关于沥青路面裂缝防治的探讨

2017-03-27万赟

城市道桥与防洪 2017年8期

关键词：面层刚性沥青路面

万赟

（深圳市坪山区政府投资项目前期工作管理办公室，广东深圳 518118）

关于沥青路面裂缝防治的探讨

万赟

（深圳市坪山区政府投资项目前期工作管理办公室，广东深圳 518118）

裂缝是沥青路面主要病害之一，对裂缝的防治成效，将影响道路使用性能和使用寿命，因此，分析其成因，提出有效防治措施，保证道路的使用功能，是非常有必要的。分析了沥青路面裂缝产生原因，并从几方面提出防治和减少路面裂缝的措施。

路面裂缝；成因分析；防治

0 引言

沥青路面具有表面平整、坚实、无接缝、施工工期短、养护维修简便以及良好的减振性等优点，可使行车平稳、舒适，噪声低。但由于受到交通量增长、重载超载车辆增多、温度变化、湿度变化，冰冻作用，以及设计、施工、材料和养护管理等因素的影响，出现了多种沥青路面病害，如沥青路面的裂缝、车辙和水损害等，其中裂缝是最常见的病害。

1 裂缝产生的原因及类型

裂缝是沥青路面主要的病害之一，其裂缝的形式有纵向裂缝、横向裂缝、龟裂与块裂几种。沥青路面开裂的原因是多种多样的，影响裂缝轻重程度的主要因素有：沥青和沥青混合料的性质，基层材料的性质，气候条件、交通量和车辆类型及施工因素等。但就导致沥青路面产生裂缝的主要原因而论，可以分为：非反射裂缝和反射裂缝。

1.1 非反射裂缝

沥青面层上的裂缝主要是温度裂缝，也有因施工不当、材料选取不当等引起的裂缝。裂缝主要形式是横向裂缝，也有纵向裂缝和网状裂缝。其产生原因有：

（1）冬季气温大幅度下降，沥青路面层中产生的收缩拉应力一旦超过沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变，沥青面层就会开裂，这种裂缝一般是横向的、贯通的、平均间距在5～6 m。

（2）沥青品种和等级也是影响沥青路面开裂的最重要的因素。根据实践经验，选用高黏度、低稠度的沥青，其温度敏感性较低，可延迟温度裂缝的产生。

（3）路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝。

（4）路基碾压不均匀，出现填土局部未压实或两侧密度不够，使路基产生不同程度的沉陷，形成裂缝[1]。

（5）在路基半填半挖地段、桥台与填土路基接头处，路基施工如未按规范要求施工，易造成自然沉降，经长时间行车作用易形成裂缝。

1.2 反射裂缝

道路反射裂缝是沥青路面普遍存在的一种病害现象，由道路基层的裂缝所引起。路面基层先于面层产生裂缝,并将基层裂缝反射到面层。由于常用半刚性基层材料的热胀特性、干燥特性和疲劳特性,当基层铺筑以后,由于未及时按规定养生或未及时铺筑沥青混凝土面层,使基层长期暴露在大气中,在气温较高和昼夜气温循环变化的作用下,以及车辆荷载重复作用下,产生温度收缩裂缝、干燥裂缝和疲劳裂缝。基层裂缝和初始缺陷在温湿循环应力和荷载重复应力的共同作用下,在面层底部产生应力集中，首先导致面层底部开裂,随后逐渐由面层底部向上扩展,最终使裂缝贯穿整个面层,形成反射裂缝。这种基层反射引起的裂缝以横向或网状居多。其产生的原因有：

（1）行车荷载应力反射裂缝

由于超限车辆的荷载较大、行车速度较慢，当超限车辆在交通量中占有的比重增大时，疲劳开裂破坏就产生。由于基层开裂，铺筑在其上的沥青面层在裂缝处产生应力集中。汽车驶经裂缝，反复作用，使裂缝处面层底部所受应力超过材料的强度极限，面层裂缝便随之产生并逐渐向上扩展，形成荷载型反射裂缝。

（2）收缩应力反射裂缝

由于半刚性材料具有不同的热胀冷缩性，沥青面层在日变化温度作用下，顶面温度变化相对底面大，在夜间温度下降变化的过程中，它们的热学性质会发生相互作用，就会在基层内部产生较大的温度应力，从而使半刚性基层处于受拉状态。水泥稳定粒料线膨胀系数在（1.0～1.5）×10-5之间，当半刚性基层混合料抗拉强度小于收缩应力时，使基层开裂，最终反射到面层形成反射裂缝。

2 裂缝对路面的危害

裂缝会对路面性能和耐久性产生不利影响。它包括：

（1）防水性降低。路表出现任何裂缝，都会使路表水有机会进入路面结构内部，甚至进入对湿度敏感的路基土中。

（2）引起路基过大压应力。由于存在裂缝，造成路面板体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变化，从而在裂缝处传递过大压力至路基顶面。

