瀝青混凝土路面裂縫產生機理及防治措施

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引言

瀝青路面以其行車舒適、噪音小、揚塵少、維修方便等優點被廣為應用,但裂縫是瀝青路面的常見病害,裂縫的出現不僅使瀝青路面的品質下降,而且帶來路面病害的惡性循環。

一、裂縫主要形式及現象

瀝青路面的開裂表現形式是多種多樣的，主要有橫向、縱向、網狀和反射裂縫。

橫向裂縫現象為：裂縫與路中心線基本垂直，縫寬不一，縫長有的貫穿整個路幅，有的貫穿部分路幅，裂縫彎彎曲曲、有枝有叉。橫向裂縫中的唧漿導致裂縫兩側凹陷，橋頭跳車處的路面橫向裂縫，在路面積水的作用下加速跳車發展的速度，同時會對路基造成沖刷。

縱向裂縫現象為：裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫長度和寬度不一。一般都發生在高填方的路基上。縱向裂縫容易形成沿行車方向呈臺階狀，影響行車舒適性。

網狀裂縫現象為：裂縫縱橫交錯，將面層分隔成若干多邊形的小塊，一般縫寬1mm以上，縫距40cm以下。網狀裂縫導致瀝青路面松散或坑槽，嚴重影響瀝青路面的綜合服務水平。

反射裂縫現象為：基層產生裂縫后，在溫度和行車荷載作用下，裂縫將逐漸反射到瀝青表面，路表面裂縫的位置形狀與基層裂縫基本相似。對于半剛性基層以橫向裂縫居多，對于柔性路面上加罩的瀝青結構層，裂縫形式不一，主要取決于下臥層。

二、裂縫產生的原因分析

(1)是由于行車荷載的作用而產生的結構性破壞裂縫。在車輪荷載的作用下，當路面結構層底部產生的拉應力大于其材料的抗拉強度時，產生的開裂稱之荷載型裂縫。(2)是由于瀝青面層溫度變化而產生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫，稱之非荷載裂縫。(3)是經常出現在橋涵兩端的橫向裂縫，或在路段上出現較長的縱縫，主要是由填土固結沉陷或地基沉陷引起，稱為沉降裂縫。盡管瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的，但其中的行車荷載作用、瀝青面層溫度變化是產生裂縫的主要原因。

(一)橫向裂縫

(1)半剛性基層瀝青路面的反射裂縫。在車輪荷載作用下，半剛性基層底部產生接應力，當拉力大于基層材料的抗拉強度時，底部就會很快開裂，在行車荷載反復作用下，底部裂縫會逐漸寬展到上部，并使面層產生開裂。(2)瀝青面層溫度變化產生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。(3)瀝青未達到適合本地區氣候條件和使用要求的質量標準，致使瀝青面層溫度收縮或溫度疲勞應力(應變)大于瀝青混合料的抗拉強度(應變)。(4)施工縫處理不當，接縫不緊密，結合不良。(5)橋梁、涵洞或通道等構造物兩側的填土產生固結或地基沉降。

(二)縱向裂縫

(1)填方材料和填方的不均勻性，以及填方密實度達不到設計要求。經過一段時間的自然沉降，特別是經過雨水浸泡后，路基強度有所下降，沿邊坡部分路基承載力也下降，就會出現縱向裂縫。(2)施工時，前后攤鋪幅相接處的冷接縫未按有關規范要求認真處理，結合不緊密而脫開；(3)縱向溝槽回填土壓實質量差而發生沉陷；(4)拓寬路段的新老路面交界處土層處理不徹底，沉降不均勻引起縱向開裂；(5)邊坡值小于設計值，邊坡壓實不夠和邊溝過深使實際填土高度加大而滑坡等引起的縱向開裂。

