旧水泥路面加铺沥青砼反射裂缝的成因及防治措施

摘 要：本文简要分析了加铺沥青路面反射裂缝的成因、扩展模式，进而介绍了几种常见的防治措施，对水泥混凝土路面的改造具有一定的借鉴意义。

关键词：沥青加铺层；反射裂缝；防治措施；应力吸收层

中图分类号：U416.26 文献标识码：A

水泥混凝土路面是一种强度高、抗变形能力强、耐久性好、反光性好、养护费用低、建筑材料易取的路面结构，在高等级、重交通的道路上有着广泛应用。但随着交通量的大幅度增长和超重轴载的破坏作用，许多路面出现了路面断板、角隅断裂、错台等病害，已不能满足交通运输服务的需求，需要对其进行维修改造。

在旧水泥路面上加铺沥青层被公认为是一种可行且有效的恢复路面使用性能的措施，既充分利用了原有水泥路面的剩余强度，且具有造价低、施工方便、对环境和交通影响小等优点。但由于旧路面板存在着接缝和裂缝，改造后的路面在温度变化和行车荷载的反复作用下，沥青加铺层极易产生反射裂缝。反射裂缝的存在，不仅破坏了路面结构的整体强度，而且一旦地表水沿反射裂缝向下渗透，在行车荷载作用下将很快导致裂缝的破碎和扩展，致使沥青面层逐渐失粘脱落，路基强度降低，严重影响了路面的使用寿命。

1.沥青加铺层反射裂缝形成机理

一般认为，反射裂缝形成的过程可以分为两个阶段：反射裂缝的产生阶段和反射裂缝的扩展阶段[1]。

1.1 反射裂缝形成原因

1.1.1 温度型反射裂缝

温度变化会导致路面结构产生两种变形[2]：

（1） 由于昼夜温差的存在，接缝处的沥青加铺层及水泥混凝土路面板将随着温度的变化分别产生收缩，从而引起反射裂缝的产生。

（2） 路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，致使各结构层中温度分布不均匀，又由于不同材料的热膨胀系数不同，造成水泥混凝土板及沥青加铺层收缩、翘曲，进而导致沥青加铺层产生反射裂缝。

1.1.2 荷载型反射裂缝

交通荷载主要引起沥青加铺层的剪切型反射裂缝。由于接缝、裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低，而且在外力作用下，沥青加铺层处于三维应力状态。当车轮荷载经过接缝、裂缝时，接缝、裂缝两侧的板端出现竖向位移差，沥青加铺层在相应位置将会承受较大的剪切应力，如其超过沥青加铺层的抗剪强度，在接缝、裂缝处的沥青加铺层便会出现剪切型反射裂缝。

1.2 反射裂缝的扩展模式

根据断裂力学理论，裂缝的扩展主要有三种位移模式：张开模式、剪切模式和撕开模式，如图1所示。在道路结构中，不同种类的荷载以及荷载的不同作用方式会导致不同的开裂模式，其中，温度应力对反射裂缝的影响模式为张开模式；行车荷载对反射裂缝的主要影响模式为张开模式和剪切模式。当车轮位于裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝；当车轮位于裂缝之前或之后的位置时，反射裂缝主要以剪切模式出现。撕开模式在沥青加铺层中不常出现。

与张开模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层水泥面层底部，而后逐渐向上扩展到罩面层顶面。而当罩面层为沥青面层或面层较厚且气温较低时，裂缝则产生在面层的顶面和底面，而后逐渐向中间扩展，形成对应裂缝。

对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层底面，在周期性荷载作用下垂直向上扩展。对于偏荷载作用下的剪切模式所对应的反射裂缝，一般产生于加铺层底面，之后向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约 45°角的方向向上扩展。当行车荷载和温度应力共同作用于复合路面结构时，反射裂缝的扩展介于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。

行车荷载与温度荷载耦合作用对温缩裂缝具有一定的影响，在这两种荷载的共同作用下裂缝扩展模式比较复杂，目前还缺少相应的理论和试验研究。

2.几种有效的防治反射裂缝措施

2.1破碎和碾压旧水泥混凝土路面

在旧路面板损坏较为严重，断板率较高，且对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，可将旧路面板进行破碎和碾压，作为下承层，再加铺沥青混凝土面层。破碎后块体之间的裂缝需贯穿板厚，以分散和消减应力、应变，同时裂缝也不宜过宽，否则易引起行车荷载在裂缝处的拉应力和剪应力集中[3]。苏卫国，李晓华[4]利用有限元软件模拟了不同旧路面板破裂尺度对沥青加铺层荷载应力、温度应力的影响以及对旧路面板回弹模量实测值的影响。随着破裂尺寸的减小，沥青加铺层的荷载应力只是有了小幅度减小，影响并不大，同时对温度应力的影响却十分明显，破裂尺寸越小，温度应力下降越迅速，但是破碎后旧路面板尺寸减小之后，其结构强度也随之降低，在既能最大限度减少沥青加铺层反射裂缝，又能保证破碎旧路面作为新加铺沥青层基层满足承载力的要求的同时，推荐破碎旧水泥混凝土路面板的破裂尺度为50～80cm。

