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【摘 要】 我国高速公路常用的材料以沥青为主。但沥青路面容易因为环境影响而产生裂缝所以对于裂缝的处理显得尤为重要。本文探讨了高等级公路裂纹治理对策。
【关键词】 高速公路；路面裂纹；问题探讨
一、前言
高质量的沥青路面，对于延长其使用寿命具有重要的经济意义，研究表明，水稳基层不产生裂缝是不可能的，沥青路面不产生裂缝也是不可能的，但采取有效可行的预防和处治措施，使收缩裂缝尽可能减少，从而延长路面使用寿命是可以做到的。
二、沥青路面裂缝形成的原因
1、无机结合料干缩特性的机理。当无机结合稳定材料经拌和压实后，由于水分的挥发和混合料内部的水化作用，混合料的水分不断地减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和炭化收缩作用等引起无机结合料稳定材料体积收缩。
2、无机结合料温缩特性的机理。半刚性材料是由固相（组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结物）、液相（存在于固相表面与空隙中的水和水溶液）和气相（存在于空隙中的气体）组成，所以，半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同温度收缩性的综合效应的结果。一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略。原材料中砂粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩性较大。半刚性材料的温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关。
3、干缩裂缝和温缩裂缝引起的纵向裂缝在实际施工中较为少见。产生纵向裂缝的大部分原因是由于路基的不均匀沉降引起的。我国的高速公路路基与国外相比普遍较高，施工后的沉降是难免的，尤其是在软土地区。目前我国路基设计规范对软土地区路基变形的控制是采用施工后总沉降量（对高度公路则是通车后15年内的总沉降量），即对一般路段的施工后总沉降量为不大于30cm。
三、裂纹检测识别法
1、基于多级拟合的检测方法。1）由于路面病害裂纹信息很弱，复杂多样往往还伴有各种各样的噪声干扰"如果只使用传统的图像处理算法，不能达到提取裂纹信息的目的。并且裂纹的灰度又极不均衡，不适合对整个图像进行处理。必须通过一些其他方法提取出路面裂纹信息并识别它。横向裂纹和纵向裂纹，线性特性较好可以用极限的方法将其无限等分，然后用直线拟合的方法对其进行处理"所以利用点运算操作裂纹的像素点，再对拟合出的裂纹识别比较有效。裂纹一般是具有矢量特点的不规则线段。2）曲线拟合是用连续曲线近似地比拟图像中的目标的形状，并建立其函数关系的信息近似表示的方法。拟合曲线的求解方法有许多，对于线性模型是通过建立和求解方程组来确定参数，从而求得拟合曲线。至于非线性模型，则要借助求解非线性方程组或用最优化方法求得所需参数才能得到拟合曲线，最常用的是非线性最小二乘拟合。最小二乘法是一种数学优化技术，可用于曲线拟合。通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
2、裂纹特征提取。沥青路面裂纹图像自身的灰度区间差别不大，裂纹目标自身以及路面背景自身都很大的相同之处"这正是分形维数对待事物的重要特点，所以本文尝试使用分形的方法对沥青路面裂纹图像进行合理的分割"希望能有较好的效果，完整的将裂纹目标从图像背景中分割出来。
四、裂缝形成机理
沥青路面收缩裂缝产生的原因主要有两类：一类是由于半刚性基层材料所固有的温缩和干缩特性。随着半刚性基层深度的增加，其内部温差逐渐减小，在内部存在一定温度梯度。由于表层失水量大，深层失水量较小，这样就存在失水梯度，因而产生温缩应力和干缩应力，在两者共同作用下，产生收缩应力。当半刚性基层收缩应力超过其抗拉强度时就有可能在养生阶段发生裂缝，裂缝再通过面层与基层接触面应力传递，使基层裂缝反射传播至面层，就是反射裂缝；另一类是厚度在8-10cm以上的沥青路面面层在气温急剧下降情况下，易产生温缩裂缝。可见沥青面层的温缩同样也存在上述模式，即温度梯度。当沥青路面面层材料的应力松弛性赶不上温缩应力时，就有可能产生温缩裂缝。
五、治理高速公路裂缝的措施
1、提高路基工作区的强度和稳定性。1）压实度是反映路基强度的重要指标，也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施，施工中必须严格检测控制，使其达到规定值。2）路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的，必须严格控制路基的填筑工艺，确保路基強度，填筑材料首选石、砾、砂类土，其次选用含砾、砂低液限粘土，再次选用低液限粘土，粉质土和有机土不能用于填筑路基。3）降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的关键部位，它直接承受和吸收路面的扩散应力，要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水，不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑，土质差的地段要进行换填处理，确保其强度和稳定性。
