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1、浅析沥青混凝土路面开裂的成因及防护措施张 昆摘 要 沥青混凝土在使用过程中，由于自然因素和车辆的反复荷载作用，会产生各种裂缝。因此为了保证路面的结构性能，需要分析路面产生开裂的原因并做好相应的防护措施，以延长道路的使用寿命。本文根据埃塞GD99公路项目的施工实践，对裂缝产生的原因以及防护措施作了分析和总结，以供参考。关键词 沥青混凝土路面 埃塞GD99公路 裂缝原因 防护措施1 前言沥青混凝土路面具有表面平整、接缝少、耐磨等特点，同时因行车振动小，舒适且养护维护简单等优点而得到广泛应用。但沥青混凝土路面开裂质量通病也普遍存在。作者通过对现有新建公路资料的搜集和分析，并经多年参与埃塞公路项目施工
2、和道路维护工作，总结出了沥青混凝土裂缝产生的主要原因，并提出了预防沥青混凝土路面裂缝的一些措施，拟指导类似工程施工。埃塞GD99公路项目（Gondar - Debark Road Upgrading Project）是埃塞俄比亚国家公路发展规划第三阶段中的一个重要项目，全长99.15km。该工程将19341940年间修建的6.5m7.5m宽碎石路改造升级为23.5m=7.00m的沥青混凝土路面，两侧1.5m宽4cm厚的碎石路肩。道路结构自上而下为5cm厚的热拌沥青混凝土面层，17.520cm厚的碎石基层，17.525cm厚的天然砾石/碎石底基层，040cm的天然砾石垫层。主要工程还包括路基的土
3、石方挖填，排水构筑物、管涵、盖板涵、拱涵、老桥梁维护等。2 沥青路面开裂的原因分析沥青混凝土路面开裂的原因很多，且多数都是多种原因相互作用的结果。国内一般把沥青路面开裂主要原因分成两大类：荷载型裂缝和非荷载型裂缝。而埃塞沥青路面形式多以强基薄面为主，而且交通量相对较大，沥青路面的开裂除了因行车荷载、温度效应以及雨水破坏等外，还与工程施工前后的管理和维护存在诸多联系，主要体现在设计的理念、材料的使用、施工过程中的控制以及之后的维护工作等方面。2.1 设计因素（1）路面线型设计不合理，造成路面积水，水的入侵，改变了路面结构层和路基的含水量，降低了路基的强度，在车辆荷载反复作用下，加快了路面裂缝的形
4、成和发展。如k98+20-40桩号左侧，因城镇段隔离带的原因，造成左侧雨水集中在隔离带上游，积水面积较大，无法排除，雨水浸泡了路基。（2）排水设计考虑不周，在雨水天气排水不畅的情况下，沥青路面形成漫流，与沥青路面两侧造成路基泡水危害。该工程位于高原地区，海拔为22003100m，其中山区（mountainous）长6.3km；重丘区（hilly）长11.2km； 低丘陵区（rolling ）长75.4km；重丘和低丘的过渡区（rolling to hilly）长8.5km。地形复杂，排水设施众多，因考虑不周，雨季期间造成雨水冲刷和破坏，是沥青路面产生裂缝的主要原因。（3）沥青混合料配合比设计。
5、配合比的控制除要求沥青混合料各项指标满足要求外，现场拌合时间、温度控制也需严格设计和规定。沥青混合料质量差，拌和时间过长，拌和温度过高或者在储料仓中存储时间过长，沥青本身老化等因素而导致混合料抗变形能力降低，易产生裂缝。2.2 材料因素（1）沥青原材料未达到本地区施工气候要求或者未达到相关技术标准，致使沥青混凝土面层温度收缩或温度疲劳应力大于沥青混凝土的抗拉强度而产生裂缝。（2）透层油质量差，油石比不合格，造成透水。透层油作为不透水封层，主要起粘结作用，另外防止水分通过基层渗透到沥青层造成水损害而使面层开裂。透层油质量差，蒸馏试验不满足要求，致使透层油封层透水，沥青层与基层的粘结力下降，在行车
