市政道路瀝青路面結構類型及破壞原因探索

王威+錢劍雄

摘 要：本文介紹了市政道路中常用的四種瀝青路面結構類型：瀝青碎石、瀝青表面處治、瀝青貫入式和瀝青混凝土，并詳細分析了這四種類型路面結構各自的特點。以最常見的瀝青混凝土為例，詳述了市政道路的四種主要破壞形式：裂縫、變形、表面損壞、泛油，并以最主要的破壞形式裂縫為例，詳述了裂縫產生的各種原因。

關鍵詞：瀝青路面；結構類型；破壞形式；開裂機理

隨著經濟的發(fā)展，城市道路等級越來越高，作為高等級路面形式的瀝青混凝土路面，越來越多地出現(xiàn)在城市道路中。

由于城市道路交通量的不斷攀升，以及氣候條件的影響，瀝青混凝土路面無論采用性能如何優(yōu)秀的原材料進行鋪筑，其路面的開裂仍然無法避免。對于城市道路混凝土路面的開裂，很多學者已經從混合料的性能及路面結構等方面做了卓有成效的研究，但仍顯不足，下面分別從瀝青路面結構的類型、特點、破壞形式及成因、開裂機理等方面進行研究。

一、常用瀝青路面結構類型及特點

目前，市政道路中，根據(jù)道路等級的不同，常用的瀝青路面主要有4種類型，即瀝青碎石、瀝青表面處治、瀝青貫入式和瀝青混凝土。

瀝青表面處治是一種厚度不大于3cm，用瀝青和細集料鋪筑的薄層面層，由于結構較薄，對道路整體強度和剛度提高不顯著，主要發(fā)揮抵抗磨耗，防水，提高平整度等作用。表面摩擦系數(shù)大，有利于行車安全。

瀝青貫入式是一種較厚的，在壓實的碎石層上分層澆灑瀝青、嵌縫料，然后壓實而形成的的面層。它靠顆粒間的嵌鎖作用及粘結作用提供較高的強度，作為面層時，必須用封面料密實表面，以減少地表水滲入。

瀝青碎石混合料是用瀝青與粗集料、細集料、填料拌合而成的半開級配瀝青混合料。采用熱拌熱鋪工藝鋪筑路面結構。構成組份中粗集料多、細集料少、空隙大、造價低。可采用集中廠拌生產，路面抗滑性能好，高溫穩(wěn)定性好。但耐久性較差、抗疲勞性比混凝土差。

瀝青混凝土混合料是按連續(xù)級配的原則，由一定比例的粗集料、細集料、填料、瀝青在較高溫度下按照有關技術標準要求拌合而成的礦質混合料，簡稱瀝青混凝土。

瀝青混凝土具有較多優(yōu)點：整體性好、噪音低、水穩(wěn)性高、強度高、抵抗行車和自然因素破壞作用能力強等優(yōu)點，適用于各種等級道路的瀝青路面面層。

目前，這種混合料在我國和世界上其國家和地區(qū)的高級路面中擔當著主要的角色，適用于各種等級的道路如城市道路及一般公路、國省道等。下面就著重以瀝青混凝土路面的破壞為分析對象，研究城市道路的破壞形式。

二、瀝青混凝土路面主要破壞形式及原因

在城市的道路中，瀝青混凝土路面常見的破壞形式主要有：裂縫、變形、表面損壞、其他損壞等四種形式，其中每一種損壞形式又可細分為不同的破壞方式，下面就上述幾種破壞形式進行分析。

1、裂縫

市政道路中，最常見的路面損壞就是裂縫，具體可以分為橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂和塊裂等幾種形式。

橫向裂縫開裂方向垂直于行車方向，裂縫的間隔不等，裂縫數(shù)量逐年增加，是市政道路瀝青路面中最常見的裂縫之一，通常被視為早期損壞現(xiàn)象。根據(jù)裂縫開展的原因不同，橫向裂縫又分為荷載型裂縫、非荷載型裂縫兩類。當路面承載能力下降、強度不足以承擔車輛載荷作用時，在路面的底面就首先開裂了。在車輛反復荷載作用下，裂縫向上擴展，并且因為下層開裂，導致瀝青頂面應力集中而開裂。非荷載型裂縫的成因可以是溫縮或反射或不均勻沉降或凍脹等等，其中比例最高的是溫縮裂縫和反射裂縫。

