半剛性基層瀝青路面病害分析

龍承梁

摘 要：半剛性基層瀝青路面在我國高等級公路中占據(jù)著很大的比例，隨著車輛軸載和交通量的增加，半剛性基層瀝青路面所面臨的病害問題日漸凸顯。文中對半剛性基層瀝青路面的常見病害進行了總結(jié)，并且分析了病害相關(guān)原因和具體的預(yù)防措施。從力學(xué)角度分析了半剛性基層瀝青路面各個結(jié)構(gòu)層的層底受力情況及其影響因素，對防治瀝青路面病害具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：半剛性基層;瀝青路面;病害;拉應(yīng)力

0 引言

近年來，我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展，公路交通行業(yè)扮演著舉足輕重的角色。目前，我國大部分的高等級公路都是以半剛性基層為主的瀝青路面。此類路面結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)勢在于具有較大的剛度和較高的強度及承載能力。然而隨著車輛軸載和交通量的增加，半剛性基層瀝青路面所面臨的問題也日漸凸顯。反射裂縫、車轍等病害是半剛性基層瀝青路面常見病害，這些病害不僅影響車輛行駛安全，還會加速路面破損，從而縮短道路使用壽命。

1 瀝青路面常見病害及防治措施分析

1.1 裂縫

裂縫是瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞的主要形式之一，裂縫主要分為橫向裂縫、縱向裂縫和不規(guī)則裂縫。

1.1.1 橫向裂縫

橫向裂縫與行車道中心線接近于垂直，其縫隙寬度不等，產(chǎn)生的主要原因如下：

（1）半剛性基層材料收縮[1]。基層在成型的過程中，由于半剛性材料的強度和穩(wěn)定性有所欠缺，會導(dǎo)致基層裂縫產(chǎn)生。這些基層裂縫在經(jīng)過行車荷載和周圍環(huán)境因素的共同作用下逐漸發(fā)展，并反射到瀝青路面面層，當面層所承受的拉應(yīng)力超過抗拉強度時，就會形成較為規(guī)則的橫向裂縫。

（2）溫度變化。瀝青是一種具有較好的溫度敏感性的粘彈性材料，當瀝青路面周圍溫度有較大幅度降低時，路面就會逐漸收縮變形，若此時收縮拉應(yīng)力超過抗拉強度，則路面就會產(chǎn)生開裂。這種方式產(chǎn)生的裂縫會在溫度應(yīng)力的反復(fù)作用下逐漸變大[2]。

（3）不均勻沉降。施工過程中路基沉降時間不足或在土質(zhì)不同的地基交界處施工時，由于不充分的處理會導(dǎo)致地基不均勻沉降反射到瀝青面層，從而引起路面橫向裂縫。

1.1.2 縱向裂縫

瀝青路面縱向裂縫與路面中心線大致平行，裂縫長、寬無固定規(guī)則。以下為縱縫產(chǎn)生的主要原因：

（1）地基不合格。在某些地基土天然含水量較高的地方修筑路基時，未及時進行特殊處理，在道路修建完成后，地基承載能力就會有差別，導(dǎo)致不均勻沉降，從而引起縱向裂縫。

（2）路基施工不合格。路基在施工過程中，若出現(xiàn)不均勻壓實、路基邊緣壓實度不夠和混合料攤鋪時接縫處理技術(shù)不過關(guān)等情況，就會造成縱向裂縫。

（3）水的滲透破壞。水對于縱向縫的影響主要體現(xiàn)在路表和邊坡處的滲透力。在長期被水浸泡滲透后，路基的承載能力會逐漸降低，加之行車荷載的反復(fù)作用，路面就會出現(xiàn)縱向裂縫。

1.1.3 不規(guī)則裂縫

該類型裂縫大多是由單條或者多條縱縫發(fā)育而來，在行車荷載反復(fù)作用下發(fā)展成相互交錯的縫網(wǎng)。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、壓實度不足和強度不足通常是該類型裂縫的主要誘原[3]。

1.2 車轍

車轍是瀝青路面常見病害，有結(jié)構(gòu)型、失穩(wěn)型和磨耗型三種，在半剛性基層路面中，結(jié)構(gòu)型車轍并不常見。路面在行車荷載的作用下受到垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力作用，當已成型的路面受到的剪應(yīng)力大于其抗剪強度，路面就會產(chǎn)生車轍破壞。抗剪強度計算公式如下：

式中τ為抗剪強度，c為材料粘聚力，σ為荷載正應(yīng)力，φ為內(nèi)摩擦角。

由此可見[4]，τ、c和φ均會對剪應(yīng)力產(chǎn)生影響。為改善瀝青路面的抗車轍性，就要降低其所受的剪應(yīng)力，即要從行車荷載、瀝青混合料和材料性質(zhì)等多方面來考慮降低剪應(yīng)力的方法，才能有效解決車轍問題。

