随着公路交通量日益增长，公路建设事业得到了迅猛发展，截至2012 年底，我国公路通车总里程

达到423.75 万km，高速公路达9.65 万km。四通八达的公路网，已经成为我国经济和社会发展的重要

保障。但是，经过多年的使用和观测表明，许多高速公路通车一年后路面就出现严重的桥头跳车和早期

损坏，有的通车几年后由于早期病害严重，特别是裂缝过多就不得不进行翻修，使其使用性能大大降低。

文献[1]把沥青路面损坏分为11 类21 项，其中有4 类9 项与裂缝有关，特别是疲劳开裂对路面使用性能

影响较大。因此，对疲劳裂缝产生的原因进行系统的分析，提出经济、合理、适用的沥青路面结构，并

从设计、施工和养护等多方面对防止疲劳开裂和路面破坏提出有效的预防措施，采用先进的养护技术维

修养护，使其在公路建设和养护中进一步推广应用，发挥更大的社会经济效益。

二、疲劳开裂原因分析与防治措施

（一）基本理论

随着传统的疲劳破坏理论的发展，人们认识到，路面的破坏是由于荷载在路面材料中引起的重复

加载疲劳应力，超过了路面混合料的抗拉强度而发生的。美、英、苏、德等国，根据十多年的大量试

验，相继进行了基于疲劳强度理论在设计上的重大改革。并且，目前各国沥青类路面设计仍主要沿用

这种疲劳强度理论。我国从六十年代开始对路面疲劳特性进行系统研究，借鉴金属材料断裂力学理论，

认为疲劳断裂是一个疲劳裂纹的萌生、扩展直至后断裂的逐渐发展过程[2]，如图1。理论与实践证

明，路面在移动车轮荷载作用下，其内部各点处于不同的应力应变状态之下，路面结构的底面各点，

当轮载驶近时该点出现挤压应力；当轮载处于正上方时则受到全拉应力作用，当轮载驶离时，该点的

主拉应力减弱并伴有剪应力产生，路面表面则相反，车轮驶近时受拉，车辆直接作用时受压，车轮驶

过后又受拉。路面在整个使用过程中，因长期处于拉压应力重复循环并伴有剪切作用的状态而产生疲

劳破坏。沥青路面抗拉强度比较小，所以路面多是从底部或顶部受拉而产生裂纹以至破坏。[3]另外，

国内现行路面设计方法一般基于静态弹性体系模型，而实际车轮荷载均为动态，对路面施以随时间变

化的垂直振动和冲击作用以及水平推挤作用。由于路面结构本身对荷载的时变因素具有相当的敏感性，因而在实际动态荷载作用下所表现出的力学性能通常与静态模型的情况存在较大差异，对路面的