縱向裂縫基本上平行于道路中心線，一般發(fā)生在距路邊緣3～5米的車道內。縱向裂縫產生的原因有多種，如荷載過大、承載能力不足、縱向接縫不好、壓實度不均。

龜裂常伴有沉陷和唧漿現(xiàn)象，是路面在重復荷載作用下的疲勞損壞。早期表現(xiàn)為相互交錯的裂縫，之后發(fā)展為多邊形裂塊，接縫間交角成直角或鈍角，主因為反射裂縫、溫度變化、瀝青老化。

2、變形

變形是瀝青路面破壞的另一種形式，主要表現(xiàn)為沉陷、車轍、推擠。沉陷系指路面局部凹陷，路基壓實不足導致的后續(xù)沉降，常伴有貫穿整個路面的結構性破壞；車轍一般在高溫季節(jié)，在車輛的反復碾壓下，瀝青面層產生永久變形或塑性流動，常有以下三種類型：結構性車轍，流動性車轍，磨損性車轍。

3、表面損壞

常見的表面損壞包括磨光、麻面、剝落、坑槽四種，磨光是指外露的集料在輪胎的反復摩擦下逐漸光滑的現(xiàn)象，其原因是集料質地較軟、級配不當、瀝青偏多等。

麻面是指市政道路的粗細集料離散的現(xiàn)象，其主要成因是集料間粘結力不足。

剝落的瀝青面層局部呈現(xiàn)松散現(xiàn)象，尤其是在水的作用下，集料與瀝青粘附逐漸減小直至脫落，導致路面形成坑槽。

4、泛油

在夏天市政道路中，常見瀝青在車輛的碾壓下滲出路面，形成一層光澤的瀝青膜即為泛油。泛油可造成市政道路構造深度逐漸減小，抗滑性能逐漸降低，影響行車安全。原因可能是瀝青用量偏多或者殘留空隙率偏小。

三、裂縫的開裂機理

1、低溫引起的橫向裂縫

市政道路中的瀝青混凝土結構，直接與外界接觸，當氣溫下降時，瀝青就會收縮，由于瀝青路面沒有收縮縫，于是變形就會受到基層及路面板體約束，導致瀝青內部拉應力超過承載能力及松弛能力而開裂。

2、應力效應的疊加

溫度下降時，瀝青混凝土表面溫度比基層低，由于基層的約束及自重作用，瀝青混凝土表層不能自由翹曲，從而在表面出現(xiàn)了拉應力，而在底面則為壓應力。溫度應力松弛與這些應力相加后，其表面拉應力將更大，直接導致表面出現(xiàn)裂縫。

3、溫度應力的反復作用

在原先有裂縫的地方，在第二年氣溫較低時，瀝青混凝土層將再次收縮。如果基層的摩擦力較小，在實際收縮時，裂縫就會變寬；反之就不會收縮，但新裂縫就會產生，導致裂縫數(shù)量增加。

溫度應力的反復作用，將導致瀝青混凝土面層出現(xiàn)疲勞，使得極限拉伸應變變小，加上瀝青老化等因素，裂縫隨著路齡增加而增加。

4、反射裂縫

當市政道路面層下部的拉應力超過了瀝青混凝士的極限強度時就會產生反射裂縫。出現(xiàn)反射裂縫的根本原因是在偏荷載的作用下的主拉應力和溫度變化下導致的收縮應力。

在秋冬低溫環(huán)境下，當瀝青混凝土基層開裂后，由于基層失去了抵抗拉應力的能力，就會在開裂處將拉應力傳遞到面層。反射裂縫是市政道路瀝青面層早期劣化的禍源，加重了路面的維修負擔，縮短了路面的使用壽命。

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