2.2增加加铺层厚度

适当增加沥青加铺层厚度可以延缓反射裂缝的产生和发展。增加加铺层厚度，一方面可以减少旧水泥路面板的温度变化，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[5]。但是加铺层并不是越厚越好，当面层厚度超过12cm后，其对反射裂缝的防治效果已不十分显著，同时还增加路面造价，还会受到标高的限制。普遍认为加铺层的合理厚度范围为9～15cm，为防止或減缓加铺层反射裂缝的出现，沥青协会建议沥青加铺层不应低于10cm。

2.3设置裂缝缓解层

大粒径透水性沥青混合料（LSAM）是公称最大粒径在25～63cm之间、一定量的细集料填充空隙的矿料热拌热铺沥青混合料，通常含有25%～35%的连通空隙，透水性能好，具有较小的回弹模量，且施工周期短，高温稳定性好[6]，工程中可将其铺设于沥青加铺层与旧水泥路面层之间，作为裂缝缓解层延缓反射裂缝的产生。

LSAM是近几年才从国外引进来的一种骨架沥青材料，由于其理论尚不成熟，目前应用相对较少，相信随着研究的深入，LSAM出现在我们视线中的机会也将越来越大。

2.4铺设玻纤格栅

近年来，在水泥路面和瀝青加铺层之间铺设玻璃纤维格栅也成为一种常见的防治反射裂缝形式，被越来越广泛的应用于工程实践中。玻纤格栅抗拉强度高、延伸率低、无蠕变、耐高温、与沥青混合料相容性好[7]，其优良的物理化学性能，可以增强沥青面层的整体抗拉强度，能均匀传递和分布应力，有效地改善路面结构应力分布，从而达到抵抗和延缓由于路面的基层裂缝引起的路面反射裂缝的发生。在路面层中铺设玻纤格栅造价低、维修养护费用低、施工工艺简单易掌握，具有很高的应用价值。但玻纤格栅主要用以消散水平拉应力，对于竖向剪切应力的防治效果并不佳，在实际应用中有一定的局限性，要想得到更广泛的推广，还有待研究。

2.5设置应力吸收层

应力吸收层是一种特殊聚合物改性沥青混合料，沥青含量高，粒径小，能够起到很好的防水渗透效果；具有良好地低温柔韧性和高温稳定性，能够消除部分剪切应力和拉伸应力，消散应力集中现象[8]；具有吸收应力的厚度效应和使反射裂缝偏离原接裂缝的偏离效应，由于应力吸收层本身具有一定的厚度，设置应力吸收层可减薄加铺层的结构厚度，即吸收层的厚度可以抵消一部分沥青砼加铺层的厚度[9]。

与玻纤格栅相比，应用应力吸收层防治反射裂缝在力学机理和减小加铺层厚度等方面具有明显优势。应力吸收层可有效防治温度变化引起的张开型反射裂缝和交通荷载引起的剪切型反射裂缝，且施工便捷易行、质量易控，为我们防治反射裂缝提供了一种新的途径。

3.结语

在旧水泥路面上加铺沥青砼是目前最常见最有效的旧路改造形式，但是反射裂缝的出现，使路面的使用寿命受到了极大的考验。由于反射裂缝的不可避免性，如何延缓反射裂缝的产生和扩展成为了研究的重点。破碎和碾压旧路面板、适当增加加铺层厚度、加铺大粒径透水性沥青混合料裂缝缓解层、设置玻纤格栅、应力吸收层等都是经过了实践证明的防治反射裂缝产生和发展的常用措施，可以在一定程度上有效的延长路面使用寿命。

参考文献

[1] 张正亚、张娇娜、李尤等.沥青加铺层反射裂缝形成机理研究[J].武汉工业学院学报，2010.29（1）：67-73.

[2] 帅立辉.旧水泥混凝土路面加铺沥青层预防反射裂缝的措施[J].公路交通技术，2009.3：63-65

[3] 罗晓辉.旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层后反射裂缝的防治[J].公路，2004.8：171-173

[4] 苏卫国、李晓华.旧板破裂尺度对沥青加铺层反射裂缝及旧板回弹模量实测值影响分析[J].公路交通科技，2010.27（8）：17-21

[5] 周孔.水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的机理分析和防治措施[J].华东公路，2009年第1期：7-9

[6] 唐建华、戴宏学.LSAM基层防治沥青路面反射裂缝效果分析[J].公路工程，2009.34（2）：60-64

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【文章编号】1627-6868（2017）05-0043-02

【作者简介】韩小娟（1983-），女，硕士研究生，从事土木结构工程研究。