滨海新区城市道路沥青路面早期裂缝原因及防治

2013-11-06张国亮蒋宏伟杜立平

山西建筑 2013年3期

张国亮蒋宏伟杜立平

(1.天津市滨海新区新地置业投资有限公司，天津 300000;2.天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

0 引言

2005年以来，天津滨海新区的道路建设从高速公路骨架路网到十大功能片区的路网都进入了一个全新的阶段，期间修筑了海滨高速、津滨高速、中央大道等骨架路网以及南港轻纺城、临港工业区、中心渔港等片区道路，为滨海新区的经济发展等做出了巨大的贡献。这些修筑的道路95%以上都是沥青混凝土路面，沥青混凝土路面存在早期破坏问题。如所谓的沥青混凝土路面早期破坏是指:沥青路面在其使用寿命的前1/4～1/3期间内，发生的各种过早的破坏形式，如裂缝、沉陷、车辙、冒浆、松散等。其中，滨海新区的沥青路面的早期破坏以裂缝破坏现象为主，沥青混凝土路面产生裂缝后水从裂缝进入路面，发生水损坏破坏，加剧沥青路面的破坏。因此，分析总结现有城市道路的沥青路面的早期裂缝的原因，从而采取相应的治理和预防措施，对于现有破坏路面的补修以及修建新的路面都有现实指导意义。

1 滨海新区城市道路沥青路面早期裂缝

路面的裂缝主要有横缝、龟裂、纵逢，滨海新区几大功能区的路面裂缝中都有涵盖。

轻纺经济区总面积约26.3 km2，道路总长有40多千米，其中一期二期已经基本建设完成，目前一期二期的沥青路面出现了早期裂缝，见图1。

中心渔港位于天津滨海新区汉沽，占地18 km2。中心渔港规划建设“一港一城”，其中，陆域“一城”规划面积10 km2，主要为产业区和居住区;海域“一港”规划面积8 km2，分为作业港区和休闲港湾区。中心渔港龟裂见图2。

图1 轻纺经济区道路横缝

图2 中心渔港道路龟裂

天津临港工业区是中国发改委规划的国家级石化基地，是天津市及天津滨海新区“十一五”规划重点发展区域之一，是天津滨海新区化学工业区、临港产业区的核心组成部分。中心渔港的早期裂缝见图3。

2 沥青路面早期裂缝原因分析

滨海新区城市道路沥青路面的早期裂缝的形成原因主要有三方面。

图3 临港工业区道路纵逢

2.1 横缝原因:沥青面层温缩开裂

滨海新区位于中国北方，冬天昼夜温差大。

由于温度变化影响，沥青面层混合料遇冷收缩。在收缩过程中受到基层或底基层由于约束产生收缩应力(拉应力)。如果拉应力大于沥青混合料的极限抗拉强度时，就会产生温度收缩裂缝。温差越大，温度变化越快，则约束越大，混合料越容易开裂。当沥青路面强度最薄弱处开裂后，在集中应力作用下裂缝很快往沥青路面下层发展，穿透面层后再向基层以下扩展。开裂过程及应力分布规律大致是:当由于温度下降产生的拉应力值超过其材料的抗拉强度时就开始出现第一批裂缝;路面开裂后应力重新分布，如果此时温度应力仍超过混合料抗拉强度，则又产生第二批裂缝;应力再重新分布，直至温度应力不大于混合料极限抗拉强度时，裂缝停止发展。由于道路是长条形的，所以温缩型裂缝一般表现为横向裂缝。

2.2 龟裂原因:基层受拉开裂

我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。

滨海新区的核心是天津港，天津港道路交通典型的特点是重载、超载，这也是道路损坏的罪魁祸首。以天津滨海新区南疆码头南港路为例，平均超载为额定荷载的100%～150%，最大超载为额定荷载的300%，实测单轴轴载均在12 t以上，50%车辆单轴轴载在18 t～30 t之间，巨大的荷载使得现有路面不堪重负，容易形成龟裂。