2、选择防裂性能好的材料。1）选用松弛性能好的优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标；在缺少优质沥青的情况下，应采用某些添加剂或聚合物以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。2）选用抗冲刷能力好，干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层，最好使用温度膨胀系数低的骨料半刚性基层材料层中掺入30%～50%的2～4cm粒径碎石，可减少收缩裂纹，并提高碾压中抗拥推能力。3）沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。4）沥青混合料的级配也是一项重要因素，在合理选配混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性能以及路表特性和耐久性等各方面的要求。5）在条件允许的情况，可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料或改性沥青SMA混合料，其具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能，抗车辙性能好、使用寿命长，是防裂路面设计中选用的一项新技术。
3、基层的合理厚度。由于基层材料的干缩或低温收缩而开裂，会导致面层也相应发生反射裂纹，这时宜加厚面层。可以有效的防止受拉疲劳裂纹，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。
4、设置应力吸收层。1）采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂纹的产生与扩展有明显的效果。可使裂纹处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模薰越低，防裂效果越好，可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低，变形率较大。不存在低温脆裂问题，效果更佳。2）橡胶沥青吸收膜，是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后，施于面层中间，形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明，此应力吸收层在面层中间效果最佳。3）用土工格栅加筋沥青路面的主要功能，是控制车辙、反射裂纹和疲劳裂纹，不同类型格栅性能显著不同。
5、施工过程中控制裂纹。1）控制好制备沥青混合料时加热时间和温度，加强碾压，可减少反射裂纹。为减少路面裂纹的出现。应在铺设沥青面层前，就采取裂纹预防措施和处理技术。特别是在道路建设初期采取措施阻止裂纹的形成，这将大大减少裂纹的产生。2）严格半刚性基层碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。半刚性基层碾压完成后，要及时养生。碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或粘层，然后应尽快铺筑沥青面层。
六、结束语
由于沥青路面裂缝的存在，加速了路面使用功能的降低，缩减了路面使用寿命，提前了路面大中修或局部维修，加大了高速公路的营运成本。因此对沥青路面裂缝这一早期破坏现象必须予以重视，采用灌缝等有效合理的技术手段尽早处治，有效延长路面使用寿命，保证高速公路的路面平整度和行车稳定性，可以取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]王金国.沥青路面防裂施工质量控制[J].科技创新导报，2008，21：30
[2]徐培华，高等级公路路基路面养护技术，北京，人民交通出版社，2003
[3]腾学伟.公路路面裂缝处治方案与措施[J].科技创新导报，2008（8）
【关键词】 高速公路；路面裂纹；问题探讨
一、前言
高质量的沥青路面，对于延长其使用寿命具有重要的经济意义，研究表明，水稳基层不产生裂缝是不可能的，沥青路面不产生裂缝也是不可能的，但采取有效可行的预防和处治措施，使收缩裂缝尽可能减少，从而延长路面使用寿命是可以做到的。
二、沥青路面裂缝形成的原因
1、无机结合料干缩特性的机理。当无机结合稳定材料经拌和压实后，由于水分的挥发和混合料内部的水化作用，混合料的水分不断地减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和炭化收缩作用等引起无机结合料稳定材料体积收缩。
2、无机结合料温缩特性的机理。半刚性材料是由固相（组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结物）、液相（存在于固相表面与空隙中的水和水溶液）和气相（存在于空隙中的气体）组成，所以，半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同温度收缩性的综合效应的结果。一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略。原材料中砂粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩性较大。半刚性材料的温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关。
3、干缩裂缝和温缩裂缝引起的纵向裂缝在实际施工中较为少见。产生纵向裂缝的大部分原因是由于路基的不均匀沉降引起的。我国的高速公路路基与国外相比普遍较高，施工后的沉降是难免的，尤其是在软土地区。目前我国路基设计规范对软土地区路基变形的控制是采用施工后总沉降量（对高度公路则是通车后15年内的总沉降量），即对一般路段的施工后总沉降量为不大于30cm。
三、裂纹检测识别法
1、基于多级拟合的检测方法。1）由于路面病害裂纹信息很弱，复杂多样往往还伴有各种各样的噪声干扰"如果只使用传统的图像处理算法，不能达到提取裂纹信息的目的。并且裂纹的灰度又极不均衡，不适合对整个图像进行处理。必须通过一些其他方法提取出路面裂纹信息并识别它。横向裂纹和纵向裂纹，线性特性较好可以用极限的方法将其无限等分，然后用直线拟合的方法对其进行处理"所以利用点运算操作裂纹的像素点，再对拟合出的裂纹识别比较有效。裂纹一般是具有矢量特点的不规则线段。2）曲线拟合是用连续曲线近似地比拟图像中的目标的形状，并建立其函数关系的信息近似表示的方法。拟合曲线的求解方法有许多，对于线性模型是通过建立和求解方程组来确定参数，从而求得拟合曲线。至于非线性模型，则要借助求解非线性方程组或用最优化方法求得所需参数才能得到拟合曲线，最常用的是非线性最小二乘拟合。最小二乘法是一种数学优化技术，可用于曲线拟合。通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