6、荷载的反复作用下造成水损害而使路面开裂。（3）沥青混合料方面，骨料不干净，本身压碎值低，级配不合理造成强度低；石粉质量差，含量低，裹覆能力不够等影响沥青混凝土强度，满足不了设计要求。（4）基层、底基层和垫层材料，本工程要求17.520cm厚的碎石基层，17.525cm厚的天然砾石/碎石底基层，040cm的天然砾石垫层。材料的级配不合理，含泥过大，CBR过低，摊铺碾压时骨料分离等因素都会造成承载力不够而产生裂缝。2.3 施工因素2.3.1 路堑开挖路堑开挖不彻底，膨润土、黑棉土、高液限粘土等未按设计要求开挖至规定高程，雨季吸水后承载力急剧下降而造成沉陷开裂。在桩号k22+800-850处，开挖换
7、填路基时不彻底，高液限粘土夹杂断层带均在路基范围内，造成第二个雨季时承载力骤降而沿断层带方向路面开裂。2.3.2 路基回填回填时材料杂填，分层时每层回填过厚，碾压不到位，最优含水率失控，造成压实度达不到设计标准，造成路基不均匀沉陷，引起路面拉裂。在桩号k99+400-600范围为高填方，由于施工现场未按要求回填，造成第一个雨季后大面积沉陷，沥青路面多处开裂。 2.3.3 底基层、基层施工施工中由于摊铺不均匀造成局部离析，粗骨料过分集中、密实度不够而强度低。摊铺碾压时洒水不充分拌匀等现象而影响局部压实度达不到设计标准；此外，受条件限制不能全幅摊铺，纵缝接茬宽度不够，新铺与原铺纵缝处理不到位，没有
8、完成结合，产生纵向裂缝，横缝也有类似问题。各层碾压过程中最优含水控制不到位，压实后干裂从而影响沥青路面。2.3.4 透层油撒布透层油撒布前，基层表面杂物粉尘未清理干净，或清理后未洒水浸润，影响沥青面层与基层的粘结；透层撒布后未经渗透立即摊铺沥青混合料面层也影响透层封层透水。2.3.5 沥青混合料摊铺摊铺时接缝处理，特别是半幅作业时的纵缝冷缝施工工艺不到位。摊铺时间过长，供料不及时或温度低，摊铺时离析现象，也可形成裂缝。2.3.6 面层碾压及养护面层碾压时间的把握和先后顺序以及遍数的不到位而造成密实度不够，孔隙率过大。过早开放交通时没有采取养护措施，对新铺路面造成污染和破坏。2.4 气候因素2.
9、4.1 昼夜温差雾气大高原区昼夜温差大，由于温度反复升降导致沥青路面层应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变变小，沥青老化加快，应力松弛性能降低，当达到极限抗拉强度时，路面就会产生温度疲劳裂缝。加上早、晚雾气大，沥青路面一直处于水膜层覆盖状态，在温度、荷载联合作用下更易产生裂缝。2.4.2 雨季影响埃塞高原有两个主要季节：从十月到六月为旱季，从七月到九月为雨季。在工程区域内，一年中平均降雨量在980mm1100mm之间变化。雨水期雨水过大，若雨水不能及时排出，而表面覆盖沥青的集料颗粒浸泡在水中时，水可以穿透沥青膜进入沥青-矿料界面，并逐渐将其取代，加上行车荷载作用，从而使集料间粘结力降低乃至完全
10、剥离，导致面层开裂。2.5 其他因素2.5.1 运输超载现象时有发生交通量剧增、大型运输车辆超载等严重造成路面过度疲劳，不能正常自我恢复，使之产生疲劳裂缝。2.5.2 路面裂缝出现后未及时修补发现开裂问题后，未及时进行修补处理，造成更大面积的开裂，形成连锁反应。2.5.3 试验取芯后未及时封堵或忘记封堵，或者封堵时未按技术要求，造成薄弱环节。3 沥青路面裂缝的防护措施虽然裂缝的产生是各种因素的叠加或延续，但是只要控制好各影响因素的发生，各个击破，定会取得很好的施工效果。根据埃塞GD99公路项目实践及采取的防护措施，分别从施工的事前控制（设计和材料的控制）、事中（施工过程中的控制）以及事后控制（
11、道路维护和处理）加以总结，现归纳如下：3.1 设计应采取的技术措施（1）本着当地发展的需求，依据地质条件，优化道路设计，合理规划超坡加宽路段，从地质、气候、水文资料等资料中强化设计理念，减少跳车、平顺度差等现象，以保证道路的整体稳定性和耐久性，提高道路质量。（2）排水设计的优先考虑。雨水会下渗进入路肩不稳的土体中，并会沿路面边缘侧向渗入路面结构内部，甚至会浸入路基内，而影响到行车道路基路面的稳定，另外，路表水和渗入路面结构内部的水分都要通过路肩向外排泄，所以排水系统必须完善。本项目近100km的沿线上有管涵、盖板涵、拱涵、老桥梁维护等300余座，另有排水沟，因地而设，以方便排水，防止沥青路面受