(三)網狀裂縫

(1)路基局部壓實度不足或基層材料局部松散不成板體，使路面的承載能力下降形成的裂縫；(2)瀝青與瀝青混合料質量差。瀝青延度低，抗裂性差。瀝青混合料拌和時間過長，拌和溫度過高或在儲料倉倉儲時間過長，使瀝青變硬，對拉應變敏感而產生的裂縫；(3)瀝青層厚度不足，層間粘結差，水分滲入，形成的裂縫；(4)行車荷載重復作用下引起的疲勞裂縫。(5)外界原因如污染、腐蝕等造成的局部網裂。

(四)反射裂縫

1.由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫

半剛性基層有著高強度、高承載力的優點,但同時也有著本身難以克服的缺陷和不足。由于較高強度的半剛性基層可能會導致較大的干縮、溫度裂縫的產生,從而導致路面產生反射裂縫,同時雨水會從裂縫中下滲,并積聚在面層與基層中間,出現基層唧泥現象,降低了瀝青層與半剛性基層間的連接狀態,從而加速了路面結構的破壞。

2.由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或對應裂縫

對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經產生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會由于溫度應力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產生的拉應力與溫度應力相結合，反射裂縫會形成得更快。

(五)溫縮裂縫

瀝青路面的低溫開裂有兩種形式:一種是由于氣溫驟降造成面層溫度收縮,在有約束的瀝青層內產生的溫度應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時造成的開裂。另一種形式是溫度疲勞裂縫，由于氣溫的反復升降導致瀝青混合料的溫度應力疲勞,以及混合料的極限拉伸應變減小,應力松弛性能降低,最后導致在并不太大的溫度應力下即可開裂,因而溫縮縫是隨著使用年限不斷增加的。

(六)自上而下的表面裂縫

產生表面裂縫的原因,現在還沒有達成共識,有的認為是車輛荷載直接作用,在輪子部位產生大的應力,導致路面產生開裂；也有的認為是因為路表面瀝青容易老化,極限拉應變不斷減小而首先開裂；甚至也有認為在輪跡位置產生的剪應力導致開裂等等。其中很重要的是表面裂縫一般發生在施工離析的部位和兩幅攤鋪的交界處。

(七)構造物端部接頭裂縫

橋涵構造物端部開裂也是高速公路瀝青路面的一種常見病。其產生的原因主要是臺背填土由于地方狹窄,壓路機不容易到達,不能很好的碾壓,致使產生后期沉降。構造物接縫處發生裂縫帶來的直接后果是橋頭跳車,它嚴重影響行車的舒適性。這種情況在軟土路基段尤為顯著。

三、裂縫對瀝青路面的危害

1.縮短路面的使用壽命。裂縫的初期(1～2年內) 對路面的使用性能無明顯影響但隨著裂縫的增大,雨水或雪水的逐漸侵入,導致裂縫兩側的路面結構或土基含水量增加,甚至達到飽和狀態,其結果是結構層承載能力明顯下降,在大量行車荷載作用下,產生沖刷唧漿現象,加速路面破壞。

2.縱向裂縫的發生容易形成沿行車方向呈臺階狀,裂縫的凹陷或灌縫瀝青凸出,影響行車的舒適性和安全性。

3.橋頭跳車處的路面橫向裂縫,在路面集水的作用下加速了跳車現象的發展,同時對路基造成危害。

4.塊狀的路面縱橫裂縫如不能及時修補,將很快發展成為網裂,松散甚至坑槽,導致路面病害的發生,影響路面的功能。

四、瀝青路面裂縫的預防措施

(一)橫向裂縫

1.合理組織施工，攤鋪作業連續進行，減少冷接縫。冷接縫的處理，應先將已攤鋪壓實的攤鋪帶邊緣切割整齊、清除碎料。然后用熱混合料敷貼接縫處，使其預熱軟化;鏟除敷貼料，對縫壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘層瀝青，再鋪筑新混合料。

2.充分壓實橫向接縫。碾壓時，壓路機再已壓實的橫幅上，鋼輪伸入新鋪層15cm左右，每壓一遍向新鋪層移動15cm-20cm，直到壓路機全部在新鋪層為止，再改為縱向碾壓。