2、裂纹特征提取。沥青路面裂纹图像自身的灰度区间差别不大，裂纹目标自身以及路面背景自身都很大的相同之处"这正是分形维数对待事物的重要特点，所以本文尝试使用分形的方法对沥青路面裂纹图像进行合理的分割"希望能有较好的效果，完整的将裂纹目标从图像背景中分割出来。
四、裂缝形成机理
沥青路面收缩裂缝产生的原因主要有两类：一类是由于半刚性基层材料所固有的温缩和干缩特性。随着半刚性基层深度的增加，其内部温差逐渐减小，在内部存在一定温度梯度。由于表层失水量大，深层失水量较小，这样就存在失水梯度，因而产生温缩应力和干缩应力，在两者共同作用下，产生收缩应力。当半刚性基层收缩应力超过其抗拉强度时就有可能在养生阶段发生裂缝，裂缝再通过面层与基层接触面应力传递，使基层裂缝反射传播至面层，就是反射裂缝；另一类是厚度在8-10cm以上的沥青路面面层在气温急剧下降情况下，易产生温缩裂缝。可见沥青面层的温缩同样也存在上述模式，即温度梯度。当沥青路面面层材料的应力松弛性赶不上温缩应力时，就有可能产生温缩裂缝。
五、治理高速公路裂缝的措施
1、提高路基工作区的强度和稳定性。1）压实度是反映路基强度的重要指标，也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施，施工中必须严格检测控制，使其达到规定值。2）路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的，必须严格控制路基的填筑工艺，确保路基強度，填筑材料首选石、砾、砂类土，其次选用含砾、砂低液限粘土，再次选用低液限粘土，粉质土和有机土不能用于填筑路基。3）降低地下水位是提高路基强度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的关键部位，它直接承受和吸收路面的扩散应力，要有足够的强度和稳定性。当开挖后发现底下渗水，不论流量大小都要处理。填方地段要采用较好的材料填筑，土质差的地段要进行换填处理，确保其强度和稳定性。
2、选择防裂性能好的材料。1）选用松弛性能好的优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标；在缺少优质沥青的情况下，应采用某些添加剂或聚合物以提高沥青的低温抗裂性能及高温稳定性能。2）选用抗冲刷能力好，干缩、温缩系数小、抗拉能力高的半刚性材料作基层，最好使用温度膨胀系数低的骨料半刚性基层材料层中掺入30%～50%的2～4cm粒径碎石，可减少收缩裂纹，并提高碾压中抗拥推能力。3）沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂。4）沥青混合料的级配也是一项重要因素，在合理选配混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性能以及路表特性和耐久性等各方面的要求。5）在条件允许的情况，可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料或改性沥青SMA混合料，其具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能，抗车辙性能好、使用寿命长，是防裂路面设计中选用的一项新技术。
3、基层的合理厚度。由于基层材料的干缩或低温收缩而开裂，会导致面层也相应发生反射裂纹，这时宜加厚面层。可以有效的防止受拉疲劳裂纹，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。
4、设置应力吸收层。1）采用应力吸收薄膜，对减缓反射裂纹的产生与扩展有明显的效果。可使裂纹处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，明显降低应力强度因子。而吸收薄膜的弹性模薰越低，防裂效果越好，可见应力薄膜应选用低模量高韧性、大变形率的材料为好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹性模量都较低，变形率较大。不存在低温脆裂问题，效果更佳。2）橡胶沥青吸收膜，是使用废橡胶磨细的粉与热沥青搅拌后，施于面层中间，形成一薄膜或与砂石成一薄层。有试验结果表明，此应力吸收层在面层中间效果最佳。3）用土工格栅加筋沥青路面的主要功能，是控制车辙、反射裂纹和疲劳裂纹，不同类型格栅性能显著不同。
5、施工过程中控制裂纹。1）控制好制备沥青混合料时加热时间和温度，加强碾压，可减少反射裂纹。为减少路面裂纹的出现。应在铺设沥青面层前，就采取裂纹预防措施和处理技术。特别是在道路建设初期采取措施阻止裂纹的形成，这将大大减少裂纹的产生。2）严格半刚性基层碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。半刚性基层碾压完成后，要及时养生。碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或粘层，然后应尽快铺筑沥青面层。
六、结束语
由于沥青路面裂缝的存在，加速了路面使用功能的降低，缩减了路面使用寿命，提前了路面大中修或局部维修，加大了高速公路的营运成本。因此对沥青路面裂缝这一早期破坏现象必须予以重视，采用灌缝等有效合理的技术手段尽早处治，有效延长路面使用寿命，保证高速公路的路面平整度和行车稳定性，可以取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]王金国.沥青路面防裂施工质量控制[J].科技创新导报，2008，21：30
[2]徐培华，高等级公路路基路面养护技术，北京，人民交通出版社，2003
[3]腾学伟.公路路面裂缝处治方案与措施[J].科技创新导报，2008（8）