市政道路沥青路面结构类型及破坏原因探索

王威+钱剑雄

摘 要：本文介绍了市政道路中常用的四种沥青路面结构类型：沥青碎石、沥青表面处治、沥青贯入式和沥青混凝土，并详细分析了这四种类型路面结构各自的特点。以最常见的沥青混凝土为例，详述了市政道路的四种主要破坏形式：裂缝、变形、表面损坏、泛油，并以最主要的破坏形式裂缝为例，详述了裂缝产生的各种原因。

关键词：沥青路面；结构类型；破坏形式；开裂机理

随着经济的发展，城市道路等级越来越高，作为高等级路面形式的沥青混凝土路面，越来越多地出现在城市道路中。

由于城市道路交通量的不断攀升，以及气候条件的影响，沥青混凝土路面无论采用性能如何优秀的原材料进行铺筑，其路面的开裂仍然无法避免。对于城市道路混凝土路面的开裂，很多学者已经从混合料的性能及路面结构等方面做了卓有成效的研究，但仍显不足，下面分别从沥青路面结构的类型、特点、破坏形式及成因、开裂机理等方面进行研究。

一、常用沥青路面结构类型及特点

目前，市政道路中，根据道路等级的不同，常用的沥青路面主要有4种类型，即沥青碎石、沥青表面处治、沥青贯入式和沥青混凝土。

沥青表面处治是一种厚度不大于3cm，用沥青和细集料铺筑的薄层面层，由于结构较薄，对道路整体强度和刚度提高不显著，主要发挥抵抗磨耗，防水，提高平整度等作用。表面摩擦系数大，有利于行车安全。

沥青贯入式是一种较厚的，在压实的碎石层上分层浇洒沥青、嵌缝料，然后压实而形成的的面层。它靠颗粒间的嵌锁作用及粘结作用提供较高的强度，作为面层时，必须用封面料密实表面，以减少地表水渗入。

沥青碎石混合料是用沥青与粗集料、细集料、填料拌合而成的半开级配沥青混合料。采用热拌热铺工艺铺筑路面结构。构成组份中粗集料多、细集料少、空隙大、造价低。可采用集中厂拌生产，路面抗滑性能好，高温稳定性好。但耐久性较差、抗疲劳性比混凝土差。

沥青混凝土混合料是按连续级配的原则，由一定比例的粗集料、细集料、填料、沥青在较高温度下按照有关技术标准要求拌合而成的矿质混合料，简称沥青混凝土。

沥青混凝土具有较多优点：整体性好、噪音低、水稳性高、强度高、抵抗行车和自然因素破坏作用能力强等优点，适用于各种等级道路的沥青路面面层。

目前，这种混合料在我国和世界上其国家和地区的高级路面中担当着主要的角色，适用于各种等级的道路如城市道路及一般公路、国省道等。下面就着重以沥青混凝土路面的破坏为分析对象，研究城市道路的破坏形式。

二、沥青混凝土路面主要破坏形式及原因

在城市的道路中，沥青混凝土路面常见的破坏形式主要有：裂缝、变形、表面损坏、其他损坏等四种形式，其中每一种损坏形式又可细分为不同的破坏方式，下面就上述几种破坏形式进行分析。

1、裂缝

市政道路中，最常见的路面损坏就是裂缝，具体可以分为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂和块裂等几种形式。

横向裂缝开裂方向垂直于行车方向，裂缝的间隔不等，裂缝数量逐年增加，是市政道路沥青路面中最常见的裂缝之一，通常被视为早期损坏现象。根据裂缝开展的原因不同，横向裂缝又分为荷载型裂缝、非荷载型裂缝两类。当路面承载能力下降、强度不足以承担车辆载荷作用时，在路面的底面就首先开裂了。在车辆反复荷载作用下，裂缝向上扩展，并且因为下层开裂，导致沥青顶面应力集中而开裂。非荷载型裂缝的成因可以是温缩或反射或不均匀沉降或冻胀等等，其中比例最高的是温缩裂缝和反射裂缝。

纵向裂缝基本上平行于道路中心线，一般发生在距路边缘3～5米的车道内。纵向裂缝产生的原因有多种，如荷载过大、承载能力不足、纵向接缝不好、压实度不均。

龟裂常伴有沉陷和唧浆现象，是路面在重复荷载作用下的疲劳损坏。早期表现为相互交错的裂缝，之后发展为多边形裂块，接缝间交角成直角或钝角，主因为反射裂缝、温度变化、沥青老化。

2、变形

变形是沥青路面破坏的另一种形式，主要表现为沉陷、车辙、推挤。沉陷系指路面局部凹陷，路基压实不足导致的后续沉降，常伴有贯穿整个路面的结构性破坏；车辙一般在高温季节，在车辆的反复碾压下，沥青面层产生永久变形或塑性流动，常有以下三种类型：结构性车辙，流动性车辙，磨损性车辙。

3、表面损坏

常见的表面损坏包括磨光、麻面、剥落、坑槽四种，磨光是指外露的集料在轮胎的反复摩擦下逐渐光滑的现象，其原因是集料质地较软、级配不当、沥青偏多等。

麻面是指市政道路的粗细集料离散的现象，其主要成因是集料间粘结力不足。

剥落的沥青面层局部呈现松散现象，尤其是在水的作用下，集料与沥青粘附逐渐减小直至脱落，导致路面形成坑槽。

4、泛油

在夏天市政道路中，常见沥青在车辆的碾压下渗出路面，形成一层光泽的沥青膜即为泛油。泛油可造成市政道路构造深度逐渐减小，抗滑性能逐渐降低，影响行车安全。原因可能是沥青用量偏多或者残留空隙率偏小。

三、裂缝的开裂机理

1、低温引起的横向裂缝

市政道路中的瀝青混凝土结构，直接与外界接触，当气温下降时，沥青就会收缩，由于沥青路面没有收缩缝，于是变形就会受到基层及路面板体约束，导致沥青内部拉应力超过承载能力及松弛能力而开裂。

2、应力效应的叠加

温度下降时，沥青混凝土表面温度比基层低，由于基层的约束及自重作用，沥青混凝土表层不能自由翘曲，从而在表面出现了拉应力，而在底面则为压应力。温度应力松弛与这些应力相加后，其表面拉应力将更大，直接导致表面出现裂缝。

3、温度应力的反复作用

在原先有裂缝的地方，在第二年气温较低时，沥青混凝土层将再次收缩。如果基层的摩擦力较小，在实际收缩时，裂缝就会变宽；反之就不会收缩，但新裂缝就会产生，导致裂缝数量增加。

温度应力的反复作用，将导致沥青混凝土面层出现疲劳，使得极限拉伸应变变小，加上沥青老化等因素，裂缝随着路龄增加而增加。

4、反射裂缝

当市政道路面层下部的拉应力超过了沥青混凝士的极限强度时就会产生反射裂缝。出现反射裂缝的根本原因是在偏荷载的作用下的主拉应力和温度变化下导致的收缩应力。

在秋冬低温环境下，当沥青混凝土基层开裂后，由于基层失去了抵抗拉应力的能力，就会在开裂处将拉应力传递到面层。反射裂缝是市政道路沥青面层早期劣化的祸源，加重了路面的维修负担，缩短了路面的使用寿命。

参考文献：

[1]丁武洋.路面结构裂缝问题的理论分析与应用研究[D].郑州大学，2002.

[2]沈金安.沥青及沥青混合路用料性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].上海：同济大学出版社，2003.