3.根據GB50092-96瀝青路面施工及驗收規范要求，按該地區氣候條件和道路等級選取適用的瀝青類型。以減少或消除瀝青面層溫度收縮裂縫，采用優質瀝青更有效。

4.橋涵兩側填土充分壓實或進行加固處理；沉降嚴重地段，事前應進行軟土地基處理和合理的路基施工組織。

(二)縱向裂縫

1.采用全路幅一次攤鋪，如分幅攤鋪時，前后幅應緊跟，避免前攤鋪幅混合料冷卻后才攤鋪后半幅，確保熱接縫。

2.如無條件全路幅攤鋪時上、下層的施工縱縫應錯開15cm以上。前后幅相接處為冷接縫時，應先將已施工壓實的邊沿坍斜部分切除，切線需順直側壁要垂直，清楚碎料后，宜用熱混合料敷貼接縫處，使其預熱軟化，然后鏟除敷貼料，并對側壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘層瀝青，再攤鋪時控制好松鋪系數，使壓實后的接縫結合緊密、平整。

3.溝槽回填土應分層填筑、壓實，壓實度需達到要求。如符合質量要求的回填土來源或壓實有困難時，須作特殊處理，如采用黃砂、礫石砂或又自硬性的高鈣粉煤灰或熱燜鋼渣等。

4.拓寬路段的基層厚度和材料須與老路面一致，或稍厚。土路基應密實、穩定。鋪筑瀝青面層前，老路面側壁需涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘層瀝青。瀝青面層應充分壓實。新老路面接縫宜用熱烙鐵燙密。

(三)網狀裂縫

1.瀝青路面攤鋪前，對下臥層需要認真檢查，及時清除泥灰，處理好軟弱層，保證下臥層穩定，并宜噴撒0.3kg/m2-0.6kg/m2粘層瀝青。

2.原材料質量和混合料質量嚴格按GB50092-96瀝青路面施工及驗收規范進行選定、拌合和施工。

3.瀝青面層各層應滿足最小施工厚度的要求，保證上下層的良好連接；并從設計施工養護上采取措施有效的排除雨后結構層內積水。

4.路面結構設計應做好交通量和預測工作，使路面結構組合與總體強度滿足設計使用期限內交通荷載要求。上基層必須選用水穩定性良好的有粗粒料的石灰、水泥穩定材料。

(四)反射裂縫

1.采取有效措施減少半剛性基層收縮裂縫。

基層混合料應在接近最佳含水量的狀態下碾壓，要防止碾壓時含水量過小，壓實度和強度不足造成強度裂縫。對分段施工的基層，在碾壓時，應預留一定混合料暫緩碾壓，待下段混合料攤鋪后一起碾壓，以利于銜接。對于分層碾壓的基層，上下層的接頭應錯開，已減少出現裂縫的機會。合理選擇混合料的配比，控制細料數量；重視結構層的養護，并及早鋪筑上層或進行封層以利于減少裂縫。

2.在舊路面加罩瀝青路面結構層前，采用鋪設土工布、格柵后再加罩，以延緩反射裂縫的形成。

(五)合理選材

1.選擇抗裂性好的材料做基層。為減少收縮裂縫,應增加粗骨料含量,降低施工含水量,提高基層壓實度,盡量避免采用干縮性較大的材料。如水泥、石灰等做結合料,而應選用級配碎 (礫) 石及工業礦渣等做基層材料。

2.采用優質改性瀝青。改性瀝青在低溫粘度、耐老化等指標上均優于普通瀝青,目前普遍采用的改性瀝青有橡膠類、熱塑性橡膠彈性體和熱塑樹脂類。改性瀝青混凝土造價高,但長期經濟效益較好,因此,一般用于新建道路。

