浅析沥青混凝土路面裂缝的形成机理和评价指标

谢 超

广东省交通规划设计研究院股份有限公司（510507）

0 引言

半刚性基层路面的结构通常由无机结合料层和沥青面层组成，具有较强的刚度和良好的行车舒适性，且造价较低，在我国的道路施工中广泛使用。沥青层与半刚性基层在材料性质方面存在着巨大的差异，导致路面裂缝的形式也具有多样性。新建半刚性基层路面的开裂一般发生在通车后的5年内，如果不能及时、准确地修补裂缝，开裂路面会在环境作用下产生结构性破坏，直接导致路面寿命的缩短[1]。

1 沥青路面裂缝分类和形成机理

1.1 按照裂缝形态分类

根据裂缝形态的不同，可将裂缝分为横向裂缝、纵向裂缝、网块状裂缝。横向裂缝的成因是施工缝处理不合理、温度湿度耦合作用、基层反射等；纵向裂缝的成因是施工交界面处理不妥、荷载疲劳循环作用等；网块状裂缝通常是由横向裂缝和纵向裂缝经水、温度以及行车荷载耦合作用发展而来。

1.2 按照裂缝扩展过程分类

根据裂缝扩展发生时的起、终点不同，可以把裂缝分为自下发生向上延展的底-顶裂缝 （Bottom-Up裂缝）和自上发生向下发展的顶-底裂缝（Top-Down裂缝）。Bottom-Up裂缝的形成机理有两种:一是面层底部产生的拉应变超过容许值，形成疲劳反射裂缝。由于沥青面层的层厚较小、层间接触黏结较差、混合料性能较差，或者是外界荷载、雨水、温度产生的应变等环境因素作用使基层开裂，破坏反射至面层底部，从而引起面层损坏；二是加铺层易发生反射裂缝，其原因是由于受温度交替和荷载疲劳作用，原路面裂缝反射至加铺层。Top-Down裂缝主要是指从上表面向内部扩展的一种裂缝，其产生的主要原因是在环境、荷载等因素作用下，路表应力值超过路面容许值，轮载诱发的径向拉力及温度变化导致的沥青混合料劲度模量的改变使得路面应力作用下的应变更敏感，从而产生开裂。

1.3 按照裂缝活动性分类

根据裂缝形成过程中动态性质不同，可将裂缝分为动态裂缝（Working Crack）和静态裂缝（Nonworking Crack），其划分标准为裂缝年水平伸缩量。年水平伸缩量≥3 mm的裂缝为动态裂缝，通常以温缩裂缝和反射裂缝为主；年水平伸缩量≤3 mm的裂缝为静态裂缝，纵向裂缝一般属于此类裂缝。

1.4 按照裂缝成因分类

按照裂缝成因可将裂缝分为荷载型裂缝（Load-Type crack）与非荷载型裂缝（Non-load type crack）。当路面结构无法承受行车荷载时，路面会发生荷载型开裂，这时形成的裂缝即荷载型裂缝，其内在原因是路面结构设计不合理、路用材料不合格或者施工质量有问题，外在原因是路面老化或者超载。非荷载型裂缝主要包括由温度变化引起的温缩裂缝、温度疲劳裂缝及基层反射传递上来的反射裂缝。

1.5 按照裂缝宽度分类

我国现行的《公路技术状况评定标准》[2]以裂缝宽度作为沥青路面损坏程度评价指标。横向裂缝和纵向裂缝宽度≤3 mm时，沥青路面损坏程度为轻度；裂缝宽度>3 mm时，沥青路面损坏程度为重度。因此，根据裂缝对路面的影响程度，裂缝宽度>3 mm时称为大裂缝，裂缝宽度在0.5 mm~3 mm时称为小裂缝，裂缝宽度≤0.5 mm时称为微裂缝。

2 沥青路面裂缝评价指标

根据对我国现有规范的检索结果[3-4]，我国沥青路面状况评价仅有路面状况指数（PCI）这一个指标，PCI指标的参数DR（沥青路面面破损率）可以用来衡量路面的开裂情况。因此，我国现有规范不能很好地评价路面实际工况。路面综合破损率计算公式中裂缝病害的计算不仅要考虑纵横裂缝种类、严重程度（裂缝宽度、散落程度、有无支缝、块度大小等）及长度等指标，而且还应考虑路面结构内部裂缝形态和裂缝数量。首先，半刚性基层对路面结构强度的影响十分严重，当此种裂缝产生时会严重破坏路面结构强度，同时在外界因素和荷载的综合作用下，会引发结构性破坏；其次，路面裂缝的位置不同，对道路使用状况的影响也不尽相同，若裂缝发生在边缘或中心带时，影响相对较小。因此，根据裂缝种类及裂缝危害程度，文章提出了关于沥青路面裂缝的相关评价指标。

1）开裂率（C）

其中，CS为网状龟裂面积（m2）；L为纵向和横向裂缝长度 （m）；B为裂缝宽度影响系数，可取0.2～0.4；A 为检测路段总面积（m2）。

2）修补率（F）

其中，FS为网状龟裂修补面积（m2），L 为条状裂缝修补长度（m），B为裂缝宽度影响系数，A为检测路段总面积（m2）。

3）横纵裂缝状况指数（TSL）

其中，TCR为横向裂缝和纵向裂缝间距（m），L为检测路段长度 （m），TCN为横向裂缝和纵向裂缝总数。

3 结语

根据上述分析，沥青路面裂缝是由路面内在原因和外在环境等多种因素相互耦合后产生的结果，必须对其进行及时、准确、有效的修补，否则裂缝继续发展可能对路面造成结构性破坏，届时需要对路面进行大规模的翻修、重建。根据裂缝的破坏性质确定修补的技术方案是很有必要的，合理地选择修补材料是修补的关键。如微小裂缝需要用流动性较强的密封材料进行填充、密封；荷载型裂缝需要使用密封胶灌入路面内部进行补强；而动态裂缝密封材料必须具有良好的弹性恢复性能和较强的黏结性能，以适应裂缝的动态变化。