路路面發(fā)生開裂情況的主要原因之一?；炷潦堑湫偷亩喾N材料混合形成的復合物，每一種原材料不同的性質(zhì)都有可能造成混凝土表面或內(nèi)部出現(xiàn)開裂狀況[1]。根據(jù)施工經(jīng)驗，一般考慮粗細骨料的級配問題、含泥量的控制問題、水泥使用量，以及不同的凝膠材料品種本身性狀帶來的問題。

首先，粗細骨料級配不合理或混凝土含泥量超標會導致混凝土整體性能較差，較大的孔隙率會導致混凝土骨架支撐作用不足，收縮增大，當材料的收縮率大于原本的規(guī)定值時，混凝土開裂概率會響應增加。其次，混凝土中水泥用量的增加會造成混凝土大量的水熱化反應，會增大混凝土收縮量，導致出現(xiàn)溫度裂紋概率顯著上升[2]。最后是混凝土中凝膠材料品種選擇原因，不合理的凝膠材料也會導致混凝土收縮率較大，最終導致高速公路路面出現(xiàn)裂紋。

2.2環(huán)境及氣候原因

高速公路工程項目所在地的氣候也可能造成路面發(fā)生開裂。本文選擇的高速公路項目所處地區(qū)全年降雨量較少、氣候溫熱干燥，高溫會導致高速公路路面混凝土失水過快形成干縮裂縫，使路面鋪裝產(chǎn)生混凝土橫向、縱向或者網(wǎng)狀裂紋。同時，由于高速公路的基層結(jié)構(gòu)和面層結(jié)構(gòu)之間一定存在差異，且項目施工材料本身性質(zhì)也存在差異，所以，路面受氣候、溫度等外在環(huán)境的影響程度也各不相同。在受氣候環(huán)境影響時，高速公路路面不同材料產(chǎn)生的溫度應力并不相同，材料擠壓收縮之間超過抗壓強度，就會導致高速公路路面出現(xiàn)裂縫問題[3]。

2.3車輛荷載原因

高速公路承受的車輛荷載也是裂縫出現(xiàn)的原因之一。車輛負載會導致路面的半鋼性地層結(jié)構(gòu)受到拉應力影響。若承受的拉應力值超過路面的基層材料允許的抗拉強度范圍，則該高速公路路面的基層結(jié)構(gòu)底部會發(fā)生內(nèi)部開裂狀況，導致路面層受到影響[4]。高速公路的路面承載力是限度的，車輛的反復碾壓會使路面出現(xiàn)微小形變，導致混凝土整體性能下降，最后出現(xiàn)裂縫。同時，由于持續(xù)的車輛荷載，若不及時對高速公路混凝土路面進行養(yǎng)護施工，則裂縫范圍會不斷延展，最終導致路面破壞。

3高速公路裂縫處理施工養(yǎng)護技術(shù)

3.1水泥-瀝青灌注路面裂縫養(yǎng)護技術(shù)原理

針對目前我國高速公路路面廣泛采用的瀝青和水泥兩大填充材料，以采用混合材料為母體骨架作為高速公路路面裂縫養(yǎng)護施工基礎(chǔ)，采用灌注改性的水泥泥漿對高速公路表面或內(nèi)部發(fā)生的開裂狀況進行相應處理，能夠有效解決高速公路路面或內(nèi)部出現(xiàn)的裂縫問題，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益[5]。水泥是一種典型的水硬性材料，瀝青則是良好的有機結(jié)合材料，二者之間不同的性質(zhì)能夠彼此合作，在混凝土裂縫修補應用方面成為一種良好的復合型有機水硬性填充材料，對高速公路的混凝土路面裂縫和內(nèi)部裂縫養(yǎng)護施工具有良好的實際應用效果。該種材料具有良好的流動性能、較小的干縮和溫縮特性、良好的穩(wěn)定性、施工過程簡單易操作、較好的力學性能，使其對高速公路路面和內(nèi)部出現(xiàn)的開裂的問題能夠進行有效處治。

根據(jù)本文所選擇的高速公路工程項目的水泥泥漿灌注需要和灌注后的混凝土路面性能要求，此類高速公路裂縫養(yǎng)護施工技術(shù)能夠通過相應灌注手段，在高速公路路面裂縫中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以增加路面的整體力學強度。該類材料具有一定的抗壓性能和抗剪切的強度，能夠有效降低復合材料的溫度敏感度，對已修復高速公路路面提供一定的抗形變能力，且能顯著增強高速公路的路面抗?jié)B性能，減少路面積水，提高裂縫修補后的路面使用耐久度和投入使用年限。

3.2高速公路裂縫施工技術(shù)應用質(zhì)量控制

3.2.1母體骨架混合材料質(zhì)量要求

對于本文選定的高速公路工程的項目裂縫養(yǎng)護施工技術(shù)中所使用的母體骨架層，其混合料應該滿足相應的質(zhì)量要求。在實際裂縫養(yǎng)護施工之前，應該對其進行質(zhì)量檢測，包括材料的空隙率、粗細骨料級配、穩(wěn)定度、流值、謝倫堡析漏損失率、肯塔堡飛散損失等[6]。本高速公路工程中使用的母體骨架混合材料經(jīng)過相應的檢測，可知其空隙率應該維持在15%～20% 范圍內(nèi)，穩(wěn)定度需要大于等于3.5 kN，流值在20.0～40.0內(nèi)，謝倫堡析漏損失率小于0.3%，肯塔堡飛散損失小于20%。

