沥青路面预防性养护灌缝施工工艺

2022-07-13杨英媛

交通世界 2022年17期

关键词：灌缝面层宽度

杨英媛

（河北高速公路集团有限公司青银分公司，河北石家庄 050000）

0 引言

沥青路面经过一段时间的通车运行后难免出现一些病害，以裂缝最为常见，裂缝修补也是沥青路面预防性养护的主要内容之一，过去常采用压浆等方法来处理，但该方法操作复杂，安全性差，相比灌缝法在裂缝修补方面具有更多的优势。

1 工程概况

某高速公路A 段起点桩号为K459+461，终点桩号为K640+373，位于华北平原东南部，以平原区段为主，全长180.912km，土质主要是黄土及黄土状土，海拔为26～140m。经现场调查发现，上行方向的K460—K490, K567—K586, K609—K630，下行的K460—K490等交通量较为集中的路段，以及各个收费站互通处存在横向裂缝、纵向裂缝、表面层不规则裂缝等病害。

2 裂缝成因

导致沥青路面产生裂缝的原因及路面开裂形式有很多。路面裂缝影响因素主要包括以下几点：

（1）路面沥青及混合料基本性质和质量；

（2）基层结构施工材料基本性质；

（3）公路所在地区自然气候条件，如冬季气温变化等；

（4）路段交通量与通行主要车辆类型和路面施工质量[1]。按照具体开裂形式，裂缝可分为横向裂缝和纵向裂缝两种。

纵向裂缝主要发生在行车道的轮迹带处，规则地沿行车方向开裂。该高速公路段纵向裂缝有明显的荷载型疲劳开裂特征，裂缝由面层开裂逐步向基层发展。纵向裂缝的产生与地基的不均匀沉降和过大荷载有关。荷载作用于路面时，车辆后轴两个轮迹之间面层表面会产生与道路中线垂直的拉应力和拉应变，在重载车辆的作用下，应力值和应变值会大幅增加，当拉应力值超出容许值时，就会使面层表面产生纵向裂缝。除行车荷载外，雨水作用也加速了病害向基层的发展，为沉陷、唧浆等严重病害的产生创造了条件。

横向裂缝也是沥青路面最常见的一种病害。路面横裂缝的影响因素有很多，包括温度、地基、基层、行车及材料疲劳等。按照具体表现形式，可将横裂分成以下几种：

（1）低温横向裂缝。因沥青混合料具有显著的热胀冷缩特性，在温度相对较高的条件下可较好地吸收应力，而在气温较低的冬季，因降温作用产生的拉应变可能超出混合料自身极限拉应变，进而在面层产生薄弱部位，随着薄弱部位数量的不断增多，低温横向裂缝也会增加。

（2）温度疲劳裂缝。环境气温的频繁升降会在面层结构中产生一定的温度应力，这一应力的持续作用将导致路面出现温度疲劳裂缝。

（3）反射裂缝。因高速公路基层大多选择半刚性基层，其结构成型后容易产生裂缝，间距一般为15～30m，受行车荷载作用后，尤其是在重载交通条件下，基层结构底部会出现很大拉应力，进而使基层产生裂缝。伴随荷载的不断作用，基层裂缝将不断扩展至面层，在面层产生反射裂缝。

（4）其他横向裂缝。如因桥头处路基沉降导致桥涵台背出现横向裂缝；施工接缝处产生横向裂缝；因桥面铺装层质量不合格产生裂缝等[3]。

3 裂缝危害

裂缝作为沥青路面最常见的一种病害，若未能得到及时有效修补，将严重影响路面正常行车与使用寿命。裂缝危害体现在下列几个方面：

（1）缩短路面寿命。裂缝产生初期基本不会影响路面使用性能，但伴随裂缝的不断增大，雨水不断渗入，使裂缝两侧路面材料及基础含水量持续升高，直至达到饱和，使承载力大幅降低，受行车荷载作用后，出现唧泥，使路面破坏加剧。

（2）纵向裂缝会在行车方向产生台阶，无论是裂缝凹陷还是采用灌缝技术进行处理后均可能使路面凸出，影响到路面行车舒适性。

（3）桥头跳车部位的横向裂缝会在路面积水持续作用下导致跳车现象越来越严重，使桥台和路基受到冲击破坏。

（4）若路面块状裂缝未得到及时有效的修补，将在短时间内发展成网裂，使路面产生一系列其他病害，进而给路面服务水平造成影响[4]。

4 灌缝施工

裂缝修补是一项时限性较强的工作，如果对修补时间安排不合理，将给裂缝修补质量与效果造成影响。结合目标路段具体情况，建议在每年的3月份进行裂缝修补。裂缝修补方式有很多，通常要根据缝宽及缝深来选择，就目前来看，以灌缝方法比较常用，这也是一种效果比较显著的方法。按照灌缝材料的不同，路面灌缝可分成以下几种：