1.3 水損害

目前，公路上常見的水損害分為兩種類型[5]，分別是自上而下的水損害和自下而上的水損害。前者主要是瀝青膜失去附著力后從集料表面脫落，路面結(jié)構(gòu)不能及時將水排出，水分就會繼續(xù)向下滲透，影響土基強度。后者主要是由于半剛性基層較薄，停留在面層層底和半剛性基層表面的水在汽車荷載作用下會對基層造成損傷，形成唧漿，并最終發(fā)展成坑槽病害。

瀝青路面水損害與行車荷載和瀝青混合料的性質(zhì)有關(guān)。交通量越多，瀝青路面所需要承受的行車荷載就越大。在一些常年降水的地方，瀝青路面的含水量會相對較高，加之較大的行車荷載的作用后產(chǎn)生動水壓力，水能夠比瀝青更易浸潤集料表面，導(dǎo)致集料與瀝青之間粘結(jié)性會大大降低，造成路面的破損;瀝青和集料等原材料都會影響混合料的抗水損壞能力，瀝青的粘附性和集料的親水性或憎水性會影響二者之間的結(jié)合。

1.4 瀝青路面病害防治措施

瀝青路面一旦出現(xiàn)了病害，就必須采取相應(yīng)的措施來防止病害進一步加劇。橫向裂縫，縫寬在3 mm～5 mm時，可用熱瀝青灌漿封堵，縫寬大于5 mm時，可清理后用瀝青砂填充壓實;縱向裂縫，可采取銑刨面層和基層的方式;不規(guī)則裂縫嚴重時，需要補強基層，并且加鋪罩面層;車轍，在通常情況下可以局部開槽挖補;水損害，需加強路表、路面和中央分隔帶排水。

2 半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)分析

2.1 瀝青路面設(shè)計理論分析

目前，瀝青路面的設(shè)計方法主要為兩種：一種是經(jīng)驗法，以CBR法和AASHO法為主要代表：另一種是以力學(xué)為基礎(chǔ)的理論法，主要代表有英荷殼牌（SELL）法。我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計方法是第二種，該理論法大多采用彈性層狀體系理論，對路面結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析，并且可以結(jié)合當代先進的計算機技術(shù)。

2.2 路面結(jié)構(gòu)層分析

瀝青路面面層材料的彈性模量和面層厚度對面層受到的拉應(yīng)力產(chǎn)生正向影響，基層厚度和模量對其同樣有顯著影響，基層模量逐漸增大的過程中，面層底部受到的力將會由拉應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)換成壓應(yīng)力。

半剛性基層厚度對其承載力影響很大。基層底部的拉應(yīng)力會因為厚度的加大而逐漸出現(xiàn)下降的趨勢，當厚度達到一定的程度時，該趨勢會逐步放緩。厚度能對基層層低壓力產(chǎn)生影響，但基層并不是越厚越好，而是應(yīng)該綜合考慮受力和經(jīng)濟性等各種因素。

半剛性基層路面的底基層常用材料為水泥穩(wěn)定土等各類穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定粒料等各種穩(wěn)定類材料。底基層對于自身的性質(zhì)影響主要由其厚度和模量決定，且二者對于其層底拉應(yīng)力的影響都呈現(xiàn)出較為顯著的負相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

文中就半剛性基層路面的病害原因及防治措施展開分析，得出以下幾點主要結(jié)論：（1）瀝青路面常見病害有裂縫類、車轍和水損害。裂縫類病害主要與半剛性基層材料的性質(zhì)、溫度變化和車輛荷載作用等有關(guān)。行車荷載對路面垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力是導(dǎo)致車轍病害的主要原因。水損害常分為自上而下型和自下而上型，前者主要是因為積留在面層的水在車輪作用下形成動水壓力作用，后者則是半剛性基層設(shè)計不合理。（2）瀝青路面的結(jié)構(gòu)層主要劃分為面層、基層、底基層和土基。我國瀝青路面現(xiàn)行的設(shè)計理論主要是彈性層狀體系理論，該理論使用的先決假設(shè)是求解瀝青路面在車輛荷載作用下各個結(jié)構(gòu)層的抗拉、抗剪強度的關(guān)鍵。通過力學(xué)分析，得知面層層底所受拉應(yīng)力與面層厚度和基層厚度、模量有關(guān);基層層底所受拉應(yīng)力與面層、基層厚度和底基層的模量有關(guān);底基層層底拉應(yīng)力受土強度影響最大。

參考文獻：

[1]嚴軍.瀝青路面病害的防護與處治[J].華東公路，2020（1）：78-79.

[2]邸旨凡.瀝青混凝土路面出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施[J].科技風(fēng)，2020（15）：132.

[3]李立書.瀝青路面常見病害成因及防治措施[J].交通世界，2020（11）：36-37.

[4]程文靜.半剛性基層瀝青路面早期病害及其防治研究[D].濟南：山東大學(xué)，2013.

[5]郭永祥.半剛性基層瀝青混凝土路面病害分析與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計[D].長沙：中南大學(xué)，2012.