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1、半刚性基层沥青路面裂缝成因分析及控制措施姜献东摘 要: 随着我国公路建设的快速发展,道路病害尤其是沥青路面裂缝病害日益增多,裂缝对道路的危害作用极大,本文分析了半刚性基层沥青路面裂缝的类型及裂缝原因,并提出了预防路面开裂的措施。关键词: 沥青路面；裂缝；成因；综合处治0 前言半刚性基层沥青路面具有强度高、稳定性好、刚度大、路面平整度好、噪音低、行车舒适、易于就地取材、工艺简单、工程投资少、养护维修方便等优点,因此，半刚性类材料以其优良的工程性能和显著的经济效益，在我国公路建设中得到了广泛的应用,并在公路建设中越来越占有特殊的重要地位。然而,半刚性材料的缺点在于抗变形能力低,在温度、湿度变化时易
2、产生裂缝,当沥青面层较薄时易形成反射裂缝,沥青路面本身也易产生低温裂缝,沥青路面一旦出现裂缝,有可能导致路面结构性破坏,影响路面的使用功能。1 半刚性沥青路面裂缝的类型11 龟裂龟裂是由于路面受交通荷载作用后变形和挠度过大,而沥青路面的柔性不够同时又有重载车辆的反复碾压,从而导致路面材料疲劳而形成的一种裂缝,故有时亦将此类裂缝称为疲劳裂缝 1。12 块裂块裂通常是由于铺设沥青路面的沥青混合料，采用了大量的低针入度沥青和亲水性集料或沥青发生老化失去弹性,而在交通荷载作用下形成。同时由于在低温作用下,沥青混凝土产生缩裂, 故有时亦将此类裂缝称为收缩裂缝。13 纵向裂缝纵向裂缝产生的原因一般为路基加
3、宽处理不当或不良地质沉降所致,个别为沥青混合料摊铺时,由于纵向接缝处理不密实,造成路面早期渗水,在行车作用下会在纵向接缝处形成纵向裂缝。14 横向裂缝横向裂缝,由于地基或填土路基纵向不均匀沉降或由于沥青混合料摊铺时横向接缝处理不当,会产生横向裂缝并伴有错台现象出现。在温度变化大的地区,沥青路面及基层会由于温度过低产生近似等距离的多条横向收缩裂缝。15 反射裂缝反射裂缝,由于基层的裂缝,在沥青面层铺设处理不当导致沥青面层产生与基层裂缝相似的裂缝,另外,在新建的半刚性沥青路面上,半刚性基层受天长日久的温度变化引起的温度裂缝,也向路表面扩展、延伸、并穿透整个面层形成下宽上窄的裂缝。16 滑移裂缝滑移
4、裂缝,滑移裂缝通常是由于沥青路面表面层与底面层或面层与基层的粘结性不好,同时面层又受到较大的水平外力时无法有效的传递给底层,而使表面单独承受,造成路表面被的撕裂破坏。2 公路沥青路面裂缝产生的原因及分析沥青路面开裂是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一,无论是冰冻地区, 还是非冰冻地区,只是各自的裂缝严重程度不同而已 2。沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的,但就沥青路面开裂的主要原因而论,裂缝可分为两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。(1) 荷载型裂缝:即主要由于行车荷载作用而产生的裂缝。在车轮荷载作用下,半刚性基层的底部要产生拉应力,如果此拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度,
5、则半刚性基层底部很快就开裂。在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝逐渐扩展到上部,并使沥青面层也开裂由车轮荷载产生的裂缝反映在面层上,往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝,而是稠密的、有时互相联系的裂缝,甚至是网状的裂缝。(2) 非荷载型裂缝:主要为温度型裂缝。沥青路面温缩型开裂包括低温收缩开裂与温度疲劳开裂,均体现为张开型开裂方式。对于沥青路面基层存在裂缝情形,按沥青面层裂缝开裂部位,又可以分为反射裂缝与对应裂缝。沥青在高温情况下其粘度会降低而软化,而在低温状况下会发脆容易断裂。反应到沥青混合料上在夏季高温下,伴随着车轮荷载的作用会产生永久变形,常见的如:泛油、堆挤、拥包、车辙等。沥青混合料的
6、劲度模量受温度的影响最大, 变化的幅度远比荷载作用时间等因素大得多,当温度升高时,沥青粘度急剧下降, 集料颗粒之间的粘结力减小,混合料强度模量降低,荷载作用下的变形增大。当温度降低,沥青面层会因收缩受阻而产生很大的拉应力,同时路面除了在温度骤降引起过大的收缩应力而开裂外,在温度昼夜反复的降温和升温过程中所产生的反复拉伸应力的作用,引起沥青混合料的疲劳,也是沥青路面产生横向开裂的主要原因。而且,沥青混合料的抗拉强度与温度有密切关系, 随着温度的降低,抗拉强度增大,当低于某一温度后,抗拉强度又随着降低,抗拉强度与温度的关系曲线出现一峰值。3 常用的沥青路面裂缝的预防和处理措施延缓和减轻半刚性基层沥