母體骨架混合料的嚴格配比能夠保證空隙率要求，大空隙結(jié)構(gòu)的良好性能可以顯著增強高速公路工程路面的耐久性、縮短裂縫維修養(yǎng)護周期、降低高速公路運營成本，從而減少養(yǎng)護時期的風道施工對高速公路運行帶來的影響。

3.2.2水泥泥漿質(zhì)量要求

對于裂縫養(yǎng)護施工技術(shù)中使用的水泥泥漿，需要對其流動度和2 h內(nèi)的貯存穩(wěn)定性進行檢測。需要注意的是，在本工程項目的裂縫施工養(yǎng)護中，填補裂縫的水泥泥漿的灌注量的確定必須要多方面考慮，如考慮高速公路路面的結(jié)構(gòu)層的厚度、母體骨架混合材料的填充體積等影響因素，一般采用的計算方法如下。

式（1）中：為該工程項目中母體骨架的空隙率，單位為；為路面裂縫灌注水泥泥漿養(yǎng)護施工后的空隙率，單位為；為水泥泥漿擬填充的空隙率，單位為。式（2）中：為填充材料的單位灌注量，單位為L；a為該高速公路工程的路面長度，單位為m；b為該高速公路工程的路面寬度，單位為m；h為該高速公路的結(jié)構(gòu)層厚度，單位為m。

在高速公路路面裂縫養(yǎng)護施工進行時，水泥泥漿灌注后的剩余空隙率確定需要根據(jù)水泥質(zhì)量密度等進行計算。其中，水泥泥漿灌注前、后的相應尺寸規(guī)格的高速路面鉆芯式樣的質(zhì)量之差即為水泥質(zhì)量，母體骨架設(shè)計空隙率與水泥泥漿相對體積之差即為剩余孔隙率，計算公式如下。

式（3）、式（4）和式（5）中：為相同尺寸及規(guī)格的高速路面試件鉆芯質(zhì)量之差，單位為g；為該高速公路工程項目裂縫養(yǎng)護使用水泥泥漿灌注后質(zhì)量，單位為g；為該高速公路工程項目裂縫養(yǎng)護使用水泥泥漿灌注前質(zhì)量，單位為g；為該高速公路工程項目裂縫養(yǎng)護使用水泥泥漿水化后密度，單位為g/cm3；為剩余空隙率，單位為。

經(jīng)過計算，能夠發(fā)現(xiàn)該高速公路工程的水泥泥漿灌注量符合原本設(shè)計值，剩余的孔隙率在允許的4%～6%范圍內(nèi)，填充裂縫材料的回彈模量保持在2 000～5 000 MPa之內(nèi)，且通過高速公路路面鉆芯取樣，能夠發(fā)現(xiàn)填補縫隙的養(yǎng)護材料灌漿深度能夠達到高速公路路面結(jié)構(gòu)層的90%以上，能夠有效發(fā)揮裂縫養(yǎng)護填充材料的特點，對本高速公路工程裂縫進行有效養(yǎng)護，使修復后的高速公路路面擁有較好的路面結(jié)構(gòu)承載力和良好的耐久性。

4結(jié)語

綜上所述，高速公路路面使用的混凝土是非均質(zhì)材料，其中，多種原材料本身性質(zhì)、施工工藝、施工人員技術(shù)水平、環(huán)境氣候溫度等原因都可能使混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。本文以某高速公路工程的裂縫處理為例，對混凝土裂縫的養(yǎng)護施工技術(shù)應用策略開展了分析研究，并采用改性水泥泥漿灌注技術(shù)手段對高速公路裂縫進行養(yǎng)護施工處理，保證裂縫養(yǎng)護施工的工程質(zhì)量和安全穩(wěn)定性。希望本文能為類似的高速公路混凝土裂縫養(yǎng)護處理提供一定的參考。

參考文獻

[1] 祝華杰，宿鐘鳴，何信.基于GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡的運營高速公路隧道養(yǎng)護工程科學決策優(yōu)先級排序[J].公路，2024，69（6）：342-348.

[2] 江臣，楊洋，胡洪龍，等.既有高速公路改擴建工程路面性能評價及利用策略 [J].公路交通科技，2023，40（9）：27-36.

[3] 楊杰.高速公路瀝青路面典型病害及預防性養(yǎng)護技術(shù)分析[J].黑龍江交通科技，2023，46（2）：76-78.

[4] 回達鵬.高速公路日常養(yǎng)護工程施工及質(zhì)量控制[J].交通世界，2022（19）： 155-157.

[5] 黃志成.高速公路瀝青路面修復機械灌漿技術(shù)研究[J].四川建材，2022，48 （1）：151-152.

[6] 孫金鑫.G30連霍線西安至臨潼高速公路瀝青路面與橋梁檢測評價及其成套養(yǎng)護施工技術(shù)研究[D].西安：長安大學，2012.