半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，在车辆荷载的重复作用下结构层底的弯拉应力超过其疲劳强度时，基层底便产生裂缝，并逐渐向表面发展。这种裂缝由细而短的横向开裂逐渐扩展成网状，甚至导致面层破坏基层。当车辆通过时，相邻板块端部之间会产生位移差，进而在相邻基层板块的锁联结作用下完全破坏。这种剪切疲劳便是龟裂产生的主要原因。龟裂是不稳定的，裂缝尖端应力条纹十分密集，在偏荷载作用下将沿平行裂缝方向扩展至路表面。

2.3 纵向原因:不均匀沉降产生纵缝

滨海新区毗临渤海，地下水位高、含水量大，地下有着深厚的软土层，地基承载力低，沉降变形大。近几年滨海新区的道路加宽工程不少，如津滨高速改扩建等，新老路基结合处特别容易引起不均匀沉降，如果沉降差异太大就直接反应到路面结构上，形成纵缝。地基产生不均匀沉降大致分为以下两点:

1)地基产生固结形变。

在地基上填筑路堤后，地基受到外加恒载的作用，地基处于次固结状态。填土路堤愈高，地基受到的附加应力愈大。地基产生固结形变的大小，既与填土高度有关，又与地基内部各层土的压缩性、流动性等有关。

2)路堤产生固结形变。

路堤固结形变的大小与填土高度、土的性质和压实度密切相关。通常土的性质不好，路堤产生的固结形变可能大;土的压实度不好(偏小)，路堤产生的固结形变就大;路堤愈高，总的固结形变量就愈大。

3 沥青路面早期裂缝的治理措施

早期产生的路面横向裂缝对沥青路面的使用性能无明显影响，但随着雨水的侵入，在行车荷载作用下，使处于裂缝状态下的路面病害日益严重，如不及时治理，会产生翻浆、坑槽等病害，严重影响路面的使用性能，因此，早期裂缝必须及时处理。

3.1 深层裂缝处理措施

对裂缝宽度大于2 mm(含2 mm)的裂缝，需开槽检测裂缝影响深度，如果裂缝已经穿透石灰土层，采用对出现裂缝的路基进行压密灌浆及在石灰土层上加铺2 m宽防渗土工布的加固处理方案。

灌浆采用水泥+粉煤灰与水配合成的混合浆液，水胶比0.6～1.0。水泥采用42.5级的普通硅酸盐水泥;粉煤灰应符合干排Ⅱ级灰的品质要求。水泥和粉煤灰的掺合质量比为7∶3。

灌浆经检测合格后，对路基进行压实，之后重新施作路面底基层12%二灰土，在12%二灰土上有裂缝路基内满铺防渗土工布，防渗土工布反包12%石灰土，其上继续施作二灰碎石基层，二灰碎石层顶上铺3 m宽聚酯玻纤布(详细施工做法见浅层裂缝处理措施)。

3.2 浅层裂缝处理措施

对裂缝宽度稳定在2 mm以下和裂缝影响深度到12%石灰土层截止的情况，采用裂缝两侧各1 m范围开槽重新施作路面结构层，并在裂缝上方加铺聚酯玻纤布的做法。

在二灰碎石开裂部位铺设聚酯玻纤布，铺设宽度为裂缝外各1.5 m(总宽3 m)，铺设范围应覆盖整个裂缝长度。铺设聚酯玻纤布后的透层及封层应仍按施工设计说明中的要求施作。如果大于2 mm裂缝的聚酯玻纤布外边距离车行道侧石不足1 m，则二灰碎石需一直做到车行道外边(见图4)。

4 沥青路面早期裂缝的预防措施

4.1 设计措施

1)沥青面层的厚度设计应综合考虑经济，效果以及绿色环保。应结合项目的等级、完成后在路网中应有的作用，养护成本以及道路使用寿命，合理确定路面各结构层采用的材料及厚度，保证路面良好的路用性能，有较好的低温抗裂和高温抗车辙能力。

2)做好路面的防水设计。路面防水性能不好，会更加恶化路面裂缝。所以，应该从路面上面层排水和路面内排水两方面考虑路面的排水。首先应排除表面水，防止积水渗入下层，要求路拱和表面平整度符合规定。其次，为防止面层渗水而使基层被浸软，在基层上做封层或透层，能够达到即使有水渗入也能及时沿基层表面的路拱排出的效果。