7、青混凝土面层的荷载型裂缝和非荷载型裂缝,可采用两大类方法:一是在施工期间就采取相应的预防裂缝或处理措施；二是在维修养护时选用合适的加铺层体系。31 提高路基工作区的强度和稳定性路基是路面的基础,路基工作区又是路基经受行车荷载影响较大的深度区域,该深度区域具有足够的强度和整体稳定性，对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,否则将产生不均匀沉降使路面发生开裂。路基工作区深度:Za=(knP/)1/3式中 Za 路基工作区深度, m ；P车轮荷载, kN；K系数,取 k = 05m；上的容重, kN/m 3；N系数, n = 1/101/5 。从上式可以看出,在路基的某一深度处,车辆荷载引起的应力与路
8、基自重引起的应力相比只占一小部分(1/51/10),在此深度以下,车辆荷载对土基的作用影响很小,可以忽略不计；在此深度以上,车辆荷载 P 越重,路基工作区的深度Za 就越大 2。我国公路与城市道路路面设计规范中均以 100kN 作为设计标准轴重,当公路建成后, 路基工作区的深度已经是固定成型了。公路交付使用后,当公路上车辆超载运行时,路基工作区的深度 Za 必将会随之加大,这样路基工作区的实际深度超出了设计深度,造成了路基强度、稳定性、刚度明显不足,在实际使用中,路基路面就会产生裂缝、沉陷、车辙等病害。因此,为了防止公路超载而引起的路基路面裂缝等不利后果,在路基施工时对路基工作区的实际施工深度
9、应大于设计深度。32 基层应有合理厚度当半刚性基层厚度增加时,其承载能力也迅速增加,所以在条件允许的情况下,应适当考虑增加半刚性基层的厚度。3.3 沥青混合料设计SHRP(美国战略公路研究计划)的研究成果认为,沥青性能对沥青路面低温抗裂性的贡献率高达 80%,这里的沥青性能是指沥青的低温性能。从 SHRP 成果及加拿大的沥青新标准指标体系和国内!“八五”国家科技攻关!“道路沥青与沥青混合料路用性能的研究”的研究结果来看,都是以感温性为核心。感温性是以PI、当量脆点、10#延度为指标。总之,使用稠度低、温度敏感性低的沥青,可以减少或延缓路面的开裂。在稳定度满足要求的前提下,选用针入度较大的沥青作
10、两层。美国和英国的研究表明,在沥青混凝士中使用软的沥青可以阻止低温收缩及高温疲劳作用两种机理引起的裂缝扩展。在条件允许的情况,可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA 混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能,抗车辙性能好、使用寿命长,是防裂路面设计时应选用的一项新技术。3.4 设置应力吸收层在基层与面层之间铺橡胶沥青中间层、土工织物或土工格栅中间层、低粘度沥青混凝土层等均匀应力吸收层。用土工格栅加筋沥青路面的主要功能,是控制车辙、反射裂缝和疲劳裂缝,不同类型格栅性能显著不同。35 施工控制裂缝发生在施工方面,控制半刚性基层碾压时的含水量为最佳含水
11、量的 0.9 倍,压实度达到规范要求,碾压完成后要及时保湿养护,防止基层干晒,养护结束后,立即喷洒沥青乳液,做成透层或粘层,然后尽快铺沥青面层 3。4 结 语公路铺设沥青面层前,采取裂缝预防措施和处理技术可以减少路面裂缝的出现, 合理确定路面结构及其厚度,严格控制施工工艺 ,加强管理可以一定程度上预防和延缓裂缝的产生。尽管科研人员研究和采用了很多预防与控制措施,但是只能起到推迟和延缓的作用,并不能防止和消除裂缝的产生。新建半刚性沥青路面上出现的裂缝大多是沥青路面本身产生的温度裂缝, 如何提高沥青面层的防裂性能,改善沥青及沥青混合料的使用品质是今后研究的主要方向。裂缝的及时处理,对延长路面使用寿
12、命具有积极的意义。我国沥青路面维修技术的研究比较滞后,相比较而言,美国 SHRP 多个子项目对裂缝处治技术进行了深入研究, 在SHRP 结束后,FHWA 资助的 NCHRP 进行了后续研究,SHRP-106 裂缝处理研究了北美地区不同裂缝的处理方法,值得技术人员学习研究。 参考文献:1 魏 进, 王晓谋, 陈渊召 . 高等级公路沥青路面裂缝病害原因分析与养护技术 J. 筑路机械与施工机械化, 2007 , (8).2 郭兰英. 公路沥青路面裂缝的预防和处理 J. 路基工程,2006, (2): 115- 117.3 冯宏伟. 浅谈公路沥青路面裂缝的预防和处理 J. 跨世纪,2008, (11): 11-16.4 American Society for Testing and Materials, Standard Specification for Joint and Crack Sealants, Hot Applied, for Concrete and AsphaltPavements, 2006.