早期破损有着不可忽视的作用。

（二）疲劳开裂防治措施

国内外对于疲劳开裂防治常用方法主要有土工织物材料、橡胶沥青封层和应力吸收膜等。通过进行

材料的合理组成设计，调整结合料用量与配比来实现抗裂性能。另外，也可以在沥青面层上采用预切缝。

级配碎石缓冲层，即所谓倒装结构，在美国、澳大利亚及南非沥青路面结构中应用较多，厚度为10 ～

15 cm，具有一定效果。

三、常用的疲劳开裂的养护方法

（一）雾封层—预防性和轻微病害治理

雾封层是预防性养护中的一种，它是将慢裂乳化沥青稀释液或特制路面保护剂喷洒（雾花）到现有

沥青路面表层，目的是恢复那些由于沥青在正常使用中氧化造成的轻微干裂、损失小骨料等损坏，同时

还可以起到封住细小裂缝及表面孔洞、防水及抑制松散的作用。使用年限一般为1～2 年，如图2。

（二）上封层（磨耗层）—增加路面纹理，初期综合病害治理，防止水损害

磨耗封层主要增加路面纹理。撒布沥青后，撒布均匀粒径石屑。重交通工程可以采取两层法。采用

乳化改性高模量沥青，慢裂型。适用于各种道路，使用寿命在3 年以上。

（三）稀浆封层—适合路面中、后期综合病害的维修

稀浆封层，由适当级配的石屑或砂、填料水泥、石灰、粉煤灰、石粉等、乳化沥青、外掺剂和水为

材料，按一定比例拌和成稀浆状，摊铺、硬化、成型后起到封层作用的一种路面结构。由于该种稀浆混

合料的稠度较稀，形态似浆状，铺筑厚度一般在3-10mm 之间，主要起防水或改善恢复路面功能的作用。

见图3。

（四）微表处—适合路面车辙严重、损害严重的路面

微表处采用改性乳化沥青混合料铺筑8-12mm 的路面处置层。其优点路面防水性能好，封闭表面防

止水下渗。高速路路面刹车性能好。施工后可以快速通车；路面耐磨性能好，夏天抗车辙，冬天抗龟裂。

环保性能好，常温沥青不散发污染物。填补车辙性能好，无须打磨路面。路面的使用寿命可以延长。其

不足就是对摊铺设备要求很精确，施工控制难度加大。

（五）超薄磨耗层—适合路面损害严重，综合治理

改性超薄磨耗层采用优质轧制集料，间断级配，具有可以分为两部分：一是改性乳化沥青的撒布，

二是改性热拌沥青混凝土的摊铺及碾压。改性乳化沥青所起到的作用主要是密封原路面及保证新混合料

与原路面的有效粘结。而改性热拌沥青混凝土是由较大粒径的断级配集料、改性沥青经热拌和而成，其

主要作用是提供一个平顺、耐久、具有一定抗滑能力的表面。

四、疲劳开裂的养护的新设想

疲劳开裂是沥青混凝土模量长期变化，引起长期破坏的结果，当路面出现许多细小裂缝时，说明路

面已经出现破坏，现在我们采用一种新型技术——“超薄养护封层”来处理这些因为疲劳开裂引起的路

面病害，超薄养护封层技术是介于雾封层和超薄磨耗层之间，或替代磨耗层而采取一种新型养护技术，

这种技术已经在欧美等很多国家开始使用，利用这种技术处理公路道路，城市道路由于汽车荷载引起的

路面疲劳开裂，来延长道路的使用寿命。超薄养护封层技术主要原料为封层乳化沥青胶浆（简称沥青胶浆），在国外其发展经历了三个阶段，第一阶段，使用热沥青与无机物乳化技术。随着对产品的储存稳

定性能、路用性能的要求提高，出现了第二阶段产品煤沥青类（或混合沥青类），具有好的储存稳定性

和渗透性能，缺点是抗氧化性和环保性能堪忧。随着乳化沥青技术的不断完善，乳化剂性能不断提升，

第三阶段产品在此背景产生。采用乳化沥青与无机矿料溶合制成乳化沥青胶浆。随着化工工艺的发展，

新的产品引进了改性乳化沥青技术，克服了之前改性剂与无机矿料的相互“干扰现象”。现在这种产

品被广泛应用于各等级公路、城市道路、停车场、车库和水泥路面的疲劳开裂防护上。现就这种新型技

术在国外铺筑的试验路介绍给大家。

五、试验路段铺筑及性能检验

（一）停车场试验路段的铺设

2011 年8 月，加拿大乳化沥青有限公司首先研发出新一代产品——超薄养护封层，采用手工方式施

工，使用封层乳化沥青胶浆，在停车场进行试验。原有路面有大量疲劳开裂的裂缝，并且部分路面出现

松散掉粒现象，颜色淡白，见下图。通过人工清理路面，吹净路表面的颗粒及粉尘，以手工方式进行超

薄养护封层施工，施工结果2 小时后，车辆可以驶入停车场，停车场路面可承载，维修养护后路面不渗

水，松散部分黏合良好，疲劳裂缝消失，色泽黑亮。见图4、图5。

超薄养护封层试验路铺筑完成后要进行的检测项目包括：

（1）渗水性试验，要求实际渗水率小于200ml/min。

（2）裂缝修复率试验，表观检测原有裂缝是否封闭完好，是否肉眼可见。

（3）松散修复率试验，原有路面的早起松散治理情况，达到修复后平整，松散部分固化并不可见。

（4）色泽恢复率试验，恢复黑色并有光泽、不泛油。

（5）平整度试验，修复后此路段具有良好的平整度。

（6）1 年以后检测指标：①不褪色；②平整度保持良好；③裂缝不可见；④持续保持不渗水性能；

⑤没有松散发生。

一年后复查，见图6，路面保持原有黑色不退，没发现新的裂缝出现，防水性能保持不变。

经当地检测部门检测以上检测指标完全达到技术设计指标要求。

（二）高速公路试验段铺设

2011 年在蒙特利尔640高速公路部分路面进行超薄养护封层，采用机械摊铺施工，施工后效果良好，

高速公路修复后的路面见图7。修复了原有裂缝，增加了路面纹理、使路面重新返回黑色，防水性满足

设计要求。

采用超薄养护封层技术（厚度可以1—10mm 之间，通常在5mm 以下）无论手工还是机械施工，都

能达到预期效果。施工工期短，开放交通快，一般1-2 小时即可开放交通。超薄养护层的施工工艺简单

有效，施工设备投入少；同时原料造价低廉。工程成本不足稀浆封层的三分之一。因此超薄养护封层技

术对路面的早起防护和疲劳性开裂治理非常见效，施工后2年内性能基本保持不变。在公路养护施工中，

可以替代雾封层、碎石封层或稀浆封层。

这种新型材料新型工艺的引进是完全可以各级路面的预防性养护。对路面轻微病害路面的处治性养

护（疲劳裂缝、表层石料松散、路面纹理差、泛油等）是完全使用的，同时可以防止路面因疲劳开裂引

起的水损害；还可以改变由于路面长期使用引起的泛白，使其变成黑色和亮丽，保证行车安全具有很好

的用途。超薄养护封层应用相当广泛，可用此维修养护方法进行前期、中期养护，工艺简单快捷，对提

高公路使用寿命，降低公路养护成本具有广泛的应用前景，因此值得在国内进行推广。