半剛性基層瀝青路面裂縫出現(xiàn)原因及防治措施分析

陳治國

(甘肅興隴交通工程監(jiān)理有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，高等級公路的里程不斷增加。為適應高等級公路重交通對道路的要求，以無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料(土)類為基層，瀝青砼為面層的半剛性路面被大量用于高等級公路路面。半剛性路面具有兩個較明顯的特點，一是具有較高的強度和承載能力，一般來說，半剛性基層材料具有較高的抗壓強度和抗壓彈性模量，并具有抗彎拉強度，且他們都具有隨齡期而不斷增長的特性，因此半剛性瀝青路面通常具有較小的彎沉和較強的荷載分布能力；二是半剛性基層剛度大，使得其上瀝青面層彎拉應力值較小，從而提高了瀝青面層抵抗行車疲勞破壞的能力，甚至可以認為半剛性基層上的瀝青面層不會產(chǎn)生行車疲勞破壞。

鑒于半剛性瀝青路面，強度、平整度及抗行車疲勞性能均好這一點，半剛性瀝青路面已經(jīng)成為目前我國高等級公路路面結(jié)構(gòu)的主要形式。然而，隨著這種結(jié)構(gòu)形式的大量使用，逐步發(fā)現(xiàn)半剛性瀝青路面也存在一些嚴重問題。半剛性瀝青路面裂縫問題日益突出，并已經(jīng)成為該結(jié)構(gòu)的主要缺陷。根據(jù)一些資料調(diào)查顯示，不論南方還是北方，通車后一年最遲二年均出現(xiàn)大量裂縫。初期產(chǎn)生的裂縫對行車并我明顯影響，但隨著表面雨水或雪水的浸入，在大量行車荷載的反復作用下，會導致路面強度明顯下降，產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫加寬，裂縫兩側(cè)的瀝青面層碎裂，加速瀝青路面的破壞，影響瀝青路面的使用性能。

瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的。影響裂縫的主要原因有：瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)、基層材料的性質(zhì)、氣候條件、交通量和車載類型以及施工因素等。作為半剛性基層瀝青路面其面層開裂的原因大致可分為三種：

1 疲勞裂縫

如車轍一樣，瀝青路面的疲勞開裂同樣是由于重復荷載的作用在車行道出現(xiàn)的一種破壞。疲勞開裂的早期現(xiàn)象是路面在縱向出現(xiàn)不間斷的裂縫，之后，路面出現(xiàn)更多的變形。這種疲勞開裂有時被稱為“龜裂”，因為路面的破壞形狀類似于龜?shù)谋巢啃螤睢σ恍O端的情況，疲勞開裂的最終結(jié)果是路面出現(xiàn)坑槽。

瀝青混合料，如果具有較高的剛度，路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形較小，則路面的疲勞開裂較小。柔的材料，高的變形，高的應力水平，則路面的疲勞壽命較低。因此，路面疲勞開裂的機理很容易被理解，但產(chǎn)生的原因卻不十分容易被說明。它不能簡單地說是材料的問題，疲勞開裂一般由多種原因引起。很明顯，必須有重復的疲勞荷載作用。一些其他的原因如差的路基排水將導致路面強度減弱、彎沉增大，路面出現(xiàn)疲勞開裂。差的設計、差的施工質(zhì)量同樣可以導致路面出現(xiàn)疲勞開裂。因此，弱的路面結(jié)構(gòu)、高的路面彎沉和重復荷載將很容易產(chǎn)生路面疲勞開裂。

在許多情況下，重復荷載作用下的路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞開裂沒有很多初期跡象，因此，必須加強路面的評價與養(yǎng)護。當路面在設計年限很短的時間內(nèi)出現(xiàn)開裂，可能是路面受到重的荷載。

