半刚性基层沥青路面病害分析

龙承梁

摘 要：半刚性基层沥青路面在我国高等级公路中占据着很大的比例，随着车辆轴载和交通量的增加，半刚性基层沥青路面所面临的病害问题日渐凸显。文中对半刚性基层沥青路面的常见病害进行了总结，并且分析了病害相关原因和具体的预防措施。从力学角度分析了半刚性基层沥青路面各个结构层的层底受力情况及其影响因素，对防治沥青路面病害具有一定的参考意义。

关键词：半刚性基层;沥青路面;病害;拉应力

0 引言

近年来，我国社会经济高速发展，公路交通行业扮演着举足轻重的角色。目前，我国大部分的高等级公路都是以半刚性基层为主的沥青路面。此类路面结构的突出优势在于具有较大的刚度和较高的强度及承载能力。然而随着车辆轴载和交通量的增加，半刚性基层沥青路面所面临的问题也日渐凸显。反射裂缝、车辙等病害是半刚性基层沥青路面常见病害，这些病害不仅影响车辆行驶安全，还会加速路面破损，从而缩短道路使用寿命。

1 沥青路面常见病害及防治措施分析

1.1 裂缝

裂缝是沥青路面结构性破坏的主要形式之一，裂缝主要分为横向裂缝、纵向裂缝和不规则裂缝。

1.1.1 横向裂缝

横向裂缝与行车道中心线接近于垂直，其缝隙宽度不等，产生的主要原因如下：

（1）半刚性基层材料收缩[1]。基层在成型的过程中，由于半刚性材料的强度和稳定性有所欠缺，会导致基层裂缝产生。这些基层裂缝在经过行车荷载和周围环境因素的共同作用下逐渐发展，并反射到沥青路面面层，当面层所承受的拉应力超过抗拉强度时，就会形成较为规则的横向裂缝。

（2）温度变化。沥青是一种具有较好的温度敏感性的粘弹性材料，当沥青路面周围温度有较大幅度降低时，路面就会逐渐收缩变形，若此时收缩拉应力超过抗拉强度，则路面就會产生开裂。这种方式产生的裂缝会在温度应力的反复作用下逐渐变大[2]。

（3）不均匀沉降。施工过程中路基沉降时间不足或在土质不同的地基交界处施工时，由于不充分的处理会导致地基不均匀沉降反射到沥青面层，从而引起路面横向裂缝。

1.1.2 纵向裂缝

沥青路面纵向裂缝与路面中心线大致平行，裂缝长、宽无固定规则。以下为纵缝产生的主要原因：

（1）地基不合格。在某些地基土天然含水量较高的地方修筑路基时，未及时进行特殊处理，在道路修建完成后，地基承载能力就会有差别，导致不均匀沉降，从而引起纵向裂缝。

（2）路基施工不合格。路基在施工过程中，若出现不均匀压实、路基边缘压实度不够和混合料摊铺时接缝处理技术不过关等情况，就会造成纵向裂缝。

（3）水的渗透破坏。水对于纵向缝的影响主要体现在路表和边坡处的渗透力。在长期被水浸泡渗透后，路基的承载能力会逐渐降低，加之行车荷载的反复作用，路面就会出现纵向裂缝。

1.1.3 不规则裂缝

该类型裂缝大多是由单条或者多条纵缝发育而来，在行车荷载反复作用下发展成相互交错的缝网。路面结构设计不合理、压实度不足和强度不足通常是该类型裂缝的主要诱原[3]。

1.2 车辙

车辙是沥青路面常见病害，有结构型、失稳型和磨耗型三种，在半刚性基层路面中，结构型车辙并不常见。路面在行车荷载的作用下受到垂直应力和剪应力作用，当已成型的路面受到的剪应力大于其抗剪强度，路面就会产生车辙破坏。抗剪强度计算公式如下：

式中τ为抗剪强度，c为材料粘聚力，σ为荷载正应力，φ为内摩擦角。

由此可见[4]，τ、c和φ均会对剪应力产生影响。为改善沥青路面的抗车辙性，就要降低其所受的剪应力，即要从行车荷载、沥青混合料和材料性质等多方面来考虑降低剪应力的方法，才能有效解决车辙问题。

