半刚性基层沥青路面裂缝出现原因及防治措施分析

陈治国

(甘肃兴陇交通工程监理有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

随着我国经济的迅速发展，高等级公路的里程不断增加。为适应高等级公路重交通对道路的要求，以无机结合料稳定粒料(土)类为基层，沥青砼为面层的半刚性路面被大量用于高等级公路路面。半刚性路面具有两个较明显的特点，一是具有较高的强度和承载能力，一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量，并具有抗弯拉强度，且他们都具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力；二是半刚性基层刚度大，使得其上沥青面层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可以认为半刚性基层上的沥青面层不会产生行车疲劳破坏。

鉴于半刚性沥青路面，强度、平整度及抗行车疲劳性能均好这一点，半刚性沥青路面已经成为目前我国高等级公路路面结构的主要形式。然而，随着这种结构形式的大量使用，逐步发现半刚性沥青路面也存在一些严重问题。半刚性沥青路面裂缝问题日益突出，并已经成为该结构的主要缺陷。根据一些资料调查显示，不论南方还是北方，通车后一年最迟二年均出现大量裂缝。初期产生的裂缝对行车并我明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在大量行车荷载的反复作用下，会导致路面强度明显下降，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青面层碎裂，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。

沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的。影响裂缝的主要原因有：沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车载类型以及施工因素等。作为半刚性基层沥青路面其面层开裂的原因大致可分为三种：

1 疲劳裂缝

如车辙一样，沥青路面的疲劳开裂同样是由于重复荷载的作用在车行道出现的一种破坏。疲劳开裂的早期现象是路面在纵向出现不间断的裂缝，之后，路面出现更多的变形。这种疲劳开裂有时被称为“龟裂”，因为路面的破坏形状类似于龟的背部形状。对一些极端的情况，疲劳开裂的最终结果是路面出现坑槽。

沥青混合料，如果具有较高的刚度，路面结构在荷载作用下的变形较小，则路面的疲劳开裂较小。柔的材料，高的变形，高的应力水平，则路面的疲劳寿命较低。因此，路面疲劳开裂的机理很容易被理解，但产生的原因却不十分容易被说明。它不能简单地说是材料的问题，疲劳开裂一般由多种原因引起。很明显，必须有重复的疲劳荷载作用。一些其他的原因如差的路基排水将导致路面强度减弱、弯沉增大，路面出现疲劳开裂。差的设计、差的施工质量同样可以导致路面出现疲劳开裂。因此，弱的路面结构、高的路面弯沉和重复荷载将很容易产生路面疲劳开裂。

在许多情况下，重复荷载作用下的路面结构出现疲劳开裂没有很多初期迹象，因此，必须加强路面的评价与养护。当路面在设计年限很短的时间内出现开裂，可能是路面受到重的荷载。

一般克服路面过早出现疲劳开裂有以下途径：

1)充分考虑路面设计年限内的重载交通；

2)利用隔水措施，保证路面土基干燥；

3)用厚的路面；

4)利用的路面材料在水的作用下不致出现多的减弱；

5)路面材料有一定的刚度。

2 低温开裂

路面的低温开裂主要与恶劣的环境因素有关。其主要特征是路面每隔一定距离出现横向开裂。沥青路面的低温开裂主要有二种形式：一种是由于气温骤降造成面层温度收缩，在有约束的沥青面层内产生的温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度造成。在一般情况下，由于沥青混合料具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不致于产生过高的温度应力，但当气温骤降时，由于沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长，超过其极限拉伸应变，便产生开裂。此类裂缝多从路面表明产生向下发展。另一种是经过长时间的温度循环，使沥青混凝土的极限拉伸应变变小，应力松弛性能下降，将在温度应力小于抗拉强度时产生开裂。一般认为低温开裂与路面材料有关，硬的材料比柔的材料更容易出现低温开裂，沥青在环境因素的作用下出现氧化就更容易出现低温开裂。因此，为了减少低温开裂，必须选用软的沥青，减少沥青混合料的空隙率。

3 反射裂缝

这种裂缝是由于半刚性基层的干燥收缩或温度收缩开裂，在裂缝部位应力集中使得沥青面层产生反射裂缝。

在半刚性沥青路面上现场钻芯取样观察表明，裂缝中相当数量为半刚性基层先裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝，这一比例常常超过50%。因此，反射裂缝成为半刚性沥青路面的主要病害。在减轻半刚性基层沥青路面反射裂缝方面的措施，概括起来大致分为以下5个方面：

1)当沥青罩面的厚度小于或等于14cm时不管基层厚度多大，只要基层抗压强度超过12MPa，半刚性基层预切缝，我们在甘肃“刘白第九合同段”项目施工时，半刚性基层就实行了预切缝。

2)设置乳化沥青处理集料防裂中间层或集料中间层。

3)采用高抗拉强度的聚合物网作为半刚性基层与沥青层的中间层以延缓裂缝向上传播。我们在沈阳“沈棋”项目施工时，使用了土工隔扇中间层以减少路面裂缝。

4)提高沥青路面厚度，选择模量较低的沥青混凝土和提高沥青混凝土抗剪疲劳强度等措施以减少半刚性路面裂缝。

5)提高基层材料强度。

4 小结

我国在半刚性沥青路面裂缝方面也做了不少工作。就目前来看我国在防治反射裂缝方面主要有三大部分：一是改善沥青混凝土面层性能，如增加沥青层厚度、加筋罩面层、使用改性沥青等；二是设置应力/应变吸收薄膜夹层，如采用SAMI、土工织物、土工布、土工网格、粘接间断层等；三是针对基层材料本身，选择抗冲刷性好、干缩系数和温缩系数小和抗拉强度高的半刚性材料。

虽然以上各种措施都在实践中得到了应用，但目前各类措施的防治效果在定性、定量上很不一致。一方面表明应对各种措施进行系统评价，另一方面也表明了目前各种措施的防治效果都十分有限。沥青混凝土是温度敏感性材料，其模量、强度与温度密切相关，同时每一防治措施本身性能也受到温度影响，因此，今后若对各种措施进行不同温度下防效果的系统评价是非常重要的。

[1]JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTJ032-94公路沥青路面施工技术规范[M].北京：人民交通出版社，1994.