（3）增大了路面的压力和变形。上述的路面结构板体边缘变形，会在路面结构内 (尤其是基层 )产生很大的压力和变形，在行车荷载的作用下将缩短这些结构层的寿命。

（4）磨耗层沿裂缝的破坏。在车辆、水分、霜冻等因素的综合作用下，磨耗层常会沿裂缝发生骨料或小块沥青的剥落。裂缝使路面使用性能老化，影响行车的舒适性，而且导致路表水下侵，影响路基的强度和稳定性，大大缩短了沥青面层的使用寿命。

3 裂缝的防治措施

3.1 非反射裂缝的防治措施

（1）选用高黏度、低稠度的沥青，其温度敏感性较低，可延迟温度裂缝的产生[2]。

（2）控制路基填土含水量，避免在冻胀作用下路面形成裂缝。

（3）路基碾压均匀，保证填土压实和两侧密度，避免路基产生不均匀沉降形成裂缝。

3.2 行车荷载应力反射裂缝的防治措施

行车荷载型反射裂缝导致的路面结构破坏属于疲劳性破坏。超限车辆的荷载较大、行车速度较慢，当超限车辆在交通量中占有的比重增大时，疲劳开裂破坏就越严重。实践证明，增加基层的厚度可使其底面的拉应力迅速减小，可较大程度避免荷载型反射裂缝的产生。

3.3 收缩应力反射裂缝的防治措施

目前国内大部分的沥青路面采用半刚性基层，基层产生收缩裂缝基本是难以避免的，本文主要从以下三个方面进行探讨，以减少反射裂缝。

3.3.1 材料选择

水是影响温缩与干缩的重要因素，半刚性基层是用水硬性结合料稳定的各种土,在拌和压实之后，水分挥发和混合料内部发生水化作用,混合料的水分会不断减少。由此而发生的毛细作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或胶体间水的作用和碳化收缩作用等会引起基层体积收缩，从而产生干缩裂缝。基层开裂后,会增加其上沥青面层的裂缝数量。资料表明，半刚性基层施工中混合料的含水量愈大，基层的干缩变形愈大；粒料越细，混合料要达到最佳含水量所需水量越大,产生的干缩变形就越大,基层横向裂缝就越多；粒料越粗,混合料要达到最佳含水量所需水量就越少，干缩变形就越小，基层横向裂缝就越少。

因此考虑到干缩特性，在选择基层材料时应优先考虑干缩系数小的半刚性材料,如水泥稳定粒料、二灰稳定粒料。另外,水泥剂量也是影响干缩的重要因素。在满足强度要求的前提下，不宜采用过大剂量水泥，一般不超过6%。一方面是为了减小其收缩性，另一方面是考虑到经济因素。有的道路过于强调早期强度而增加了水泥用量，导致后期出现更多的干缩裂缝。在施工中，应注意以下几点：

（1）在碾压过程中，严格控制含水量，使其不能超过压实需要的最佳含水量或规范容许的范围。

（2）基层碾压成型后，要及时养生，保持基层表面含水量不受损失，更不能使其曝晒干裂。养生方法可视具体情况采用洒水、覆盖砂或采用沥青乳液等。对水泥稳定类基层尽可能采用草袋覆盖养生 7～14 d。

（3）养生结束后，应立即喷洒沥青下封层，并尽早铺筑沥青路面。

3.3.2 路面结构设计

（1）增加沥青面层的厚度

通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝。国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15～25 cm。增加加铺层厚度，一方面可以减少旧面层的温度变化，并降低加铺层的拉应力，另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力。但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有其弊端，一方面增加加铺层厚度可能会受到路面标高的限制，另一方面增加加铺厚度，必将大幅度增加路面造价，而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙。

（2）设计应力吸收层

采用应力吸收薄膜对缓慢反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度[3]。吸收薄膜的弹性模量越低，防裂效果越好。目前常用的应力吸收薄膜采用土工织物、沥青橡胶薄膜等。它们弹性模量较低、变形率大，且没有低温脆化问题，效果比较理想。

（3）加铺级配碎石层

结合国内外类似工程经验，采用具有一定厚度的优质级配碎石作为上基层，用半刚性材料作为下卧层，这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层。级配碎石层是由特粗式级配沥青碎石混合料组成，具有20%～35%的空隙率，它提供了一种散逸运动的方式，能够把交通荷载与环境温度作用下所引起的原水泥混凝土路面板产生的运动消散掉。目前，国内将级配碎石作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层的设计尚不多见，但在美国、澳大利亚以及南非这些地方都有了较多应用，且效果较好[4]。但与其他方法相比，增加级配碎石层的经济性较差。