（1）沥青灌缝。即采用石油沥青对裂缝进行灌缝处理。先在施工现场预热沥青，使其温度达到150～160℃，然后用专门的容器将其灌入裂缝，通常应连续灌入2～3 遍，待沥青温度达到常温后方可开放路段交通。该方法的最大优势在于操作比较简单，所需设备及人力均较少，成本低，起效速度快，但缺点也十分显著，比如：裂缝清扫不干净可能导致黏结不牢固，大多在第二年就需要重新灌缝；在夏季气温较高的条件下，沥青发生软化和膨胀从路面上溢出导致流失；每年重复进行灌缝施工，总成本增加，且长期人工作业存在危险性[5]。

（2）溶剂型改性沥青灌缝，即采用溶剂型改性沥青进行灌缝。先用压缩空气清扫裂缝，将裂缝中存在的碎屑等杂物清理干净。然后，将溶剂型改性沥青存入专用容器中，用气泵加压灌入裂缝，连续灌入2～3遍，到灌缝材料和路面保持平齐为止。溶剂型改性沥青实际上是在普通沥青当中适量加入改性剂形成的沥青，在常温条件下有良好的流动性。灌缝完成后在其表面撒布一层细砂，并用抹子将其抹平，检查无误后方可开放路段交通。该方法使用专门的灌缝材料，有良好的渗透性与低温稳定性，基本不需要加热，所需设备简单，灌缝后效果良好，可保持3～5 年的时间。然而，该灌缝材料的价格较高，换算下来每米需要10元左右的费用[6]。

（3）灌缝胶灌缝。为探究裂缝修补的新技术，在该路段选取试验段采用灌缝胶进行灌缝处理。灌缝材料采用进口路面专门裂缝密封胶，属高分子聚合物橡胶改性材料，常温下为固体，经加热使温度达到188℃后变为液体，黏结力与流动性均较好，可以和混合料之间充分融合。在密封胶冷却后，无论是在常温还是低温条件下都有很好的弹性，有效延伸长度可以达到10～15 倍，同时弹性恢复可达99%。在-20～120℃的温度条件下，伴随裂缝不断膨胀和收缩，密封胶产生弹性变形，始终发挥应有的密封作用。灌缝材料主要技术指标包括：25℃条件下的针入度为65（0.1mm）、软化点不低于63℃、5℃条件下的延度不低于22cm、黏着张力不低于500%、施工时加热温度需按188℃控制。灌缝设备采用开槽机与灌缝机，本次采用MODEL200 型开槽机，其主要技术参数为：发动机为双缸25 马力汽油机；开槽宽度在12.7～51mm 范围内；最大开槽深度为40mm；开槽深度控制方式为电动控制；安全控制方式为电动离合器控制；开槽刀具为链轮，共6个；最小转弯半径为10cm；工作速度为3m/min。灌缝机型号为MODEL125D 型，其主要技术参数为：发动机为三缸25.4 马力柴油机；加热罐容积为420L；加热器类型为12V DC 柴油；加热量为245000BTO；发电机为21V/2kW。

结合国外相关经验，灌缝胶灌缝主要有以下4种方式：①开槽深度按20～50mm 控制，开槽宽度按20mm控制，将灌缝胶灌注至与缝槽平齐即可，不铺设帖封层；②开槽深度按20～50mm 控制，开槽宽度按20mm控制，将灌缝胶灌满之后，在路面加铺一层厚度为2～3mm、宽度为80～100mm 的帖封层；③开槽深度、宽度分别按5mm, 40mm 来控制，在灌缝的基础上铺设帖封层；④对于宽度在3mm 以内的裂缝，可省略开槽步骤直接进行灌缝。该路段采用第一种方式，开槽的深度与宽度均按20mm控制，帖封宽度为60mm，厚度为2～4mm[7]。

基于该方式的具体施工工艺流程及要点为：①提前做好交通封闭和管制，放置好各类安全标志，并安排专人指挥交通，同时结合工程进度随时调整标志牌；②根据设计要求的尺寸在裂缝走向上实施开槽，期间做好开槽深度及宽度控制；③利用高压气体将缝槽吹扫干净，本次清槽采用BE6200 鼓风机，该鼓风机额定工况下的压力为6.33kg/cm，气流为4.2m3/mm，为了将缝槽中的杂物清理干净，需连续吹扫至少2遍；④连接喷火装置和普通液化气罐，在灌缝开始前对缝槽进行预热，使缝槽表面的温度达到80℃左右，注意一般不能超过100℃，以确保灌缝胶和缝槽之间良好黏结；⑤将灌缝胶预热至要求的温度后，停止加热，炉盘进入保温状态，此时用灌缝机自带压力喷头向缝槽内均匀喷射灌缝胶，一般灌缝需分成两次进行，其中第一次灌缝达到槽深4/5，第二次则灌入到槽口，然后在槽口两侧拉成宽度为60mm、厚度为3mm 的帖封层；⑥灌缝完成后在其表面均匀撒布一层细砂，在灌缝胶自然冷却到常温条件后，方可开放路段交通，通常需要15min左右的时间；⑦灌缝胶灌缝外观质量检验合格标准为：灌缝胶的高度比路面高出2～3mm；灌缝帖封层表面与边缘均保持蒸汽，且灌缝达到饱满；没有颗粒状胶粒存在；受行车碾压作用后没有脱落变形现象，始终保持良好的弹性[8]。

上述几种灌缝方法和传统压浆方法的对比如表1所示。