3.選擇合適的礦料。無論什么骨料,為使瀝青與礦料之間很好的粘結應使用抗剝離劑,以延緩由于荷載和溫度的反復作用發生瀝青剝離而產生水毀現象,同時限制堿性骨料的使用。

(六)正確施工

施工質量的好壞直接影響路面的各種性能,因此,嚴格保證道路各結構層的施工質量,能有效防治路面裂縫。基層和底基層的養生要滿足要求,切勿為趕工期而提早鋪筑面層,以防基層損壞或收縮而導致瀝青面層產生反射裂縫。面層施工時保證在制備瀝青混合料過程中不使瀝青過分老化(控制瀝青的加熱溫度和加熱時間),加強運料車的保溫工作,保證適宜的攤鋪、碾壓溫度,及時攤鋪,保證供料和攤鋪的連續性,減少由于混合料表面溫度降低影響溫度均勻性而產生的離析和裂縫,加強碾壓使瀝青混合料達到較高的密實度(98% 以上),做好施工接縫的聯結處理。

(七)加強養護

及時維修完善路基、路面的排水設施,確保路面排水順暢,基層與面層之間不得形成集水槽。此外,瀝青路面的早期損壞應及時處理,避免基層破壞進而加劇面層的破壞,延長路面大修時間,從而延長道路的使用壽命。

五、治理措施

1.一經發現裂縫后應立即修補以免水通過縫滲透到基層，造成基層破壞而影響面層。對于較小的橫向裂縫和縱向裂縫，縫寬在6mm以內，宜將縫隙刷掃干凈，并用壓縮空氣吹去塵土后，可用灌入熱瀝青或乳化瀝青材料加以封閉處理；縫寬大于6mm的，將裂縫內雜質處理干凈后，用瀝青砂或細粒式瀝青混凝土填充、搗實，并用烙鐵封口，撒砂，掃勻；也可以采用乳化瀝青混合料填封。

2.輕微龜裂可采用刷油法處治，或進行小面層噴油封面，防止滲水擴大裂縫；大面積龜裂、網裂采用加封層或瀝青表面處治。嚴重龜裂、網裂應對基層進行補強。

3.碾壓中出現微裂縫，可在終碾前，用輪胎碾進行復壓，消除裂縫。

(一)橫向裂縫的治理措施

為防止雨水由裂縫滲透至路面結構，對于細裂縫(2mm-5mm)可用改性乳化瀝青灌縫。對大于5mm的粗裂縫，可用改性瀝青(如BBS改性瀝青)灌縫。灌縫前，必須清除逢內、縫邊碎粒、垃圾。并使逢內干燥。灌縫后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(二)縱向裂縫的治理措施

2mm-5mm的裂縫可用改性乳化瀝青灌縫，大于5mm的粗裂縫，可用改性瀝青(如BBS改性瀝青)灌縫。灌縫前，必須清除逢內、縫邊碎粒、垃圾。并使逢內干燥。灌縫后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(三)反射裂縫的治理措施

縫寬小于2mm時可不做處理。縫寬大于2mm時，用改性乳化瀝青或改性瀝青(如BBS改性瀝青)灌縫。灌縫前，必須清除逢內、縫邊碎粒、垃圾。并使逢內干燥，灌縫后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(四)網狀裂縫

1.如夾有軟弱層或不穩定結構層時，應將其鏟除；如因結構層積水引起網裂時，鏟除面層后，需加設將路面滲透水排除至路外的排水設施。然后再鋪筑新混合料。

2.如強度滿足要求，網狀裂出自瀝青面層厚度不足時，可采用銑削網裂的面層后加鋪新料來處理。加鋪厚度按現行設計規范計算確定；如在路面上加罩，為減輕反射裂縫，可采取各種“防反”措施進行處理。

3.由于路基不穩定，導致路面網裂時，可采用石灰或水泥處理路基，或注漿加固處理，深度可根據具體情況確定，一般為20-40cm。消石灰用量5%-10%，或水泥用量4%-6%。待土路基處理穩定后，再重做基層、面層。

4.由于基層軟弱或厚度不足引起路面網裂時，可根據情況，分別采取加厚、調換或綜合穩定的措施進行加強。水穩定性好、收縮性小的半剛性材料是首選基層。基層加強后，再鋪筑瀝青面層。

六、結束語

合理的設計、選材,精心的施工、養護和及時的維修是預防和控制瀝青路面裂縫的有效方法。