12、雨水的破坏。3.2 材料的质量控制材料质量的控制，重在检测，并按频率严格检验，坚决清除不合格材料，对不稳定材料要增加检测频率，必须保证现场材料的适用性和合格性。3.2.1 回填料、底基层、基层材料的选择和控制垫层回填料以天然料为主，料源的选择很重要，由于沿线过长，所以料场要分段就近选取，这项工程量相当大，回填材料的塑性指数、承载比、膨胀率试验是控制的重点。基层及底基层料均为碎石料，要按照要求，选择级配良好、塑性指数低、承载比高、无杂质等规定的材料。3.2.2 沥青及其沥青混合料沥青采用的标号，要按照要求结合当地气候条件及当地的使用经验，经技术论证后确定。沥青材料到货后必须严格按照要求对其延展度
13、、针入度、软化点等指标进行检测，做好防水措施，禁止雨水进入沥青中，以影响沥青混合料质量，导致沥青路面开裂。对沥青混合料，不同粒径规格的集料应分开堆放，不得混杂。优化沥青混合料配合比的意识，从中挑选适合本地区的沥青混合料配比。笔者认为此项工作在防止沥青混凝土路面裂缝上有很大帮助。从材料选取包括骨料性质、骨料级配、沥青材料、石粉等，到沥青混合料本身的各种指标都是参考和实施的依据。由于当地雨季雨水充足，荷载下水的作用对沥青路面裂缝的发生有促进作用，为了减少此类裂缝的发生，必须防止或减少水分进入沥青混合料内部，不致浸入到沥青与集料的界面中去，解决该问题最主要的因素是沥青混合料的级配，尤其是减少孔隙率。
14、（据美国战略公路研究计划（SHAP）的调查，沥青合同路面最合理的参与孔隙率为4%，也是本项目检测和控制的指标之一），孔隙率控制在3%4%。此外。就沥青混合料配合比的优化，从施工的操作性、配合比的合理性加以改进，以及碾压之后取芯各项指标的检测结果中优化配比，使沥青混合料路面的稳定性得到更大的提高，避免路面的早期开裂。3.2.3 过水管涵施工质量沿线道路各种过水管涵众多，水泥、钢筋的质量直接关系到涵洞的质量，如果涵洞的承载力和强度不够，形成塌陷或开裂，势必造成上面沥青路面的开裂， 所以过水管涵质量控制也不容忽视。3.3 施工过程的质量控制防止沥青路面裂缝，施工过程控制很重要，需从路基，垫层，底基层
15、、基层，沥青混凝土面层等几个方面进行控制。3.3.1 路基、垫层施工路基填筑时，要保证整体稳定性，在实际坡脚线的基础上，两侧适当加宽，保证全宽碾压，均匀压实。对不同区域段的不同回填料，应分层、分段填筑压实，根据现场试验选择合理的压实厚度，在保证规定要求的压实度的基础上控制压实遍数的前提下提高施工效率。在保证路基足够宽的同时，垫层两侧各放宽1m，保证上部结构的路肩施工。垫层验收时，除检测压实度、承载比外，还要注意检测平整度、道路坡度、超高现象等，以保证基层厚度的均匀性。3.3.2 底基层及基层施工路基和垫层多采用平地机进行拌匀、摊铺，并根据施工高程进行修整。而底基层和基层施工，利用平地机拌匀摊铺
16、时会出现离析现象，而采用沥青混合料摊铺机进行摊铺效果较佳，根据高程调整摊铺机参数来控制平整度和平顺度以及曲线度。底基层采用半幅施工时，施工侧要超出中线7080cm，基层宽度须超出中线2030cm；后施工侧时须清除先施工侧底基层、基层松散部分2030cm，做好搭接施工，碾压成型防止纵缝的发生。3.3.3 透层油施工基层施工完毕，必须封闭交通，严禁车辆碾压，以免造成基层污染和破坏。基层施工检测（包括压实度、平整度、高程控制、弯沉值等）合格后，须尽快喷洒透层，为下一步沥青混合料的路面铺筑做好准备。透层油喷洒要按规定浓度进行，设置喷速参数、行车速度等，一次成型避免补喷，喷洒透层后继续封闭交通，透层油喷洒12h后即可进行沥青混合料的施工。3.