1.3 水损害

目前，公路上常见的水损害分为两种类型[5]，分别是自上而下的水损害和自下而上的水损害。前者主要是沥青膜失去附着力后从集料表面脱落，路面结构不能及时将水排出，水分就会继续向下渗透，影响土基强度。后者主要是由于半刚性基层较薄，停留在面层层底和半刚性基层表面的水在汽车荷载作用下会对基层造成损伤，形成唧浆，并最终发展成坑槽病害。

沥青路面水损害与行车荷载和沥青混合料的性质有关。交通量越多，沥青路面所需要承受的行车荷载就越大。在一些常年降水的地方，沥青路面的含水量会相对较高，加之较大的行车荷载的作用后产生动水压力，水能够比沥青更易浸润集料表面，导致集料与沥青之间粘结性会大大降低，造成路面的破损;沥青和集料等原材料都会影响混合料的抗水损坏能力，沥青的粘附性和集料的亲水性或憎水性会影响二者之间的结合。

1.4 沥青路面病害防治措施

沥青路面一旦出现了病害，就必须采取相应的措施来防止病害进一步加剧。横向裂缝，缝宽在3 mm～5 mm时，可用热沥青灌浆封堵，缝宽大于5 mm时，可清理后用沥青砂填充压实;纵向裂缝，可采取铣刨面层和基层的方式;不规则裂缝严重时，需要补强基层，并且加铺罩面层;车辙，在通常情况下可以局部开槽挖补;水损害，需加强路表、路面和中央分隔带排水。

2 半刚性基层沥青路面结构分析

2.1 沥青路面设计理论分析

目前，沥青路面的设计方法主要为两种：一种是经验法，以CBR法和AASHO法为主要代表：另一种是以力学为基础的理论法，主要代表有英荷壳牌（SELL）法。我国现行的沥青路面设计方法是第二种，该理论法大多采用弹性层状体系理论，对路面结构进行力学分析，并且可以结合当代先进的计算机技术。

2.2 路面结构层分析

沥青路面面层材料的弹性模量和面层厚度对面层受到的拉应力产生正向影响，基层厚度和模量对其同样有显著影响，基层模量逐渐增大的过程中，面层底部受到的力将会由拉应力逐渐转换成压应力。

半刚性基层厚度对其承载力影响很大。基层底部的拉应力会因为厚度的加大而逐渐出现下降的趋势，当厚度达到一定的程度时，该趋势会逐步放缓。厚度能对基层层低压力产生影响，但基层并不是越厚越好，而是应该综合考虑受力和经济性等各种因素。

半刚性基层路面的底基层常用材料为水泥稳定土等各类稳定土、水泥稳定粒料等各种稳定类材料。底基层对于自身的性质影响主要由其厚度和模量决定，且二者对于其层底拉应力的影响都呈现出较为显著的负相关关系。

3 结论

文中就半刚性基层路面的病害原因及防治措施展开分析，得出以下几点主要结论：（1）沥青路面常见病害有裂缝类、车辙和水损害。裂缝类病害主要与半刚性基层材料的性质、温度变化和车辆荷载作用等有关。行车荷载对路面垂直应力和剪应力是导致车辙病害的主要原因。水损害常分为自上而下型和自下而上型，前者主要是因为积留在面层的水在车轮作用下形成动水压力作用，后者则是半刚性基层设计不合理。（2）沥青路面的结构层主要划分为面层、基层、底基层和土基。我国沥青路面现行的设计理论主要是弹性层状体系理论，该理论使用的先决假设是求解沥青路面在车辆荷载作用下各个结构层的抗拉、抗剪强度的关键。通过力学分析，得知面层层底所受拉应力与面层厚度和基层厚度、模量有关;基层层底所受拉应力与面层、基层厚度和底基层的模量有关;底基层层底拉应力受土强度影响最大。

参考文献：

[1]严军.沥青路面病害的防护与处治[J].华东公路，2020（1）：78-79.

[2]邸旨凡.沥青混凝土路面出现裂缝的原因及预防措施[J].科技风，2020（15）：132.

[3]李立书.沥青路面常见病害成因及防治措施[J].交通世界，2020（11）：36-37.

[4]程文静.半刚性基层沥青路面早期病害及其防治研究[D].济南：山东大学，2013.

[5]郭永祥.半刚性基层沥青混凝土路面病害分析与路面结构设计[D].长沙：中南大学，2012.