一般克服路面過早出現(xiàn)疲勞開裂有以下途徑：

1)充分考慮路面設計年限內(nèi)的重載交通；

2)利用隔水措施，保證路面土基干燥；

3)用厚的路面；

4)利用的路面材料在水的作用下不致出現(xiàn)多的減弱；

5)路面材料有一定的剛度。

2 低溫開裂

路面的低溫開裂主要與惡劣的環(huán)境因素有關(guān)。其主要特征是路面每隔一定距離出現(xiàn)橫向開裂。瀝青路面的低溫開裂主要有二種形式：一種是由于氣溫驟降造成面層溫度收縮，在有約束的瀝青面層內(nèi)產(chǎn)生的溫度應力超過瀝青混凝土的抗拉強度造成。在一般情況下，由于瀝青混合料具有良好的應力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過高的溫度應力，但當氣溫驟降時，由于瀝青混合料的應力松弛趕不上溫度應力的增長，超過其極限拉伸應變，便產(chǎn)生開裂。此類裂縫多從路面表明產(chǎn)生向下發(fā)展。另一種是經(jīng)過長時間的溫度循環(huán)，使瀝青混凝土的極限拉伸應變變小，應力松弛性能下降，將在溫度應力小于抗拉強度時產(chǎn)生開裂。一般認為低溫開裂與路面材料有關(guān)，硬的材料比柔的材料更容易出現(xiàn)低溫開裂，瀝青在環(huán)境因素的作用下出現(xiàn)氧化就更容易出現(xiàn)低溫開裂。因此，為了減少低溫開裂，必須選用軟的瀝青，減少瀝青混合料的空隙率。

3 反射裂縫

這種裂縫是由于半剛性基層的干燥收縮或溫度收縮開裂，在裂縫部位應力集中使得瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。

在半剛性瀝青路面上現(xiàn)場鉆芯取樣觀察表明，裂縫中相當數(shù)量為半剛性基層先裂而導致瀝青面層開裂的反射裂縫，這一比例常常超過50%。因此，反射裂縫成為半剛性瀝青路面的主要病害。在減輕半剛性基層瀝青路面反射裂縫方面的措施，概括起來大致分為以下5個方面：

1)當瀝青罩面的厚度小于或等于14cm時不管基層厚度多大，只要基層抗壓強度超過12MPa，半剛性基層預切縫，我們在甘肅“劉白第九合同段”項目施工時，半剛性基層就實行了預切縫。

2)設置乳化瀝青處理集料防裂中間層或集料中間層。

3)采用高抗拉強度的聚合物網(wǎng)作為半剛性基層與瀝青層的中間層以延緩裂縫向上傳播。我們在沈陽“沈棋”項目施工時，使用了土工隔扇中間層以減少路面裂縫。

4)提高瀝青路面厚度，選擇模量較低的瀝青混凝土和提高瀝青混凝土抗剪疲勞強度等措施以減少半剛性路面裂縫。

5)提高基層材料強度。

4 小結(jié)

我國在半剛性瀝青路面裂縫方面也做了不少工作。就目前來看我國在防治反射裂縫方面主要有三大部分：一是改善瀝青混凝土面層性能，如增加瀝青層厚度、加筋罩面層、使用改性瀝青等；二是設置應力/應變吸收薄膜夾層，如采用SAMI、土工織物、土工布、土工網(wǎng)格、粘接間斷層等；三是針對基層材料本身，選擇抗沖刷性好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小和抗拉強度高的半剛性材料。

雖然以上各種措施都在實踐中得到了應用，但目前各類措施的防治效果在定性、定量上很不一致。一方面表明應對各種措施進行系統(tǒng)評價，另一方面也表明了目前各種措施的防治效果都十分有限。瀝青混凝土是溫度敏感性材料，其模量、強度與溫度密切相關(guān)，同時每一防治措施本身性能也受到溫度影響，因此，今后若對各種措施進行不同溫度下防效果的系統(tǒng)評價是非常重要的。

[1]JTJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTJ032-94公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，1994.